[发明专利]一种提高水平井固井顶替效率的设计方法

说明书

本发明涉及一种提高水平井固井顶替效率的设计方法，围绕固井前套管偏心控制、固井中有效清除井壁钻井液滞留层和保持顶替界面稳态实现均匀驱替的目标，依次建立理论模型并开展针对性优化设计，以地层承压能力和井泵条件作为约束，获得套管偏心、水泥浆性能参数、钻井液性能参数、顶替排量的最优解。在提高顶替效率同时，防止了固井漏失。而且本发明适用的作业环节多，适用范围广。

技术领域

本发明涉及一种提高水平井固井顶替效率的设计方法。

背景技术

固井顶替效率低是水平井(含大斜度井、下同)固井面临的普遍、突出技术瓶颈，提高顶替效率是水平井固井设计重点内容。然而影响顶替效率的因素多，环空尺寸、套管偏心度、井径规则程度、钻井液性能参数、水泥浆性能参数、顶替排量等。经理论分析与施工总结，影响顶替效率的关键环节及问题在于下套管时套管偏心、钻井中因屈服应力在井壁形成钻井液滞留层，以及固井中因顶替界面失稳造成水泥浆污染或窜槽。提高固井顶替效率需综合优化各影响参数，制定针对性措施方案解决各环节问题。

水平井由于穿过油气层长度长，控制油气储层面积大，平均单井产量高，获得广泛的应用。而固井作为油、气井建井过程中的一个重要环节，固井质量的好坏直接关系到能否顺利生产、影响采收能力和寿命。与直井、定向井相比，由于顶替效率低，水平井的固井质量问题更为突出。

目前，国内外针对固井顶替机理开展系列研究，形成的成果在一定程度上指导了固井顶替设计。例如：采用数值模拟或实验研究逐一分析各因素对顶替效率影响的定性规律；建立套管偏心度控制标准与井斜角关系的模型；分析壁面滞留层成因及厚度预测方法；基于 Hele-Shaw模型建立顶替界面形态预测模型等等。但各研究成果仅针对固井顶替的一个环节或问题，就如何合理全面进行水平井顶替设计，未形成卓有成效的方法。

发明内容

本申请的目的在于提供一种提高水平井固井顶替效率的设计方法，用以解决现有技术不够完善的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种提高水平井固井顶替效率的设计方法，包括以下步骤：

1)、收集固井相关资料；

2)、根据所述固井相关资料确定浆柱各段水泥浆密度；

3)、通过环空间隙宽度模型，计算最窄环空间隙宽度和井内套管最大偏心度，进而设计扶正器位置；

4)、取不同水泥浆流性指数，在单位宽度环空间隙内，根据井壁钻井液零滞留模型，计算当钻井液在井壁零滞留时流变参数所满足的要求，确定钻井液屈服应力和水泥浆动切力、稠度系数、流性指数满足范围；

5)、设计各顶替参数的正交试验表，根据顶替界面模型，模拟不同组合下顶替界面长度及形态；按照顶替界面长度由小到大，依次排列出流体性能参数和顶替排量；

6)、取步骤5)中顶替界面长度最小所对应的参数，模拟计算井内动液柱压力，与地层破裂压力比较；若井内动液柱压力不小于地层破裂压力，则取下一组参数继续模拟计算井内动液柱压力；直至井内动液柱压力小于地层破裂压力；

7)、根据顶替界面模型优选流体性能参数要求，按照参数进行固井顶替施工。

进一步的，所述固井相关资料包括：井斜角、井径、套管尺寸、地层压力、破裂(漏失) 压力、油气层位置、井内钻井液性能、水泥泵车额定压力和排量。

进一步的，所述环空间隙宽度模型表示为：

式中，R₁为井眼内径，R₂为套管外径；τ_om为钻井液屈服应力，τ_oc为水泥浆动切力；β为井斜角；ρ_c和ρ_m分别为水泥浆和钻井液的密度。