红河油田低压易漏地层水平段固井技术

为提高红河油田水平井固井质量,满足后期分段压裂需求,对红河油田水平井固井技术进行了研究。针对红河油田水平段固井技术难点,通过室内和现场试验,优选出了GSJ水泥浆体系,基于实测地层压力与地层破裂压力,进行平衡压力固井设计确定了环空浆体结构,为提高顶替效率,优化了扶正器类型与加放位置,专业软件模拟表明套管居中度＞73%,良好的井眼准备和套管漂浮措施确保了管柱的顺利下入;加长胶塞、树脂滚轮刚性旋流扶正器和关井阀等附件的使用,保证了固井质量。现场应用53口水平井,水泥浆全部返至地面,CBL测井结果表明,固井优良率达81.13%。该固井技术成功应用于红河油田水平井中,保证了固井质量,满足了后期分段压裂的需要。     

固井冲洗液室内模拟评价方法研究

针对现有固井冲洗液评价方法对于油基钻井液冲洗情况评价存在不足的问题,运用环空壁面与改进装置内筒壁面处剪切速率相等的原理,研究出了一种适用于油基和水基钻井液条件的固井冲洗液室内评价新方法。室内模拟实验分析表明,该方法能更好地反映冲洗液的冲洗效率,并能模拟评价冲洗效率对固井第一或第二界面处胶结的影响情况。该方法操作方便,适用于油基和水基钻井液固井条件。     

PSZJ-1型声波全波列测井仪在固井质量检测中应用

PSZJ-1声波全波列测井仪是煤炭系统首台小口径固井质量检查测井仪器,可用于测量自然伽马、套管接箍、声波时差、声幅、声波全波列五种参数。在固井质量检查测井时,根据声幅测井曲线的高（〉90%）和低（〈10%）以及声波变密度测井图上有无波形或波形的规则程度,可有效检查水泥环胶结质量,评价第一界面和第二界面的胶结情况。二个实例表明该仪器在固井质量检测中具有较好的应用效果。     

管外封隔器在涩北气田钻井中应用的可行性研究

环空气窜是几乎所有天然气井固井都存在的一个潜在问题。涩北气田是第四系中浅层气田,地层成岩性差,泥岩水化分散能力强,储层易分散,具有较强的压力敏感性和水敏特性;含气井段长,气水层间互,气层薄,层数多;地层岩石抗压强度低,致使水泥环第二界面的胶结强度极低,二界面质量难以提高,容易发生气窜、水窜和层间窜槽现象。为此,如何提高环形空间的密封性,提高固井质量,保证气井井筒完整性,成为了亟待解决的问题。针对该气田特殊的地质特点,分析了影响固井质量的因素,研究了固井工艺、防窜水泥浆体系和工艺措施应用的局限性,选择了管外封隔器来解决环空窜槽问题。分析结果表明,管外封隔器不但可以有效防止管外窜槽,而且可以提高固井质量和优化井身结构,保证气井安全和延长使用寿命。管外封隔器在涩北气田钻井中应用于防气窜和提高固井质量是切实可行的,具有很好的应用价值。     

“压稳防漏”固井工艺在旬邑-宜君区块的研究与应用

旬邑—宜君区块位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡南与渭北隆起结合部,目前处于开发初期阶段。由于三叠系延长组地层沉积环境及后期构造运动的原因,形成地层不整合接触裂缝和地层应力裂缝,造成在钻井与固井过程中易发生漏失,导致水泥浆上返不足,上部井段未得到有效封固。本文通过对工区地层情况、钻进方式和设备、水泥浆浆柱结构以及施工工艺方面进行研究,探究漏失发生的主要因素。为达到提高油气层封固质量的目的,在工程上针对性地提出防漏措施,优化水泥浆配方,使浆体具有一定堵漏性能,依据“压稳防漏”平衡固井理念,更改浆柱结构和施工工艺。通过采用新技术措施后,工区内油气井环空水泥浆返高及胶结质量满足后期压裂改造要求。     

水合物地层低热固井水泥浆用相变微胶囊的制备及应用

当深海固井遇到天然气水合物地层时,由于水泥浆水化放热,导致水合物的相变平衡条件发生改变,诱发水合物分解,引起二界面胶结质量下降等问题。为提高水合物地层固井质量,可向水泥浆中添加具有吸热控温作用的相变微胶囊,可有效降低固井水泥浆的水化升温。基于此,以配比石蜡为控温芯材、碳酸钙为壁材,利用自组装法制备了一种使用于深水水合物地层固井水泥浆控温微胶囊。由于固井水泥浆在达到水合物地层的过程中,外界温度环境复杂,单一相变温度的控温芯材极易失效。为扩展控温区间,选用切片石蜡与白油作为混合芯材,控温区间达到14.8~39.8 ℃。研究表明,该微胶囊表观形态良好、彼此无团聚,在热循环过程中,不易发生泄漏。与水泥浆复配后,对水泥浆流变性能无明显影响。在低掺加量时,微胶囊主要起降低水泥浆峰值温度的效果,并提升水泥石整体力学强度;高掺加量时,微胶囊既可以有效降低水泥浆峰值温度,也可以明显地延缓水泥浆放热速率。     

漏失量较大地层“戴帽”固井技术

对漏失量较大的岩溶地层进行“戴帽”固井时,由于打完水泥浆后注入替浆水的过程中及后期稳定液面变化很容易造成水泥浆被稀释,前者直接导致固井失败,后者又受很多因素的影响导致重叠管环空内没有水泥浆或者被稀释而形不成水泥塞。本文主要从钻杆下入位置以及注入替浆水的过程中和后期稳定液面变化这几个方面总结“戴帽”固井的关键,并结合工程实例提出了一些人为控制方法来提高固井的成功率。     

长庆油田小套管二次固井工艺技术研究与应用

针对长庆油田?139.7 mm生产套管中下?88.9 mm小套管二次固井环空间隙小、固井施工压力高,水泥环薄、密封完整性难以满足后期措施需求,固井前井筒界面环境差、二界面水泥胶结不佳等技术难点,通过技术创新及改进,研制出适用于小套管二次固井的低摩阻耐压防漏水泥浆体系、热固性树脂水泥浆体系,结合自主研发的界面增强型冲洗液和固井压塞液体系,形成一套长庆油田小套管固井工作液体系。优选性能可靠的固井配套工具,优化小套管固井管串结构,按照平衡压力固井原理,采用一次上返固井工艺,总结出了一套小套管二次固井工艺技术。现场应用10口井,固井质量优良率95%,增产效果显著,为长庆油田老井增潜挖效及套损井治理提供了有力的技术支撑。     

基于紧密堆积理论的低密度固井水泥浆设计

合理的颗粒级配是提高固井水泥环内部密实度、早期力学强度和界面胶结能力的关键。基于此,本文从几种典型的连续颗粒级配的紧密堆积理论中优选出DFE进行固井水泥浆体系设计,并通过大量实验首次确定了适宜G级油井水泥基深水固井水泥浆体系设计的n值最优范围：0.33~0.40。结合激光粒度分析仪实测结果,在粒径≤3.38 μm、3.38~70.70 μm、≥70.70 μm三个范围内依次采用纳米CaCO₃（nano CaCO₃,以下简称“NC”）、G级油井水泥和漂珠,并按DFE（n=0.33~0.40）体积分布曲线进行混配。在此基础上,提出一种密度为1.50 g/cm³的低成本低温早强三元固相级配水泥浆体系,并与漂珠二元固相水泥浆体系和NC二元固相水泥浆体系的性能进行对比。研究结果表明：该三元体系水泥石的抗压强度、抗折强度和二界面胶结强度相比于漂珠二元体系和NC二元体系分别提高了7%~21.1%、13.4%~51.9%和41.4%~122.2%。三元体系的固井水泥石在垂向上的最大密度差为0.022 g/cm³。基于DFE设计的三元体系具有良好的流变性、稳定性和力学性能。DFE对于多元固井水泥浆体系的设计和应用具有一定的指导意义,在保证低密度的前提下能够有效地提高固井水泥石的早期强度和综合性能。     

泡沫固井水泥浆密度与环空液柱压力变化规律研究

超低密度泡沫水泥浆是解决低漏失压力井固井漏失,提高固井质量的有效措施。除泡沫水泥浆体系的开发与性能优化外,掌握泡沫水泥浆在环空内产生的静液柱压力随井深的变化规律,是成功实施该工艺技术的前提。借助实际气体状态方程,考虑温度、压力变化对充入氮气的影响,建立了静液柱压力和水泥浆密度与井深之间的数学模型,以迭代法编程求解该隐函数方程,并借助VB语言实现程序运算。分析了含气量变化、井深等因素对泡沫水泥浆密度及静液柱压力的影响规律,并提出了泡沫水泥浆“防漏”与“压稳”固井浆柱结构设计思路,为该工艺平衡压力固井设计提供了一定的参考和理论依据。该设计方法经现场应用,证实其运算结果的可靠性。     

青藏冻结粉土与混凝土基础接触面本构关系研究

土冻结过程中,冰胶结作用使周围土体颗粒与建（构）筑物基础联成一体,这种胶结力称为土与基础间的冻结强度,通常采用冻土沿物体（例如基础材料）表面的剪切强度来度量。因而,冻土与基础接触面的应力-应变关系及其强度特征是确定冻土区基础工程承载力、抗拔性能和分析构筑物与冻土相互作用的基础和关键。为了更好地服务于工程实际,通过大量的冻结粉土与混凝土基础接触面剪切试验,总结了冻土接触面的基本力学特征和受力变形规律。根据获取的剪应力-位移曲线和冻结粉土接触面强度变化规律,利用标准本构模型建模方法,建立了冻结粉土接触面应力-位移-温度本构方程。该模型可以较好地描述不同温度冻结粉土接触面应力-位移变化规律,并为冻土区构筑物受力和变形数值计算提供基础。     

巷道围岩状态的等效应力等效应变表述

在体积应变为零的条件下,根据巷道围岩属简单加载的特性得到围岩中同时关联三向应力 , , 和三向应变 , , 的,用等效应力 和等效应变 表示的对围岩加载-形变关系式。严格地论证了巷道围岩的弹性、硬化、软化和流动区的应力应变状态分别与围岩的等效应力-等效应变曲线各阶段的应力应变状态相对应。以等效应力、等效应变为中间变量可以简化围岩弹性分析,简捷地写出巷道围岩偏应力应变能的计算公式。等效剪应力 是围岩中的最大剪应力 ,等效剪应力单元受正应力和剪应力作用,但其上只有剪切应变,这突出了巷道围岩形变破坏是由于最大剪应力和偏应力应变能所致的实质。根据等效剪应力概念确定的滑移线,可适用于材料应变硬化和软化阶段,不要求刚塑性假定条件。     

微生物诱导碳酸钙沉积技术改性黄土结构强度试验研究

我国黄土地区的水土流失和地质灾害问题异常严重,这主要与黄土较差的工程地质性质有关。提出采用微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术对黄土进行改性处理,以改善其力学性质。采用喷洒法的方式将制备好的微生物菌液和胶结液依次喷洒在土样表面进行MICP处理,基于贯入试验和碳酸钙含量测定试验,分析不同MICP胶结轮次(3次、5次、7次)和胶结液浓度(0.5 M、1 M、1.5 M)对MICP胶结土样结构强度和碳酸钙含量的影响。结果表明:(1)MICP技术能显著提高黄土的结构强度,并在黄土表面形成一层高强度的硬化壳;(2)随着胶结轮次增加,土体的硬化壳强度和厚度、内部强度逐渐增大,碳酸钙含量也随之增高;(3)胶结液浓度对MICP改性效果影响显著,1.0 M胶结液浓度的处理效果最好,其表层结构强度最高可达600 kPa,内部完整性好,1.5 M的次之,仅在表面形成较薄的硬化壳,内部强度低,0.5 M胶结液浓度处理的土体力学性质改良不明显;(4)MICP改善黄土结构强度的作用机理主要是微生物诱导生成的碳酸钙胶结土颗粒,极大提升土颗粒之间的联接强度,从而显著改善土体的力学特性。     

基于新型单相MICP技术改性黏性土力学特性的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)是一种绿色低碳的新型土体改性技术.该技术当前主要适用于渗透性较好的砂土,普遍使用两相处理方法,即菌液和胶结液分开施用.然而,对于渗透性相对较差的黏性土,传统的两相处理方法难以适用.为此,引入新的单相胶结方法,即菌液和胶结液混合施用,通过调节溶液的初始pH值为细菌水解作用提供窗口期,避免微生物絮凝阻塞孔隙,使混合液均匀分布于土体一定深度范围内,从而达到显著提升胶结效果的目的.利用喷洒法将混合液喷洒至土体表层进行MICP处理,处理完成后使用超微型贯入仪SMP-1测试土体表层不同深度处的结构强度,分析土体力学特性的空间差异,对土体的胶结效果进行定量评价.此外,探究了胶结液浓度(0.2M、0.5M和1.0M)及胶结方法(调节pH与否)对于土体结构强度及MICP改性效果的影响.结果表明:采用单相MICP技术对黏性土进行改性,能够显著提高其结构强度,具有较好的适用性;在不高于1.0 M的胶结液浓度范围内,黏性土的胶结效果随着胶结液浓度增加而提升;相比较而言,调节pH的单相胶结方法对于提升土体胶结的深度和均匀性有明显积极作用.新型单相MICP技术简单易行,能够节约成本,在黏性土表层加固方面具有潜在推广应用价值.     

土层水泥浆预应力锚杆力学分析

上层水泥浆预应力锚杆广泛应用于上层基础加固。锚杆头部主要作用是将拉杆的力传递给建筑物，易于掌握。水泥浆团结体对拉杆的握裹力大小取决于水泥浆质量及拉杆表面的清洁程度与凸凹程度。此类传力方式锚杆没有充分发挥钢筋拉杆的应力，造成锚固段深部上层抗剪应力的浪费，减小锚杆抗拔力。倒拉式锚杆则克服了上述缺点。水泥浆团结体与上层间的作用力对锚杆的极限抗拔力起决定作用，它的大小决定于水泥浆团结体凸体对上层的剪切应力和相对平滑的水泥浆团结体对土层的摩擦阻力。土层蠕变作用限定了锚杆安全系数的取值范围。锚固段要求设置在非重力土楔范围以外的稳定区域。     

声幅—变密度测井原理及测井解释方法

对利用声幅—变密度测井判断固井质量的测井原理和工作方式及资料的解释处理进行了介绍,并对固井中出现的各种可能曲线反映进行了详尽的分析,阐述了资料解释中不确定因素。     

Triaxial behaviour of a cemented gravely sand, Tehran alluvium

Cemented coarse-grained alluvium is present in a vast area of Tehran city, Iran including its suburbs. This deposit consists of gravely sand to sandy gravel with some cobbles and is dominantly cemented by carbonaceous materials. In order to understand the mechanical behaviour of this soil, a series of triaxial compression tests were performed on uncemented, artificially cemented and destructured samples. Hydrated lime was used as the cementation agent for sample preparation to model the Tehran deposit. The tests were performed on cemented samples after an appropriate time for curing. The tests on cemented samples show that a shear zone appears as the shear stress approaches the peak shear strength. During shearing these samples undergo dilation at confining stress lower than 1000kPa. However, the uncemented and destructured samples show contraction during shearing. Peak shear strength is followed by strain softening for all cemented samples. The shear strength increases with increasing cement content but the influence of the cementation decreases as the confining stress increases. With increasing cementation the stress-strain behaviour of samples tend towards the behaviour expected of high-density soils. Test results indicate that the failure envelope for cemented samples is curved and not linear.     

地层承压能力固井前动态测试方法

固井前获得地层的实际承压能力,对固井设计和安全都有着重要的意义。在一些上层套管下深较浅的井中,受上层套管鞋处地层破裂压力或上层套管抗内压强度限制,常规的地层承压能力测试无法满足固井要求,针对该问题,文中提出一种地层承压能力动态测试方法,同时进行了现场应用。该方法是在下套管循环后分挡逐渐增加排量,并同时记录与之对应的泵压、钻井液性能及漏失情况,然后利用流变学的原理计算出关键地层深度的承压能力。研究认为这种动态承压测试方法对于低压易漏井行之有效,实用性强,能够满足固井现场对承压能力测试的要求,获得的地层承压能力值为固井设计和安全提供了基础和保障。     

陕北晋西砂黄土的胶结物与胶结作用研究

在野外调查的基础上,采用SEM、XRD、土壤物理和土壤化学等方法,对陕北晋西12个县市的48个马兰黄土样品进 行了全分散法粒度组成测定、聚集体分析以及黄土胶结物组成的测试分析。结果表明,砂黄土中的粘土矿物和超细碳酸盐、 游离氧化物和有机质等胶结物质主要是以聚集体包膜的形式存在于碎屑颗粒表面,并构成砂黄土骨架间的结构联结,具有弱 胶结特性。砂黄土中粘土矿物和有机质为非水稳性胶结物质,仅在干燥状态具有较弱的胶结作用;黄土中的CaCO3呈粗颗粒 骨架和细分散超细碳酸钙两种形式存在,并分别起着骨架作用和胶结作用,超细碳酸钙为不可逆的胶结材料,在聚集体形成、 保存以及聚集体与碎屑颗粒之间的联结方面发挥着重要作用;非晶质游离氧化物(SiO2、Fe2O3、Al2O3)含量虽低,但由于他们 是以薄膜形式分布在颗粒表面,在黄土胶结作用中也是不可忽视的,并与上述各种胶结物共同起作用。通过统计分析认为, 凝聚系数可以较好地反映黄土的胶结程度,成为联系黄土胶结特性与黄土物理力学性质之间的桥梁。黄土胶结物组成及其 胶结机理的研究不仅有助于深化砂黄土工程特性的认识,而且对揭示黄土高原表生地球化学环境具有重要意义。