主题发言1—水泥环密封改造与固井技术展望报告中石油钻井院齐奉忠.pptx

中国石油集团钻井工程技术研究院中国石油集团钻井工程技术研究院20112011年年0909月月 浙江浙江 杭州杭州提高水泥环完整性与固井技术展望提高水泥环完整性与固井技术展望第第 2 2 页页 报告提纲报告提纲一、提高水泥环完整性的重要性一、提高水泥环完整性的重要性二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素三、提高水泥环完整性的措施探讨三、提高水泥环完整性的措施探讨四、保证水泥环密封性未来主要发展方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向第第 3 3 页页保护生产管柱和封堵相邻的油、气、水层，固井水泥凝固后形成一个纵向上的水力封保护生产管柱和封堵相邻的油、气、水层，固井水泥凝固后形成一个纵向上的水力封隔系统，因此必须在整个油气井寿命期间及报废之后都能实现有效的层间封隔隔系统，因此必须在整个油气井寿命期间及报废之后都能实现有效的层间封隔固井的主要目的固井的主要目的一、提高水泥环完整性的重要性一、提高水泥环完整性的重要性n n力学稳定性力学稳定性力学稳定性力学稳定性 水泥环完整性不受破坏，抗压强度不衰退水泥环完整性不受破坏，抗压强度不衰退水泥环完整性不受破坏，抗压强度不衰退水泥环完整性不受破坏，抗压强度不衰退n n体积稳定性体积稳定性体积稳定性体积稳定性 水泥环体积不发生变化，不出现体积收缩或后期过度膨胀水泥环体积不发生变化，不出现体积收缩或后期过度膨胀水泥环体积不发生变化，不出现体积收缩或后期过度膨胀水泥环体积不发生变化，不出现体积收缩或后期过度膨胀n n应力稳定性应力稳定性应力稳定性应力稳定性 在井下载荷条件下具有较好的交变应力承载能力在井下载荷条件下具有较好的交变应力承载能力在井下载荷条件下具有较好的交变应力承载能力在井下载荷条件下具有较好的交变应力承载能力n n温度稳定性温度稳定性温度稳定性温度稳定性 在井下温度变化环境中具有较好的温度适应能力在井下温度变化环境中具有较好的温度适应能力在井下温度变化环境中具有较好的温度适应能力在井下温度变化环境中具有较好的温度适应能力n n腐蚀环境下的稳定性腐蚀环境下的稳定性腐蚀环境下的稳定性腐蚀环境下的稳定性 在井下腐蚀环境具有较强的抗腐蚀能力在井下腐蚀环境具有较强的抗腐蚀能力在井下腐蚀环境具有较强的抗腐蚀能力在井下腐蚀环境具有较强的抗腐蚀能力关键：水泥环的长期耐久性要满足后期作业及开发生产需求关键：水泥环的长期耐久性要满足后期作业及开发生产需求特特定定环环境境条条件件下下的的长长期期耐耐久久性性能能一、提高水泥环完整性的重要性一、提高水泥环完整性的重要性第第 5 5 页页勘探开发目标趋于复杂勘探开发目标趋于复杂n复杂深井复杂深井n复杂天然气井复杂天然气井n非常规天然气非常规天然气n酸性油气藏酸性油气藏n储气库（枯竭气藏、盐穴）储气库（枯竭气藏、盐穴）n海外复杂油气勘探开发海外复杂油气勘探开发更容易引起水泥环密封失效，带来严重危害。水泥环密封完整性更容易引起水泥环密封失效，带来严重危害。水泥环密封完整性需要深化机理和材料研究，确保天然气的安全开采需要深化机理和材料研究，确保天然气的安全开采一、提高水泥环完整性的重要性一、提高水泥环完整性的重要性第第 6 6 页页n环空带压和气窜环空带压和气窜美国墨西哥湾最为典型美国墨西哥湾最为典型n油气井报废油气井报废造成严重经济损失造成严重经济损失n修井作业修井作业成本高、危险性大、成功率低成本高、危险性大、成功率低l水泥环密封失效带来巨大问题水泥环密封失效带来巨大问题严重影响天然气井生产和安全，缩短天然气井寿命严重影响天然气井生产和安全，缩短天然气井寿命一、提高水泥环完整性的重要性一、提高水泥环完整性的重要性第第 7 7 页页 在墨西哥湾的在墨西哥湾的OCS地区，大约有地区，大约有15500口井，有口井，有6692口井、大约口井、大约43%的井至少的井至少有一层套管带压有一层套管带压墨西哥湾OCS地区气井随着时间增加环空带压的情况 美国矿产管理服务机构统计美国矿产管理服务机构统计l有有10153个个套管环空带压，套管环空带压，47.1%属属于生产套管带压，于生产套管带压，26.2%表层套管表层套管带压，带压，16.3%的技术套管带压，的技术套管带压，10.4%的导管带压的导管带压l环空带压与井的生产寿命紧密相关，环空带压与井的生产寿命紧密相关，老井更易带压，一口井老井更易带压，一口井15年年可测量可测量出来的带压（一层或几层套管带压）出来的带压（一层或几层套管带压）可能性大约为可能性大约为50%。环空带压可以。环空带压可以存在于任何时期存在于任何时期一、提高水泥环完整性的重要性一、提高水泥环完整性的重要性第第 8 8 页页川渝地区、塔里木油田、松辽盆地深层天然气环空带压问题突出川渝地区、塔里木油田、松辽盆地深层天然气环空带压问题突出n克拉克拉2、迪那、迪那2等气田已经出现等气田已经出现90多口多口井生产井生产套管起压，套管起压，2008年，克拉年，克拉2气田投入生产的气田投入生产的14口口井中，有井中，有12口口井生产套管带压井生产套管带压n川东北气矿川东北气矿38口口高含硫气井中有高含硫气井中有10口口井口环井口环空带压空带压 n大庆徐深大庆徐深10、901井等井等5口井口井也存在井口环空也存在井口环空带压现象带压现象 1、复杂天然气井易引起环空密封失效复杂天然气井易引起环空密封失效一、提高水泥环完整性的重要性一、提高水泥环完整性的重要性第第 9 9 页页n致密气、页岩气等勘探开发需要致密气、页岩气等勘探开发需要对储层进行大型酸化压裂改造对储层进行大型酸化压裂改造n常规水泥环封隔质量难以保证常规水泥环封隔质量难以保证n需要优化水泥石力学性能需要优化水泥石力学性能2、非常规天然气密封要求高、非常规天然气密封要求高国内拥有非常丰富的页岩气资源，国内拥有非常丰富的页岩气资源，主要盆地和地区页岩气资源量约主要盆地和地区页岩气资源量约为为15万亿万亿30万亿立方米万亿立方米，与美，与美国国28.3万亿立方米大致相当万亿立方米大致相当一、提高水泥环完整性的重要性一、提高水泥环完整性的重要性第第 1010 页页3、酸性气藏分布广泛、酸性气藏分布广泛n松辽盆地松辽盆地n川渝地区等川渝地区等n海外部分区块海外部分区块酸性气体对水泥石产生腐蚀，酸性气体对水泥石产生腐蚀，可能破坏水泥环密封完整性可能破坏水泥环密封完整性区区块块井井 号号相对密度相对密度CH4C2H6C3H8IC4H10N2CO2徐徐家家围围子子徐深徐深10.60592.262.230.380.12.032.16徐深徐深60.586095.232.270.400.110.401.23徐深徐深80.810972.1421.8380.4870.0621.25023.798升升平平升深升深2010.600093.7461.4820.1360.0151.3923.104升深升深2020.600592.6461.4650.1190.0123.2802.413升深升深2030.586794.0290.8600.0603.8601.191宋宋芳芳屯屯芳深芳深9-11.4388.9390.1550.56990.34芳深芳深100.575396.361.9810.2890.0280.8130.346芳深芳深7011.000753.3540.6370.0220.55545.200安安达达汪汪9050.653587.3531.7090.5920.1843.0476.580汪深汪深1010.590392.8401.0480.0540.0165.1310.910达深达深20.905662.100.6842.63534.57 2002年年11月对大庆徐深月对大庆徐深1井井2000米处样品进行了检测，结果米处样品进行了检测，结果表明发生了表明发生了CO2腐蚀，腐蚀深度腐蚀，腐蚀深度1个月左右达到个月左右达到3mm 一、提高水泥环完整性的重要性一、提高水泥环完整性的重要性第第 1111 页页l周期性注采作业周期性注采作业l水泥环应力变化大水泥环应力变化大l对水泥石的力学性能要求更高对水泥石的力学性能要求更高4、储气库建设发展迅速、储气库建设发展迅速板板808/828地下储气库井地下储气库井环空带压测试环空带压测试结果结果 已建成或部分建成的储气库：已建成或部分建成的储气库：大港、华北、大港、华北、刘庄、金坛盐穴储气库刘庄、金坛盐穴储气库在建或准备建的储气库：在建或准备建的储气库：新疆呼图壁、重新疆呼图壁、重庆相国寺、长庆、辽河等庆相国寺、长庆、辽河等储气库安全运行至少储气库安全运行至少5050年年一、提高水泥环完整性的重要性一、提高水泥环完整性的重要性第第 1212 页页5、海外油气田日趋复杂、海外油气田日趋复杂全球发展，天然气、复杂井将越全球发展，天然气、复杂井将越来越多，水泥环密封挑战更多来越多，水泥环密封挑战更多 在阿姆河右岸气田在阿姆河右岸气田A区、区、B区前期区前期统计的统计的193口口井中，井中，井口带压的井井口带压的井（发生环空气窜）有（发生环空气窜）有39口，占总井数口，占总井数的的20.2%；生产套管固井候凝时发生生产套管固井候凝时发生气窜有气窜有14口，占总井数的口，占总井数的7.3%一、提高水泥环完整性的重要性一、提高水泥环完整性的重要性第第 1313 页页 报告提纲报告提纲一、提高水泥环完整性的重要性一、提高水泥环完整性的重要性二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素三、提高水泥环完整性的措施探讨三、提高水泥环完整性的措施探讨四、保证水泥环密封性未来主要发展方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向第第 1414 页页l l特定井下条件特定井下条件特定井下条件特定井下条件pp井眼尺寸井眼尺寸井眼尺寸井眼尺寸pp套管性能套管性能套管性能套管性能pp岩石机械性能岩石机械性能岩石机械性能岩石机械性能pp预计载荷变化预计载荷变化预计载荷变化预计载荷变化l l井内压力大幅变化井内压力大幅变化井内压力大幅变化井内压力大幅变化pp试压试压试压试压pp钻井液比重加大钻井液比重加大钻井液比重加大钻井液比重加大pp套管射孔套管射孔套管射孔套管射孔pp酸化压裂酸化压裂酸化压裂酸化压裂pp天然气产出天然气产出天然气产出天然气产出l l温度变化温度变化温度变化温度变化pp地热井生产地热井生产地热井生产地热井生产pp注入蒸汽注入蒸汽注入蒸汽注入蒸汽pp高温高压高温高压高温高压高温高压l l地层载荷地层载荷地层载荷地层载荷pp滑移滑移滑移滑移pp断层断层断层断层pp压实压实压实压实1、水泥环胶结失效的主要影响因素、水泥环胶结失效的主要影响因素影响因素多，作用周期长，影响因素多，作用周期长，井段距离大，窜气通道小井段距离大，窜气通道小二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素外在因素外在因素l l水水水水泥泥泥泥石石石石是是是是具具具具有有有有先先先先天天天天缺缺缺缺陷陷陷陷的的的的脆脆脆脆性性性性材材材材料料料料，井井井井下下下下水水水水泥泥泥泥环环环环在在在在射射射射孔孔孔孔弹弹弹弹高高高高能能能能聚聚聚聚流流流流冲冲冲冲击击击击力力力力（4000 4000 MPaMPa）的的的的作作作作用用用用下下下下，会会会会破破破破裂裂裂裂形形形形成成成成宏宏宏宏观观观观裂裂裂裂纹纹纹纹，油油油油气气气气井井井井开开开开发发发发过过过过程程程程中中中中的的的的后后后后续续续续增增增增产产产产措措措措施施施施使使使使这这这这些些些些裂裂裂裂纹纹纹纹进进进进一步扩大，致使水泥环的封隔作用彻底失效一步扩大，致使水泥环的封隔作用彻底失效一步扩大，致使水泥环的封隔作用彻底失效一步扩大，致使水泥环的封隔作用彻底失效l l通通通通常常常常情情情情况况况况下下下下，水水水水泥泥泥泥浆浆浆浆体体体体积积积积呈呈呈呈现现现现收收收收缩缩缩缩趋趋趋趋势势势势。常常常常规规规规水水水水泥泥泥泥浆浆浆浆体体体体积积积积总总总总收收收收缩缩缩缩率率率率为为为为5%-14%5%-14%，塑塑塑塑性性性性体体体体收收收收缩缩缩缩率率率率（初初初初凝凝凝凝前前前前）为为为为0.5%-0.5%-5%5%，硬硬硬硬化化化化体体体体收收收收缩缩缩缩率率率率（终终终终凝凝凝凝后后后后）为为为为1%-5%1%-5%，水水水水泥泥泥泥石石石石的的的的收收收收缩缩缩缩使界面产生微间隙，导致发生气水窜使界面产生微间隙，导致发生气水窜使界面产生微间隙，导致发生气水窜使界面产生微间隙，导致发生气水窜2、常规水泥石存在的不足与缺陷、常规水泥石存在的不足与缺陷二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素杨氏模量与泊松比示意图杨氏模量与泊松比示意图3、水泥硬化后井下温度及压力发生较大变化、水泥硬化后井下温度及压力发生较大变化压力变化导致水泥环发生开裂压力变化导致水泥环发生开裂钻井液密度变化导致水泥环收缩使胶结失效钻井液密度变化导致水泥环收缩使胶结失效二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素n n微环隙的位置微环隙的位置微环隙的位置微环隙的位置n n套管与水泥之间出现（套管与水泥之间出现（套管与水泥之间出现（套管与水泥之间出现（内微环隙内微环隙内微环隙内微环隙）n n水泥与地层之间形成（水泥与地层之间形成（水泥与地层之间形成（水泥与地层之间形成（外微环隙外微环隙外微环隙外微环隙）n n微环隙产生的原因微环隙产生的原因微环隙产生的原因微环隙产生的原因n n可可可可能能能能是是是是因因因因井井井井内内内内温温温温度度度度和和和和（或或或或）压压压压力力力力变变变变化化化化使使使使套套套套管管管管发发发发生生生生径径径径向向向向位位位位移移移移而而而而引引引引起起起起，特特特特别别别别是是是是当当当当水水水水泥泥泥泥凝凝凝凝固固固固后后后后井井井井内内内内压压压压力力力力或或或或温温温温度度度度降降降降低低低低时时时时（泥泥泥泥浆浆浆浆比比比比重重重重变变变变化化化化、替替替替入入入入完完完完井井井井液液液液、注入冷水等）注入冷水等）注入冷水等）注入冷水等）n n水泥环水泥环水泥环水泥环体积收缩体积收缩体积收缩体积收缩也会引起外微环隙出现也会引起外微环隙出现也会引起外微环隙出现也会引起外微环隙出现 3、水泥硬化后井下温度及压力发生较大变化、水泥硬化后井下温度及压力发生较大变化二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素n n井型：海洋平台井型：海洋平台井型：海洋平台井型：海洋平台n n水深：水深：水深：水深：91.44m91.44mn n泥浆线温度：泥浆线温度：泥浆线温度：泥浆线温度：4.444.44n n井深：井深：井深：井深：5334m5334mn n井下静止温度：井下静止温度：井下静止温度：井下静止温度：193.3193.3n n 508mm508mm表层套管：表层套管：表层套管：表层套管：609.6m609.6mn n 339.7mm339.7mm技术套管：技术套管：技术套管：技术套管：2956.6m2956.6mn n 244.5mm244.5mm技术套管：技术套管：技术套管：技术套管：4572m4572mn n 177.8mm177.8mm生产套管：生产套管：生产套管：生产套管：5334m5334mn n生产套管尺寸：生产套管尺寸：生产套管尺寸：生产套管尺寸：88.9mm88.9mmn n采油速度：采油速度：采油速度：采油速度：50005000桶桶桶桶/天天天天n n采气速度：采气速度：采气速度：采气速度：7878万方万方万方万方/天天天天开采一年后水泥环的温度变化情况曲线开采一年后水泥环的温度变化情况曲线开采过程中井眼温度的变化示例开采过程中井眼温度的变化示例二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素3、水泥硬化后井下温度及压力发生较大变化、水泥硬化后井下温度及压力发生较大变化二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素RockCasingCementRockCementCasing放射状裂隙放射状裂隙变形变形分离分离二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素 报告提纲报告提纲一、提高水泥环完整性的重要性一、提高水泥环完整性的重要性二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素三、提高水泥环完整性的措施探讨三、提高水泥环完整性的措施探讨四、保证水泥环密封性未来主要发展方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向n n油管或套管泄露油管或套管泄露油管或套管泄露油管或套管泄露螺纹连接不好、腐蚀、内管柱热应力破裂或机械破损螺纹连接不好、腐蚀、内管柱热应力破裂或机械破损螺纹连接不好、腐蚀、内管柱热应力破裂或机械破损螺纹连接不好、腐蚀、内管柱热应力破裂或机械破损封隔器漏失封隔器漏失封隔器漏失封隔器漏失n n顶替效率差顶替效率差顶替效率差顶替效率差井眼条件差井眼条件差井眼条件差井眼条件差前置液设计不合理前置液设计不合理前置液设计不合理前置液设计不合理固井工艺不合适或现场施工过程中出现问题固井工艺不合适或现场施工过程中出现问题固井工艺不合适或现场施工过程中出现问题固井工艺不合适或现场施工过程中出现问题n n水泥浆设计不合理水泥浆设计不合理水泥浆设计不合理水泥浆设计不合理水泥浆失水量大、稳定性差水泥浆失水量大、稳定性差水泥浆失水量大、稳定性差水泥浆失水量大、稳定性差水泥基质渗透性高、防窜性差水泥基质渗透性高、防窜性差水泥基质渗透性高、防窜性差水泥基质渗透性高、防窜性差体积收缩体积收缩体积收缩体积收缩n n温度、压力变化等对水泥环损伤温度、压力变化等对水泥环损伤温度、压力变化等对水泥环损伤温度、压力变化等对水泥环损伤水泥石力学性能与地层、套管不匹配水泥石力学性能与地层、套管不匹配水泥石力学性能与地层、套管不匹配水泥石力学性能与地层、套管不匹配水泥环开裂或界面出现微环隙水泥环开裂或界面出现微环隙水泥环开裂或界面出现微环隙水泥环开裂或界面出现微环隙层间封隔不好或气窜的主要原因层间封隔不好或气窜的主要原因开采时间延长，环空带压的主要原因开采时间延长，环空带压的主要原因三、提高水泥环完整性的措施探讨三、提高水泥环完整性的措施探讨造成天然气井环造成天然气井环空带压的原因空带压的原因三、提高水泥环完整性的措施探讨三、提高水泥环完整性的措施探讨1 1 1 1、提高顶替效率的措施、提高顶替效率的措施、提高顶替效率的措施、提高顶替效率的措施良好的井眼条件良好的井眼条件良好的井眼条件良好的井眼条件严格通井措施严格通井措施严格通井措施严格通井措施保证套管居中保证套管居中保证套管居中保证套管居中钻井液性能调整钻井液性能调整钻井液性能调整钻井液性能调整合适的隔离液类型及环空高度合适的隔离液类型及环空高度合适的隔离液类型及环空高度合适的隔离液类型及环空高度顶替排量及合适的环空液柱结构顶替排量及合适的环空液柱结构顶替排量及合适的环空液柱结构顶替排量及合适的环空液柱结构合适的施工工艺合适的施工工艺合适的施工工艺合适的施工工艺顶替效率低顶替效率低顶替模拟示意图顶替模拟示意图2 2 2 2、设计满足封固要求的水泥浆体系、设计满足封固要求的水泥浆体系、设计满足封固要求的水泥浆体系、设计满足封固要求的水泥浆体系失水量低（小于失水量低（小于失水量低（小于失水量低（小于50ml50ml50ml50ml）浆体稳定性好（自由液为浆体稳定性好（自由液为浆体稳定性好（自由液为浆体稳定性好（自由液为0mL0mL0mL0mL）过渡时间短过渡时间短过渡时间短过渡时间短抗压强度发展快，并有长期强度稳定性抗压强度发展快，并有长期强度稳定性抗压强度发展快，并有长期强度稳定性抗压强度发展快，并有长期强度稳定性水泥浆防窜性能好水泥浆防窜性能好水泥浆防窜性能好水泥浆防窜性能好水泥石长期体积不收缩水泥石长期体积不收缩水泥石长期体积不收缩水泥石长期体积不收缩应用的外加剂配伍性好，对水泥水化影响小应用的外加剂配伍性好，对水泥水化影响小应用的外加剂配伍性好，对水泥水化影响小应用的外加剂配伍性好，对水泥水化影响小过渡失水过渡失水 水泥浆渗透性高水泥浆渗透性高体积收缩体积收缩 界面胶结差界面胶结差三、提高水泥环完整性的措施探讨三、提高水泥环完整性的措施探讨3 3 3 3、水泥石力学性能能承受井下温度、压力、应化的变化、水泥石力学性能能承受井下温度、压力、应化的变化、水泥石力学性能能承受井下温度、压力、应化的变化、水泥石力学性能能承受井下温度、压力、应化的变化以前以前以前以前抗压强度抗压强度抗压强度抗压强度作为评价水泥浆性能的一项标准作为评价水泥浆性能的一项标准作为评价水泥浆性能的一项标准作为评价水泥浆性能的一项标准现现现现在在在在不不不不能能能能作作作作为为为为是是是是否否否否成成成成为为为为有有有有效效效效层层层层间间间间封封封封隔隔隔隔的的的的指指指指标标标标，还还还还需需需需要要要要其其其其他他他他如如如如杨杨杨杨氏氏氏氏模模模模量量量量、泊松比、抗拉强度、剪切强度、胶结强度进行综合评价泊松比、抗拉强度、剪切强度、胶结强度进行综合评价泊松比、抗拉强度、剪切强度、胶结强度进行综合评价泊松比、抗拉强度、剪切强度、胶结强度进行综合评价根根根根据据据据每每每每口口口口井井井井具具具具体体体体情情情情况况况况，对对对对水水水水泥泥泥泥环环环环在在在在建建建建井井井井、完完完完井井井井、增增增增产产产产和和和和生生生生产产产产作作作作业业业业承承承承受受受受的的的的外外外外载载载载进进进进行行行行分分分分析析析析，然然然然后后后后对对对对套套套套管管管管、水水水水泥泥泥泥、地地地地层层层层进进进进行行行行有有有有限限限限元元元元分分分分析析析析，确确确确定定定定出出出出水水水水泥泥泥泥石石石石的的的的力力力力学学学学性性性性能能能能（如如如如杨杨杨杨氏氏氏氏模模模模量量量量、泊泊泊泊松松松松比比比比等等等等），在在在在生生生生产产产产期期期期间间间间水水水水泥泥泥泥石石石石力力力力学性能能承受应力的变化学性能能承受应力的变化学性能能承受应力的变化学性能能承受应力的变化三、提高水泥环完整性的措施探讨三、提高水泥环完整性的措施探讨n n更强的柔韧性（更低的杨氏模量）更强的柔韧性（更低的杨氏模量）更强的柔韧性（更低的杨氏模量）更强的柔韧性（更低的杨氏模量）n n在动态应力变化的环境下保持完整性在动态应力变化的环境下保持完整性在动态应力变化的环境下保持完整性在动态应力变化的环境下保持完整性n n水泥环在井下环境中体积不收缩水泥环在井下环境中体积不收缩水泥环在井下环境中体积不收缩水泥环在井下环境中体积不收缩用什么样的水泥浆体系会获得长期良好的封隔用什么样的水泥浆体系会获得长期良好的封隔通过什么方法及手段来分析、获取这样的体系？通过什么方法及手段来分析、获取这样的体系？l 水泥环变形机理的定量化 基于固体力学结构的二维数学模型 岩石、套管、水泥石力学性能 应力状态分析l 具有柔韧性及膨胀性能的水泥浆体系水泥环出现裂纹水泥浆体系具有能与地层相适应的弹性，其可压缩性低且不收缩，此外，水泥石结构致密且渗透率低。因此，可能防止由于井内压力增加或温度增加引起水泥环的损坏三、提高水泥环完整性的措施探讨三、提高水泥环完整性的措施探讨n n采用柔韧性好与地层特性相匹配的水泥浆采用柔韧性好与地层特性相匹配的水泥浆采用柔韧性好与地层特性相匹配的水泥浆采用柔韧性好与地层特性相匹配的水泥浆根据井的具体情况，采用根据井的具体情况，采用根据井的具体情况，采用根据井的具体情况，采用CemSTRESSCemSTRESS软件分析并设计水泥浆体系软件分析并设计水泥浆体系软件分析并设计水泥浆体系软件分析并设计水泥浆体系可选用弹性材料和膨胀材料增加水泥弹性，防止微缝隙可选用弹性材料和膨胀材料增加水泥弹性，防止微缝隙可选用弹性材料和膨胀材料增加水泥弹性，防止微缝隙可选用弹性材料和膨胀材料增加水泥弹性，防止微缝隙在变化的井下环境下可以提供长期的层间封隔在变化的井下环境下可以提供长期的层间封隔在变化的井下环境下可以提供长期的层间封隔在变化的井下环境下可以提供长期的层间封隔水泥的弹性可以抵御水泥壳在应力变化下的破裂水泥的弹性可以抵御水泥壳在应力变化下的破裂水泥的弹性可以抵御水泥壳在应力变化下的破裂水泥的弹性可以抵御水泥壳在应力变化下的破裂可防止微缝隙的产生可防止微缝隙的产生可防止微缝隙的产生可防止微缝隙的产生LifeCemCementSystemElastiCemCementSystem三、提高水泥环完整性的措施探讨三、提高水泥环完整性的措施探讨以以以以CemCRETECemCRETE为为为为基基基基础础础础优优优优化化化化的的的的固固固固相相相相颗颗颗颗粒粒粒粒分分分分配配配配原原原原理理理理，配配配配合合合合柔柔柔柔韧韧韧韧性性性性颗颗颗颗粒粒粒粒及及及及膨膨膨膨胀胀胀胀剂剂剂剂，杨杨杨杨氏氏氏氏模模模模量量量量可可可可降降降降至至至至1380MPa1380MPa，最最最最大大大大限限限限度度度度减减减减少少少少微微微微环环环环空空空空的的的的出出出出现现现现，为为为为后后后后期增产工作提供保障，延长油气井的生产寿命期增产工作提供保障，延长油气井的生产寿命期增产工作提供保障，延长油气井的生产寿命期增产工作提供保障，延长油气井的生产寿命应用于动态应力环境的油、气井应用于动态应力环境的油、气井l所有的高温高压气井所有的高温高压气井l需要进行压裂增产的井需要进行压裂增产的井l钻井时泥浆密度变化很大的井钻井时泥浆密度变化很大的井l具有潜在微环空的井具有潜在微环空的井l施工后，温度和压力有变化的井施工后，温度和压力有变化的井l需要打水泥塞弃井的井需要打水泥塞弃井的井FlexSTONE柔韧水泥浆柔韧水泥浆三、提高水泥环完整性的措施探讨三、提高水泥环完整性的措施探讨n n优点优点优点优点能修复微间隙，内水泥环开裂和其他油气窜流通道能修复微间隙，内水泥环开裂和其他油气窜流通道能修复微间隙，内水泥环开裂和其他油气窜流通道能修复微间隙，内水泥环开裂和其他油气窜流通道对水泥环的水力密封性能有对水泥环的水力密封性能有对水泥环的水力密封性能有对水泥环的水力密封性能有自修复自修复自修复自修复作用作用作用作用降低补救和损失油气的成本，降低补救和损失油气的成本，降低补救和损失油气的成本，降低补救和损失油气的成本，延长油气井的开采寿命延长油气井的开采寿命延长油气井的开采寿命延长油气井的开采寿命n n应用应用应用应用作为领浆和尾浆作为领浆和尾浆作为领浆和尾浆作为领浆和尾浆能应用于生产油、凝析油气、天然气，或油气混合物能应用于生产油、凝析油气、天然气，或油气混合物能应用于生产油、凝析油气、天然气，或油气混合物能应用于生产油、凝析油气、天然气，或油气混合物能应用于打水泥塞和废弃井能应用于打水泥塞和废弃井能应用于打水泥塞和废弃井能应用于打水泥塞和废弃井出现井口带压时提高整个油气井生产期间井口的保护出现井口带压时提高整个油气井生产期间井口的保护出现井口带压时提高整个油气井生产期间井口的保护出现井口带压时提高整个油气井生产期间井口的保护自密封或自修复水泥自密封或自修复水泥三、提高水泥环完整性的措施探讨三、提高水泥环完整性的措施探讨 报告提纲报告提纲一、提高水泥环完整性的重要性一、提高水泥环完整性的重要性二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素三、提高水泥环完整性的措施探讨三、提高水泥环完整性的措施探讨四、保证水泥环密封性未来主要发展方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向1、现代固井技术面临形势、现代固井技术面临形势四、保证水泥环密封性未来主要发展方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向2、现代固井技术存在问题、现代固井技术存在问题四、保证水泥环密封性未来主要发展方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向n n复杂井一次作业成功率有待提高复杂井一次作业成功率有待提高复杂井一次作业成功率有待提高复杂井一次作业成功率有待提高提提提提高高高高固固固固井井井井一一一一次次次次作作作作业业业业成成成成功功功功率率率率，是是是是确确确确保保保保工工工工程程程程技技技技术术术术安安安安全全全全的的的的关键，是提高固井质量的保障，省略后期补救作业关键，是提高固井质量的保障，省略后期补救作业关键，是提高固井质量的保障，省略后期补救作业关键，是提高固井质量的保障，省略后期补救作业n n复杂层间有效封隔能力不强复杂层间有效封隔能力不强复杂层间有效封隔能力不强复杂层间有效封隔能力不强实实实实现现现现层层层层间间间间有有有有效效效效封封封封隔隔隔隔，是是是是后后后后续续续续安安安安全全全全钻钻钻钻井井井井的的的的保保保保障障障障，是是是是提提提提高开发效益的保障高开发效益的保障高开发效益的保障高开发效益的保障n n长寿命封固质量无法完全确保长寿命封固质量无法完全确保长寿命封固质量无法完全确保长寿命封固质量无法完全确保固固固固井井井井的的的的长长长长期期期期封封封封固固固固质质质质量量量量是是是是延延延延长长长长油油油油气气气气井井井井寿寿寿寿命命命命的的的的关关关关键键键键，是是是是提高单井综合经济效益的关键提高单井综合经济效益的关键提高单井综合经济效益的关键提高单井综合经济效益的关键核心问题：密封完整性核心问题：密封完整性结构完整性结构完整性腐蚀完整性腐蚀完整性密封完整性密封完整性结构完整性结构完整性腐蚀完整性腐蚀完整性基础理论研究基础理论研究功能性水泥浆功能性水泥浆体系体系配套工艺技术配套工艺技术功能性固井工具功能性固井工具3、未来固井技术发展方向、未来固井技术发展方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向3、未来固井技术发展方向、未来固井技术发展方向p紧密堆积优化水泥浆设计及技术应用紧密堆积优化水泥浆设计及技术应用p环空带压理论模型建立及技术应用环空带压理论模型建立及技术应用p水泥环不收缩及弹塑性改造水泥环不收缩及弹塑性改造p固井技术的信息化、智能化、集成化、个性化固井技术的信息化、智能化、集成化、个性化实现三个完整性的四个主体方向实现三个完整性的四个主体方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向3.1紧密堆积优化设计水泥浆紧密堆积优化设计水泥浆对于和水泥密度接近的矿对于和水泥密度接近的矿物微粉，其最佳的掺量为物微粉，其最佳的掺量为1827%f(z=x/t)=0.7(1-Z)+0.3(1-z)12 松散效应函数松散效应函数g(z=t/x)=(1-z)1.3 墙壁效应函数墙壁效应函数（1 1）一个多相体系由）一个多相体系由n n级颗粒组级颗粒组成，每相颗粒具有一个粒级成，每相颗粒具有一个粒级（2 2）每相（级）颗粒在其它相）每相（级）颗粒在其它相（级）颗粒存在时的最大密实度（级）颗粒存在时的最大密实度已知已知（3 3）不同粒径颗粒间的交互作）不同粒径颗粒间的交互作用通过壁效应和松开效应考虑用通过壁效应和松开效应考虑（4 4）不同堆积过程的压实程度）不同堆积过程的压实程度通过压实指数通过压实指数K K来反映来反映（1）Aim和和Goff模型模型（2）固体悬浮模型）固体悬浮模型（3）可压缩堆积（）可压缩堆积（CPM）模型）模型紧密堆积理论发展历程紧密堆积理论发展历程四、保证水泥环密封性未来主要发展方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向堆积模型示意图含水化膜颗粒的紧密堆积含水化膜颗粒的紧密堆积p提高单位体积水泥浆中的固相含量提高单位体积水泥浆中的固相含量p有效降低有效降低/增加水泥浆密度增加水泥浆密度p降低水泥石收缩降低水泥石收缩p提高水泥石的强度提高水泥石的强度p滚珠效应改善流变性滚珠效应改善流变性3.1紧密堆积优化设计水泥浆紧密堆积优化设计水泥浆紧密堆积设计水泥浆的优点紧密堆积设计水泥浆的优点四、保证水泥环密封性未来主要发展方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向3.1紧密堆积优化设计水泥浆紧密堆积优化设计水泥浆主要攻关内容主要攻关内容p多组分固井水泥浆紧密堆积模型研究多组分固井水泥浆紧密堆积模型研究p紧密堆积功能性材料研究紧密堆积功能性材料研究p超高密度水泥浆体系研究及现场应用超高密度水泥浆体系研究及现场应用p超低密度水泥浆体系研究及现场应用超低密度水泥浆体系研究及现场应用四、保证水泥环密封性未来主要发展方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向固井防窜技术研究主要经历的三个阶段固井防窜技术研究主要经历的三个阶段天然气井窜流模式天然气井窜流模式3.2环空带压理论模型建立及技术应用环空带压理论模型建立及技术应用四、保证水泥环密封性未来主要发展方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向3.2环空带压理论模型建立及技术应用环空带压理论模型建立及技术应用p水泥浆胶凝失重数学模型的建立水泥浆胶凝失重数学模型的建立p油气井长期生产条件下，水泥环缝隙发展和窜气发油气井长期生产条件下，水泥环缝隙发展和窜气发展数学模型的建立展数学模型的建立p窜流模拟装置建立与评价方法建立窜流模拟装置建立与评价方法建立p预防及处理环空带压的综合措施及技术方案预防及处理环空带压的综合措施及技术方案关键技术问题：关键技术问题：将油气井窜流模型由现有的将油气井窜流模型由现有的定性化评价向定量化定性化评价向定量化评价转变评价转变四、保证水泥环密封性未来主要发展方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向3.2环空带压理论模型建立及技术应用环空带压理论模型建立及技术应用p环空带压主要影响因素研究环空带压主要影响因素研究p 压力、温度变化对水泥石胶结性能的影响研究压力、温度变化对水泥石胶结性能的影响研究p 胶凝失重数学模型建立胶凝失重数学模型建立p 防窜评价装置设计与评价方法研究防窜评价装置设计与评价方法研究p 防止环空带压水泥浆体系方案研究防止环空带压水泥浆体系方案研究p 预防及处理环空带压的综合措施预防及处理环空带压的综合措施 p 单井防窜的个性化设计单井防窜的个性化设计主要攻关内容主要攻关内容三、保证水泥环密封性未来主要发展方向三、保证水泥环密封性未来主要发展方向3.3水泥环不收缩及弹塑性改造水泥环不收缩及弹塑性改造 水泥环损坏情况水泥环损坏情况微环隙微裂缝水泥环的固有力学特性水泥环的固有力学特性体积收缩导致层体积收缩导致层间胶结失效间胶结失效应力变化导致水应力变化导致水泥环发生损伤泥环发生损伤水泥环损坏情况水泥环损坏情况微环隙微裂缝微环隙n n水水水水泥泥泥泥石石石石的的的的力力力力学学学学性性性性能能能能表表表表现现现现为为为为脆脆脆脆性性性性，对对对对水水水水泥泥泥泥石石石石中中中中添添添添加加加加柔柔柔柔性性性性材材材材料料料料进进进进行行行行改改改改性性性性是是是是提提提提高高高高其其其其力力力力学学学学性性性性能能能能的的的的最最最最有有有有效手段效手段效手段效手段n n水水水水泥泥泥泥浆浆浆浆体体体体的的的的水水水水化化化化收收收收缩缩缩缩(HVR)(HVR)是是是是其其其其固固固固有有有有特特特特性性性性。研研研研究究究究结结结结果果果果表表表表明明明明，在在在在养养养养护护护护120120小小小小时时时时后后后后，HVRHVR超超超超过过过过5%5%，其其其其中中中中内内内内部部部部体体体体积积积积收收收收缩缩缩缩则则则则占占占占HVRHVR的的的的99.85%99.85%四、保证水泥环密封性未来主要发展方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向关键技术问题关键技术问题3.3水泥环不收缩及弹塑性改造水泥环不收缩及弹塑性改造p 脆性改造材料技术脆性改造材料技术p 防止收缩的材料技术防止收缩的材料技术p 非水泥基新型材料技术非水泥基新型材料技术p 膨胀、弹性水泥浆评价装置设计与评价方法研究膨胀、弹性水泥浆评价装置设计与评价方法研究p 长期稳定封隔技术长期稳定封隔技术四、保证水泥环密封性未来主要发展方向四、保证水泥环密封性未来主要发展方向LifeCemCementSystemElastiCemCementSystemp 柔性外掺料研究开发