固井安全偏心度的分析研究

高彬(長(zhǎng)慶油田第十采油廠， 陜西 西安 710021)

固井安全偏心度的分析研究

高彬(長(zhǎng)慶油田第十采油廠， 陜西 西安 710021)

本文數(shù)值模擬了固井頂替過程，揭示了在不同偏心度的條件下環(huán)空頂替界面特征與形成機(jī)理，獲得了頂替界面長(zhǎng)度隨頂替時(shí)間的發(fā)展規(guī)律，數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明偏心度對(duì)頂替界面有重要影響，對(duì)固井頂替施工設(shè)計(jì)具有重要理論和實(shí)踐意義。

偏心度；固井安全；數(shù)值模擬；頂替界面

0 引言

本文在前人研究基礎(chǔ)上，數(shù)值模擬了在不同偏心度的條件下頂替界面發(fā)展過程，研究了偏心的環(huán)空頂替的界面特征形成機(jī)理與參數(shù)影響，得到了不同偏心度對(duì)固井頂替的影響，將對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工有積極的指導(dǎo)意義。

1 頂替界面特征

基于數(shù)值模擬結(jié)果，繪制出頂替界面隨頂替時(shí)間的變化特征，圖1為密度差0.2g/cm3條件下，不同偏心度頂替界面隨頂替時(shí)間變化的發(fā)展過程。圖1中分別列出了第6秒、第12秒、第24秒時(shí)刻水泥漿體積分?jǐn)?shù)在環(huán)空中的分布圖。其中紅色代表水泥漿，藍(lán)色代表鉆井液。由圖可知，頂替界面存在水泥漿與鉆井液的過渡區(qū)。文中定義水泥漿體積分?jǐn)?shù)80%的位置為頂替后緣，水泥漿體積分?jǐn)?shù)20%的位置為頂替前緣，界面長(zhǎng)度為頂替前緣位置減頂替后緣位置。

圖1 水泥漿體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化分布圖

2 云圖分析

觀察圖1不同偏心度下水泥漿對(duì)鉆井液正密度差頂替條件下的兩相頂替界面特征。低偏心度(e=0.3)條件下，高邊的水泥漿流動(dòng)滯留，高邊上部分層明顯，低邊的水泥漿流動(dòng)不斷超前，形成低邊指進(jìn)的分層流動(dòng)特征，頂替界面長(zhǎng)度隨著頂替時(shí)間的增加不斷增長(zhǎng)；套管高偏心度(e=0.7)條件下，環(huán)空上部寬邊水泥漿流動(dòng)不斷超前，形成寬邊指進(jìn)的分層流動(dòng)特征，頂替界面長(zhǎng)度隨著頂替時(shí)間的增加不斷增長(zhǎng)；低偏心度(e=0.3)條件下，窄邊略有指進(jìn)，兩相頂替界面發(fā)展相對(duì)平穩(wěn)，頂替界面長(zhǎng)度隨著頂替時(shí)間的增加增幅較小。

3 偏心度優(yōu)化

根據(jù)對(duì)不同套管偏心度的固井頂替數(shù)值模擬結(jié)果，讀取不同時(shí)刻頂替前緣與頂替后緣的坐標(biāo)，得出不同時(shí)刻的頂替界面長(zhǎng)度，繪制不同套管偏心度的條件下頂替界面長(zhǎng)度隨頂替時(shí)間變化曲線。

圖2 偏心度對(duì)頂替界面長(zhǎng)度的影響

通過圖2可知：偏心度為0.3時(shí)，重力作用和寬窄邊效應(yīng)相互平衡，頂替界面最穩(wěn)定，頂替效率最高；當(dāng)偏心度較大時(shí)，界面長(zhǎng)度隨偏心度的增大而增加。因此，減小水平段套管偏心度，偏心度最好控制在0.3以內(nèi)，有利于降低頂替界面長(zhǎng)度。

4 認(rèn)識(shí)和建議

(1)偏心的環(huán)空寬窄邊會(huì)導(dǎo)致寬邊速度比窄邊快，偏心的環(huán)空寬窄邊頂替界面發(fā)展相對(duì)平穩(wěn)。

(2)水平井固井頂替中頂替界面長(zhǎng)度與頂替效率規(guī)律性保持一致。

(3)降低套管偏心度，有利于降低頂替界面長(zhǎng)度，提高固井頂替效率。

(4)理論上存在一個(gè)最優(yōu)偏心度對(duì)固井施工來講是最安全的。

(5)固井的安全偏心度有待進(jìn)一步研究，理論上進(jìn)一步指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)。