李亞偉　高煜　曲剛　尹文波　王新峰

摘要：油氣田開(kāi)發(fā)中常常因?yàn)楣叹|(zhì)量問(wèn)題影響正常生產(chǎn)。振動(dòng)固井是在下套管、注灰、頂替或候凝過(guò)程中，產(chǎn)生振動(dòng)波作用于水泥漿來(lái)提高固井質(zhì)量的一項(xiàng)新技術(shù)。文章介紹了常見(jiàn)的振動(dòng)固井方式，并研究了振動(dòng)套管對(duì)水泥漿性能的影響規(guī)律，為井下移動(dòng)式振動(dòng)器提高固井質(zhì)量技術(shù)提供實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：水泥漿性能；振動(dòng)固井方式；油氣田開(kāi)發(fā)；固井質(zhì)量；影響規(guī)律 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TE256 文章編號(hào)：1009-2374（2017）11-0237-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.119

1 概述

美、蘇兩國(guó)有關(guān)專家從20世紀(jì)80年代起就在試驗(yàn)中將振動(dòng)應(yīng)用到固井中，研究總結(jié)出許多有價(jià)值的結(jié)論，室內(nèi)試驗(yàn)、地面模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)都證明振動(dòng)對(duì)提高固井質(zhì)量是行之有效的。振動(dòng)可排出水泥漿中的自由水和氣泡，使水泥漿充分水化，提高其均勻度和密實(shí)性，在油水井套管環(huán)空形成更完整的水泥環(huán)，提高兩個(gè)界面的膠結(jié)強(qiáng)度，達(dá)到提高固井質(zhì)量的目的。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

目前，使用最為廣泛的是水力脈沖振動(dòng)器。水力脈沖式振動(dòng)器作為套管串一部分隨套管下入井內(nèi)，通過(guò)液體的流動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)。它所起的作用主要體現(xiàn)在降低鉆井液的粘度和提高頂替效率，同時(shí)對(duì)水泥漿充分混合，也起到一定的消除氣泡作用，對(duì)固井中清洗、注灰和頂替這些環(huán)節(jié)具有積極的作用。

2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)振動(dòng)固井裝置主要有：

2.2.1 隨行振動(dòng)固井方法。在固井過(guò)程中隨著橡膠塞套在套管中一邊下行一邊振動(dòng)，當(dāng)橡膠塞套下行到井底碰壓浮箍停止后，橡膠塞套繼續(xù)振動(dòng)直至水泥漿初凝之前再停止其振動(dòng)的工作。

2.2.2 井下水力自激振動(dòng)脈沖發(fā)生器。包括安全防護(hù)裝置和井下自激振動(dòng)發(fā)生裝置，安全防護(hù)裝置由安全護(hù)罩構(gòu)成，在安全護(hù)罩的上部設(shè)置有過(guò)流孔，井下自激振動(dòng)發(fā)生裝置包括自激蕩腔和自激下座，設(shè)計(jì)了一種可以在固井施工中自動(dòng)產(chǎn)生震動(dòng)的井下水力自激振動(dòng)脈沖發(fā)生器。

2.2.3 水力脈沖振動(dòng)固井引鞋。主要由本體、水力振動(dòng)發(fā)生器、固定螺釘、固定壓環(huán)、防松螺釘和導(dǎo)引頭組成，水力振動(dòng)發(fā)生器由兩個(gè)串聯(lián)的雙諧振腔體、振動(dòng)滑塊及彈簧組成，普通的高速紊流在水力振蕩器（諧振腔體）的自激作用下轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)射流，脈動(dòng)射流和振動(dòng)滑塊的共同作用使套管產(chǎn)生徑向和縱向振動(dòng)。

3 振動(dòng)套管對(duì)水泥漿性能影響規(guī)律

振動(dòng)對(duì)水泥漿性能影響規(guī)律實(shí)驗(yàn)包括模具加工和器材配備、振動(dòng)對(duì)抗壓強(qiáng)度試影響試驗(yàn)和振動(dòng)對(duì)膠結(jié)強(qiáng)度影響試驗(yàn)。

3.1 試驗(yàn)方案

3.1.1 模擬井下溫度、壓力，在增壓稠化儀上稠化1小時(shí)，模擬固井施工過(guò)程。

3.1.2 在模擬井下溫度和壓力條件下，測(cè)試振動(dòng)套管對(duì)水泥石強(qiáng)度的影響。

3.1.3 在模擬井下溫度和壓力條件下，測(cè)試振動(dòng)套管對(duì)界面膠結(jié)強(qiáng)度的影響。

3.2 試驗(yàn)過(guò)程

3.2.1 模具加工和器材配備。實(shí)驗(yàn)工具及器材配備：水泥漿高溫養(yǎng)護(hù)釜、振蕩器及測(cè)試臺(tái)架、抗壓模具、膠結(jié)強(qiáng)度模具、巖心棒、水泥漿攪拌器等。

3.2.2 水泥漿內(nèi)部溫度傳導(dǎo)速度測(cè)試。首先進(jìn)行了水泥漿內(nèi)部溫度傳導(dǎo)速度測(cè)試，保溫釜水溫60℃，環(huán)境溫度15℃，將配好的水泥漿試樣放入保溫釜中，測(cè)試表明，50分鐘后，水泥試樣中心溫度達(dá)到并維持在55℃。

3.2.3 振動(dòng)對(duì)抗壓強(qiáng)度試影響試驗(yàn)。水泥漿體系：G降水泥漿體系；水灰比44%。

將混配好的G降水泥漿倒入模具中，養(yǎng)護(hù)侯凝24小時(shí)，對(duì)形成的水泥環(huán)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，作為對(duì)比試驗(yàn)樣，測(cè)試結(jié)果如下：

養(yǎng)護(hù)侯凝1小時(shí)后對(duì)其進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)3分鐘，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)23小時(shí)，作為振動(dòng)試樣01，測(cè)試結(jié)果如下：

養(yǎng)護(hù)侯凝2小時(shí)后對(duì)其進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)3分鐘，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)22小時(shí)，作為振動(dòng)試樣02，測(cè)試結(jié)果如下：

養(yǎng)護(hù)侯凝3小時(shí)后對(duì)其進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)3分鐘，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)21小時(shí)，作為振動(dòng)試樣03，測(cè)試結(jié)果如下：

試驗(yàn)表明，對(duì)已侯凝2小時(shí)以內(nèi)的水泥漿進(jìn)行振動(dòng)處理，生成水泥環(huán)后抗壓強(qiáng)度平均提升4%，對(duì)2小時(shí)之后的水泥漿效果不明顯。

3.2.4 振動(dòng)對(duì)膠結(jié)強(qiáng)度影響試驗(yàn)。

將混配好的G降水泥漿倒入帶有巖心棒的專用模具中，養(yǎng)護(hù)侯凝24小時(shí)，對(duì)巖心棒周?chē)纬傻乃喹h(huán)施加軸向壓力使其脫離巖心棒，記錄壓力數(shù)值，作為對(duì)比試驗(yàn)樣，測(cè)試結(jié)果如下：

養(yǎng)護(hù)侯凝2小時(shí)后對(duì)其進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)3分鐘，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)22小時(shí)，作為振動(dòng)試樣01，測(cè)試結(jié)果如下：

養(yǎng)護(hù)侯凝3小時(shí)后對(duì)其進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)3分鐘，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)21小時(shí)，作為振動(dòng)試樣02，測(cè)試結(jié)果如下：

試驗(yàn)表明，對(duì)已侯凝2小時(shí)以內(nèi)的水泥漿進(jìn)行振動(dòng)處理，生成水泥環(huán)與巖心棒膠結(jié)強(qiáng)度平均提升7%，對(duì)2小時(shí)之后的水泥漿效果不明顯。

最后測(cè)得對(duì)候凝1小時(shí)內(nèi)振動(dòng)的水泥試樣抗壓強(qiáng)度和膠結(jié)強(qiáng)度平局值均大于未振動(dòng)的水泥試樣，本試驗(yàn)中振動(dòng)試樣的抗壓強(qiáng)度值均滿足對(duì)產(chǎn)層段水泥石抗壓強(qiáng)度的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)測(cè)試振動(dòng)對(duì)水泥抗壓強(qiáng)度和膠結(jié)強(qiáng)度的影響，揭示套管振動(dòng)對(duì)水泥漿性能的影響規(guī)律，測(cè)試分析套管振動(dòng)時(shí)間對(duì)固井質(zhì)量的影響特性，為振動(dòng)提高固井質(zhì)量技術(shù)提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 陳杰，王學(xué)良，王恩合，等.動(dòng)態(tài)振動(dòng)固井技術(shù)的研究與應(yīng)用[A].2011年度鉆井技術(shù)研討會(huì)暨石油鉆井院所長(zhǎng)會(huì)議論文集[C].2011.

作者簡(jiǎn)介：李亞偉（1990-），男，山東煙臺(tái)人，供職于中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，研究方向：石油機(jī)械設(shè)備。

（責(zé)任編輯：小 燕）