不规则井眼固井环空流场及井壁附着泥浆滞留机理研究

In recent years,with the continuous expansion of drilling for shale formation, the cementing quality problem of irregular wellhole becomes more and more severer,the cementing quality of "Big Belly" and "Sugar-coated berry" wellhole are generally poor especially, it has become an important factor affecting the integrity of wellbore now.This study based on the irregular wellhole because of the uneven hole enlargement rate,with cementing annulus flow field and mud adsorbed on the sidewall as research object, and with improving displacement efficiency as research target,use the method of theoretical modeling solution,numerical simulation,laboratory simulation experiment and combined with field application to study the flow field law of cementing annulus, the retention mechanism of mud adsorbed on the sidewall,and the optimum proposal of cementing.Based on the study,the flow characteristics of cementing fluid in the irregular wellhole section were mastered,the retention mechanism of mud adsorbed on the sidewall was revealed,and the optimum proposal improving the displacement efficiency were obtained.It can help to improve the cementing quality and wellbore integrity of the irregular borehole.

近年来，随着泥页岩地层钻井规模的不断扩大，不规则井眼的固井质量问题日益突出，尤其是“大肚子”井眼和“糖葫芦”井眼的固井质量普遍较差，现已成为影响井筒完整性的重要因素。本研究基于井径扩大率不均匀形成的弧形凹面不规则井眼，以固井环空流场及井壁附着泥浆为研究对象，以提高顶替效率为研究目标，采用理论建模求解、数值模拟验证、室内模拟实验和与现场应用相结合的方法，在不规则井眼段固井环空流场规律、井壁附着泥浆滞留机理及优化施工方案方面开展研究。通过研究掌握不规则井眼段固井流体的流动特性，揭示不规则井眼条件下井壁附着泥浆的滞留机理，提出改善不规则井眼固井顶替效率的优化方案，以提高固井质量和保障井筒完整性。

近年来，随着泥页岩地层钻井规模的不断扩大，不规则井眼的固井质量问题日益突出，尤其是“大肚子”井眼和“糖葫芦”井眼的固井质量普遍较差，现已成为影响井筒完整性的重要因素。本研究基于井径扩大率不均匀形成的弧形凹面不规则井眼，以固井环空流场及井壁附着泥浆为研究对象，以提高顶替效率为研究目标，采用理论建模求解、数值模拟验证、室内模拟实验和与现场应用相结合的方法，针对不规则井眼段固井环空流场规律、不规则井眼段固井流体对井壁附着泥浆的携扫作用以及改善不规则井眼固井顶替效率的优化方案开展了深入研究。. 通过理论分析、数值模拟等研究建立了不规则凹面井眼条件下的流动压耗方程和井筒压力方程，分析认识了不规则井眼段的固井流体流动特性；结合对井壁附着泥浆的受力分析，建立了幂律模式和赫巴模式下的固井顶替模型，揭示了不规则井眼条件下井壁附着泥浆的滞留机理；建立了滞留体积计算方法，结合实例分析了套管居中度、井斜角、流体密度差及注替排量等参数对不规则井眼段固井顶替效率的影响规律；从优化固井施工排量、优化顶替流体与被顶替流体密度差、优化水泥浆与钻井液性能方面提出了改善不规则井眼固井顶替效率的相关措施。. 基于前述研究发现，在正常固井施工条件与常见的井眼扩径范围内，不规则凹面井眼的流动压耗小于正常井眼的流动压耗，不规则凹面井眼的数量越多，封固段的总体压耗越小，本课题建立的模型计算误差在工程计算范围内，可用于描述不规则凹面区域的流动问题；另外，随着套管偏心度增大，套管壁和井壁会呈现出不同的泥浆滞留厚度，窄间隙泥浆滞留厚度最大，宽间隙泥浆滞留厚度最小；钻井液与水泥浆两种流体密度差越大，顶替效果越好；顶替效率随着注替排量增大而提高。通过优化固井施工排量、流体密度差、水泥浆性能、钻井液性能、套管居中度等可有效改善不规则井眼固井顶替效率，该研究有助于提高不规则井眼的固井质量和保障井筒完整性。