固井安全偏心度的分析研究

高彬(长庆油田第十采油厂， 陕西 西安 710021)

固井安全偏心度的分析研究

高彬(长庆油田第十采油厂， 陕西 西安 710021)

本文数值模拟了固井顶替过程，揭示了在不同偏心度的条件下环空顶替界面特征与形成机理，获得了顶替界面长度随顶替时间的发展规律，数值实验结果表明偏心度对顶替界面有重要影响，对固井顶替施工设计具有重要理论和实践意义。

偏心度；固井安全；数值模拟；顶替界面

0 引言

本文在前人研究基础上，数值模拟了在不同偏心度的条件下顶替界面发展过程，研究了偏心的环空顶替的界面特征形成机理与参数影响，得到了不同偏心度对固井顶替的影响，将对现场实际施工有积极的指导意义。

1 顶替界面特征

基于数值模拟结果，绘制出顶替界面随顶替时间的变化特征，图1为密度差0.2g/cm3条件下，不同偏心度顶替界面随顶替时间变化的发展过程。图1中分别列出了第6秒、第12秒、第24秒时刻水泥浆体积分数在环空中的分布图。其中红色代表水泥浆，蓝色代表钻井液。由图可知，顶替界面存在水泥浆与钻井液的过渡区。文中定义水泥浆体积分数80%的位置为顶替后缘，水泥浆体积分数20%的位置为顶替前缘，界面长度为顶替前缘位置减顶替后缘位置。

图1 水泥浆体积分数随时间变化分布图

2 云图分析

观察图1不同偏心度下水泥浆对钻井液正密度差顶替条件下的两相顶替界面特征。低偏心度(e=0.3)条件下，高边的水泥浆流动滞留，高边上部分层明显，低边的水泥浆流动不断超前，形成低边指进的分层流动特征，顶替界面长度随着顶替时间的增加不断增长；套管高偏心度(e=0.7)条件下，环空上部宽边水泥浆流动不断超前，形成宽边指进的分层流动特征，顶替界面长度随着顶替时间的增加不断增长；低偏心度(e=0.3)条件下，窄边略有指进，两相顶替界面发展相对平稳，顶替界面长度随着顶替时间的增加增幅较小。

3 偏心度优化

根据对不同套管偏心度的固井顶替数值模拟结果，读取不同时刻顶替前缘与顶替后缘的坐标，得出不同时刻的顶替界面长度，绘制不同套管偏心度的条件下顶替界面长度随顶替时间变化曲线。

图2 偏心度对顶替界面长度的影响

通过图2可知：偏心度为0.3时，重力作用和宽窄边效应相互平衡，顶替界面最稳定，顶替效率最高；当偏心度较大时，界面长度随偏心度的增大而增加。因此，减小水平段套管偏心度，偏心度最好控制在0.3以内，有利于降低顶替界面长度。

4 认识和建议

(1)偏心的环空宽窄边会导致宽边速度比窄边快，偏心的环空宽窄边顶替界面发展相对平稳。

(2)水平井固井顶替中顶替界面长度与顶替效率规律性保持一致。

(3)降低套管偏心度，有利于降低顶替界面长度，提高固井顶替效率。

(4)理论上存在一个最优偏心度对固井施工来讲是最安全的。

(5)固井的安全偏心度有待进一步研究，理论上进一步指导现场。