固井安全偏心度的分析研究

高彬(長慶油田第十采油廠， 陜西 西安 710021)

固井安全偏心度的分析研究

高彬(長慶油田第十采油廠， 陜西 西安 710021)

本文數值模擬了固井頂替過程，揭示了在不同偏心度的條件下環空頂替界面特征與形成機理，獲得了頂替界面長度隨頂替時間的發展規律，數值實驗結果表明偏心度對頂替界面有重要影響，對固井頂替施工設計具有重要理論和實踐意義。

偏心度；固井安全；數值模擬；頂替界面

0 引言

本文在前人研究基礎上，數值模擬了在不同偏心度的條件下頂替界面發展過程，研究了偏心的環空頂替的界面特征形成機理與參數影響，得到了不同偏心度對固井頂替的影響，將對現場實際施工有積極的指導意義。

1 頂替界面特征

基于數值模擬結果，繪制出頂替界面隨頂替時間的變化特征，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間變化的發展過程。圖1中分別列出了第6秒、第12秒、第24秒時刻水泥漿體積分數在環空中的分布圖。其中紅色代表水泥漿，藍色代表鉆井液。由圖可知，頂替界面存在水泥漿與鉆井液的過渡區。文中定義水泥漿體積分數80%的位置為頂替后緣，水泥漿體積分數20%的位置為頂替前緣，界面長度為頂替前緣位置減頂替后緣位置。

圖1 水泥漿體積分數隨時間變化分布圖

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，高邊的水泥漿流動滯留，高邊上部分層明顯，低邊的水泥漿流動不斷超前，形成低邊指進的分層流動特征，頂替界面長度隨著頂替時間的增加不斷增長；套管高偏心度(e=0.7)條件下，環空上部寬邊水泥漿流動不斷超前，形成寬邊指進的分層流動特征，頂替界面長度隨著頂替時間的增加不斷增長；低偏心度(e=0.3)條件下，窄邊略有指進，兩相頂替界面發展相對平穩，頂替界面長度隨著頂替時間的增加增幅較小。

3 偏心度優化

根據對不同套管偏心度的固井頂替數值模擬結果，讀取不同時刻頂替前緣與頂替后緣的坐標，得出不同時刻的頂替界面長度，繪制不同套管偏心度的條件下頂替界面長度隨頂替時間變化曲線。

圖2 偏心度對頂替界面長度的影響

通過圖2可知：偏心度為0.3時，重力作用和寬窄邊效應相互平衡，頂替界面最穩定，頂替效率最高；當偏心度較大時，界面長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，有利于降低頂替界面長度。

4 認識和建議

(1)偏心的環空寬窄邊會導致寬邊速度比窄邊快，偏心的環空寬窄邊頂替界面發展相對平穩。

(2)水平井固井頂替中頂替界面長度與頂替效率規律性保持一致。

(3)降低套管偏心度，有利于降低頂替界面長度，提高固井頂替效率。

(4)理論上存在一個最優偏心度對固井施工來講是最安全的。

(5)固井的安全偏心度有待進一步研究，理論上進一步指導現場。