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本文给出了在窄密度窗口地层实现平衡压力固井的方法。窄密度窗口地层固井中,因钻井液密度窗口窄,造成井眼易涌、易漏,难以实现固井全过程的压力平衡,顶替效率低,甚至会出现漏失和井涌而导致固井作业失败。针对这些难题,本文从水泥浆凝固特性和胶凝强度发展的特点出发,研究了水泥浆网架构对于固井防漏的作用,胶凝强度是衡量网架结构发展情况的力学属性,因此,提出了利用水泥浆胶凝强度修正固井中环空液柱压力的方法,从而可以实现提高水泥浆密度或施工顶替排量,实现水泥浆紊流顶替。 由于窄密度窗口地层压力敏感,固井作业中流体流变性能的变化,尤其是水泥浆流变性能的变化会导致井眼中压力失稳;由于水泥浆流变性能受混配方式影响较大,因此本文着重研究了水泥浆流变性能受混配方式的影响规律。通过水泥浆室内试验和现场试验对比分析,认为不同混配方式或者不同混合能量下,水泥浆流变性能会发生变化,即室内混配出的水泥浆与现场水泥车混配的水泥浆在流变性能上有较大差别,若仅仅依据室内试验结果进行固井作业设计,必然会导致井眼内流体实际流动情况与设计不符,可能会使井眼内压力平衡被破坏,从而导致固井失败。通过研究混配方式对水泥浆流变性能的影响,提出了窄密度窗口地层固井中,在进行水泥浆流变性能设计时,必须采用现场试验方法消除因混合能量所产生的误差。 复合顶替技术能够解决固井施工中施工压力高、顶替效率低的难题,本文研究了复合顶替技术,指出了现有塞流-紊流复合顶替技术存在的理论局限,修正了该顶替模型,并在此基础上了提出了塞流-过渡流复合顶替技术,塞流-过渡流复合顶替技术利用膨胀型水泥浆流变模式,解决窄密度窗口地层固井难题。膨胀型水泥浆利用其较高的动切力能够提高顶替效率,同时其剪切稀释性能能够降低水泥浆流动摩阻。 文章结合缅甸某区块YA-1井177.8mm尾管固井的实际情况,进行了窄密度窗口地层固井的预测与模拟,通过利用水泥浆网架结构修正施工作业压力、消除混配方式带来的水泥浆性能误差,以及利用新型复合顶替技术和设计原则,优化了水泥浆流变性能和现场施工设计,现场施工作业顺利,固井质量优良。现场应用结果说明,窄密度窗口地层固井研究所取得的各项结论基本正确,能够用来指导现场作业。