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(shù)值模擬了固井頂替過程，揭示了在不同偏心度的條件下環(huán)空頂替界面特征與形成機(jī)理，獲得了頂替界面長度隨頂替時間的發(fā)展規(guī)律，數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明偏心度對頂替界面有重要影響，對固井頂替施工設(shè)計(jì)具有重要理論和實(shí)踐意義。

偏心度；固井安全；數(shù)值模擬；頂替界面

0 引言

本文在前人研究基礎(chǔ)上，數(shù)值模擬了在不同偏心度的條件下頂替界面發(fā)展過程，研究了偏心的環(huán)空頂替的界面特征形成機(jī)理與參數(shù)影響，得到了不同偏心度對固井頂替的影響，將對現(xiàn)場實(shí)際施工有積極的指導(dǎo)意義。

1 頂替界面特征

基于數(shù)值模擬結(jié)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(fā)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?jǐn)?shù)在環(huán)空中的分布圖。其中紅色代表水泥漿，藍(lán)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(qū)。文中定義水泥漿體積分?jǐn)?shù)80%的位置為頂替后緣，水泥漿體積分?jǐn)?shù)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?jǐn)?shù)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(jìn)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(huán)空上部寬邊水泥漿流動不斷超前，形成寬邊指進(jìn)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(jìn)，兩相頂替界面發(fā)展相對平穩(wěn)，頂替界面長度隨著頂替時間的增加增幅較小。

3 偏心度優(yōu)化

根據(jù)對不同套管偏心度的固井頂替數(shù)值模擬結(jié)果，讀取不同時刻頂替前緣與頂替后緣的坐標(biāo)，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(yīng)相互平衡，頂替界面最穩(wěn)定，頂替效率最高；當(dāng)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(nèi)，有利于降低頂替界面長度。

4 認(rèn)識和建議

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

(2)水平井固井頂替中頂替界面長度與頂替效率規(guī)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(yōu)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(jìn)一步研究，理論上進(jìn)一步指導(dǎo)現(xiàn)場。