李亞偉　高煜　曲剛　尹文波　王新峰

摘要：油氣田開發(fā)中常常因為固井質(zhì)量問題影響正常生產(chǎn)。振動固井是在下套管、注灰、頂替或候凝過程中，產(chǎn)生振動波作用于水泥漿來提高固井質(zhì)量的一項新技術(shù)。文章介紹了常見的振動固井方式，并研究了振動套管對水泥漿性能的影響規(guī)律，為井下移動式振動器提高固井質(zhì)量技術(shù)提供實驗和理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：水泥漿性能；振動固井方式；油氣田開發(fā)；固井質(zhì)量；影響規(guī)律 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TE256 文章編號：1009-2374（2017）11-0237-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.119

1 概述

美、蘇兩國有關(guān)專家從20世紀(jì)80年代起就在試驗中將振動應(yīng)用到固井中，研究總結(jié)出許多有價值的結(jié)論，室內(nèi)試驗、地面模擬試驗和現(xiàn)場試驗都證明振動對提高固井質(zhì)量是行之有效的。振動可排出水泥漿中的自由水和氣泡，使水泥漿充分水化，提高其均勻度和密實性，在油水井套管環(huán)空形成更完整的水泥環(huán)，提高兩個界面的膠結(jié)強(qiáng)度，達(dá)到提高固井質(zhì)量的目的。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

目前，使用最為廣泛的是水力脈沖振動器。水力脈沖式振動器作為套管串一部分隨套管下入井內(nèi)，通過液體的流動產(chǎn)生振動。它所起的作用主要體現(xiàn)在降低鉆井液的粘度和提高頂替效率，同時對水泥漿充分混合，也起到一定的消除氣泡作用，對固井中清洗、注灰和頂替這些環(huán)節(jié)具有積極的作用。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)振動固井裝置主要有：

2.2.1 隨行振動固井方法。在固井過程中隨著橡膠塞套在套管中一邊下行一邊振動，當(dāng)橡膠塞套下行到井底碰壓浮箍停止后，橡膠塞套繼續(xù)振動直至水泥漿初凝之前再停止其振動的工作。

2.2.2 井下水力自激振動脈沖發(fā)生器。包括安全防護(hù)裝置和井下自激振動發(fā)生裝置，安全防護(hù)裝置由安全護(hù)罩構(gòu)成，在安全護(hù)罩的上部設(shè)置有過流孔，井下自激振動發(fā)生裝置包括自激蕩腔和自激下座，設(shè)計了一種可以在固井施工中自動產(chǎn)生震動的井下水力自激振動脈沖發(fā)生器。

2.2.3 水力脈沖振動固井引鞋。主要由本體、水力振動發(fā)生器、固定螺釘、固定壓環(huán)、防松螺釘和導(dǎo)引頭組成，水力振動發(fā)生器由兩個串聯(lián)的雙諧振腔體、振動滑塊及彈簧組成，普通的高速紊流在水力振蕩器（諧振腔體）的自激作用下轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動射流，脈動射流和振動滑塊的共同作用使套管產(chǎn)生徑向和縱向振動。

3 振動套管對水泥漿性能影響規(guī)律

振動對水泥漿性能影響規(guī)律實驗包括模具加工和器材配備、振動對抗壓強(qiáng)度試影響試驗和振動對膠結(jié)強(qiáng)度影響試驗。

3.1 試驗方案

3.1.1 模擬井下溫度、壓力，在增壓稠化儀上稠化1小時，模擬固井施工過程。

3.1.2 在模擬井下溫度和壓力條件下，測試振動套管對水泥石強(qiáng)度的影響。

3.1.3 在模擬井下溫度和壓力條件下，測試振動套管對界面膠結(jié)強(qiáng)度的影響。

3.2 試驗過程

3.2.1 模具加工和器材配備。實驗工具及器材配備：水泥漿高溫養(yǎng)護(hù)釜、振蕩器及測試臺架、抗壓模具、膠結(jié)強(qiáng)度模具、巖心棒、水泥漿攪拌器等。

3.2.2 水泥漿內(nèi)部溫度傳導(dǎo)速度測試。首先進(jìn)行了水泥漿內(nèi)部溫度傳導(dǎo)速度測試，保溫釜水溫60℃，環(huán)境溫度15℃，將配好的水泥漿試樣放入保溫釜中，測試表明，50分鐘后，水泥試樣中心溫度達(dá)到并維持在55℃。

3.2.3 振動對抗壓強(qiáng)度試影響試驗。水泥漿體系：G降水泥漿體系；水灰比44%。

將混配好的G降水泥漿倒入模具中，養(yǎng)護(hù)侯凝24小時，對形成的水泥環(huán)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試，作為對比試驗樣，測試結(jié)果如下：

養(yǎng)護(hù)侯凝1小時后對其進(jìn)行機(jī)械振動3分鐘，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)23小時，作為振動試樣01，測試結(jié)果如下：

養(yǎng)護(hù)侯凝2小時后對其進(jìn)行機(jī)械振動3分鐘，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)22小時，作為振動試樣02，測試結(jié)果如下：

養(yǎng)護(hù)侯凝3小時后對其進(jìn)行機(jī)械振動3分鐘，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)21小時，作為振動試樣03，測試結(jié)果如下：

試驗表明，對已侯凝2小時以內(nèi)的水泥漿進(jìn)行振動處理，生成水泥環(huán)后抗壓強(qiáng)度平均提升4%，對2小時之后的水泥漿效果不明顯。

3.2.4 振動對膠結(jié)強(qiáng)度影響試驗。

將混配好的G降水泥漿倒入帶有巖心棒的專用模具中，養(yǎng)護(hù)侯凝24小時，對巖心棒周圍形成的水泥環(huán)施加軸向壓力使其脫離巖心棒，記錄壓力數(shù)值，作為對比試驗樣，測試結(jié)果如下：

養(yǎng)護(hù)侯凝2小時后對其進(jìn)行機(jī)械振動3分鐘，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)22小時，作為振動試樣01，測試結(jié)果如下：

養(yǎng)護(hù)侯凝3小時后對其進(jìn)行機(jī)械振動3分鐘，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)21小時，作為振動試樣02，測試結(jié)果如下：

試驗表明，對已侯凝2小時以內(nèi)的水泥漿進(jìn)行振動處理，生成水泥環(huán)與巖心棒膠結(jié)強(qiáng)度平均提升7%，對2小時之后的水泥漿效果不明顯。

最后測得對候凝1小時內(nèi)振動的水泥試樣抗壓強(qiáng)度和膠結(jié)強(qiáng)度平局值均大于未振動的水泥試樣，本試驗中振動試樣的抗壓強(qiáng)度值均滿足對產(chǎn)層段水泥石抗壓強(qiáng)度的要求。

4 結(jié)語

本研究通過測試振動對水泥抗壓強(qiáng)度和膠結(jié)強(qiáng)度的影響，揭示套管振動對水泥漿性能的影響規(guī)律，測試分析套管振動時間對固井質(zhì)量的影響特性，為振動提高固井質(zhì)量技術(shù)提供實驗基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：李亞偉（1990-），男，山東煙臺人，供職于中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，研究方向：石油機(jī)械設(shè)備。

（責(zé)任編輯：小 燕）