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1、井下振动固井技术研究与应用,2012年10月江苏石油勘探局钻井处,汇报内容,一、项目概述,二、项目取得的主要成果,三、项目技术创新点,四、经济效益及应用前景,五、存在问题与建议,一、项目概述,开展井下振动固井技术研究与应用（项目编号JS09036）主要目的是防止复杂地层的气窜和水窜，提高水泥与套管、地层的胶结质量，同时也填补了江苏油田固井技术上的一项空白。该项目对井下振动固井相关技术展开研究，在综合现有振动固井方案的基础上，并结合涡轮工作的基本原理和江苏油田的固井现状，首次提出了一种新型井下涡轮式振动固井方案。设计研制出了新型涡轮式井下振动装置，并求出了该装置在固井时最佳振动频率对应的理论排量
2、为20l/s-40l/s和该种振动沿套管串传递的变化规律方程，以此来指导现场施工，技术指标达到合同的规定。,绘制了一套新型涡轮式振动固井装置设计图纸。,新型涡轮式井下 振动固井装置装配图,新型涡轮式井下 振动固井装置部件图,二、项目取得的主要成果,项目通过对振动固井装置机械结构设计、振动波在井眼介质中传递规律和振动沿套管传递规律等方面开展深入研究，在振动固井研究方面取得了以下几方面成果：,依据设计图纸，实验阶段加工10套振动固井装置。,带6个倾斜孔的承托盘,5叶片的不带偏心块的涡轮单元,二、项目取得的主要成果,建立了不同条件下套管在井眼中振动分析模型，对套管纵向、横向振动理论进行深入分析，导出
3、了不同频率下振动波沿套管传递（衰减）规律。,1.套管横向振动理论分析,套管受到横向分布激励力作用时的运动方程：,依据边界条件，可得方程解为：,套管力学模型,二、项目取得的主要成果,不同激励力大小的振动结果分析在对应的频率和激励力一定时,频率 10 25Hz 增加时，套管振动强度逐渐减弱,频率 25 35Hz 增加时，套管振动强度逐渐增加,频率 35 40Hz 时，套管振动强度相差不大,10Hz,15Hz,20Hz,25Hz,30Hz,35Hz,40Hz,二、项目取得的主要成果,现场应用分析以“沙19-68井”为例,套管横向振幅(mm),0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,500,100
4、0,1500,2000,2500,横向振动沿套管传播规律,从1650m800m为振动衰减区。套管受拉，振幅小、阻尼小，振动较平缓，衰减较慢。,从井底1650m为振动骤减区。振动强度最大，受浮力和阻尼力最大，衰减最快。,大概在距井口800m左右的位置振动衰减到零,套管位置(m),二、项目取得的主要成果,2.套管纵向振动理论分析,套管纵向振动力学模型,套管纵向振动的微分方程：,受激励作用时的纵向振动方程差分解：,二、项目取得的主要成果,套管纵向位移(mm),0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,0,500,1000,1500,2000,2500,套管位置(m)
5、,纵向振动沿套管传播规律,从1250m600m为振动消失区。套管轴向拉力大，振动能量减弱，在600m 左右的位置振动衰减到零。,井底2000m为振动快速减弱区。振动强度最大，振动强度衰减最快。,从2000m1250m为振动平缓区。拉力较大，振幅减小、振动较平缓，振动衰减较慢。,现场应用分析“沙19-68井”为例,二、项目取得的主要成果,3.套管共振分析在设计振动装置时，应避免其振动频率接近套管的固有频率，控制其频率与套管的固有频率有一定的差值。以“沙19-68井”数据 进行分析可得出。,频率,转速,排量,理论排量应大致控制在2040 l/s之间，防止套管发生共振。可以通过改变振动装置相关参数，
6、防止共振的产生。,二、项目取得的主要成果,在江苏油田沙埝、码头庄等区块共试验10口井，推广使用70口井。,二、项目取得的主要成果,目前在江苏油田共使用80井，66口井为常规定向井，井斜在15-30的33口，井斜在30-40的21口，井斜在40-5512口；14口为水平井。水泥浆配方为江南G级+降滤失剂+分散剂+适量消泡剂。80口井的现场应用情况见下表：,表2-1 应用新型涡轮式井下振动固井统计表,振动固井装置,80 mm,二、项目取得的主要成果,固井施工采用新型涡轮式振动固井装置后，从固井质量看，声幅值均小于5%，第二界面胶结质量好于常规固井，固井质量为优。在水平井中应用更为明显，封固段声幅平
7、均值在4%以下，变密度测井曲线看，第二界面胶结质量好于常规固井。,声幅测井曲线 声幅平均值在8%10%,声幅测井曲线声幅平均值在5%以下,沙1971井固井质量部分解释成果图,沙1968井固井质量部分解释成果图,沙19-71、沙19-68井是江苏油田沙埝区块的一个丛式井组，从两口井的固井质量解释成果图看，同一区块，同一井段（1790m-1875m)声幅测井看，应用新型涡轮式井下振动固井装置技术固井质量明显好于常规固井,二、项目取得的主要成果,变密度测井,变密度测井,庄1312井固井质量部分解释成果图,庄1316井固井质量部分解释成果图,庄13-12、庄13-16井是江苏油田码头庄区块的一个丛式井
8、组，从两口井的固井质量解释成果图看，同一区块，同一井段（2200m-2283m)变密度测井看，应用新型涡轮式井下振动固井装置技术，第二界面胶结质量好于常规固井。,二、项目取得的主要成果,变密度测井,声幅测井曲线声幅平均值在5%8%,变密度测井,声幅测井曲线声幅平均值在5%以下,陈2平3、陈2平2井是江苏油田陈堡区块陈2断块的两口水平井，从两口井的固井质量解释成果图看，同一区块，同一井段（2220m-2308m)声幅测井曲线，变密度测井看，应用新型涡轮式井下振动固井装置技术，固井质量明显好于常规固井。,陈2平3井固井质量部分解释成果图,陈2平2井固井质量部分解释成果图,二、项目取得的主要成果,韦
9、5平3井固井质量部分解释成果图,周43平4井固井质量部分解释成果图,变密度测井,声幅测井曲线声幅平均值在8%-10%,变密度测井,声幅测井曲线声幅平均值在5%以下,韦5平3、周43平4井是两口水平井，从两口井的声幅测井曲线，变密度测井看，应用新型涡轮式井下振动固井装置技术，固井质量明显好于常规固井。,二、项目取得的主要成果,二、项目取得的主要成果,永X38井固井质量部分解释成果图,永38-2井固井质量部分解释成果图,变密度测井,声幅测井曲线声幅平均值在10%以上,SBT测井解释,SBT测井解释,变密度测井,声幅测井曲线声幅平均值在5%以下,永X38、永38-2井是“永联会战”区块的两口井。从声
10、幅测井曲线，变密度测井SBT测井看，同一井段（3290-3374m）应用新型涡轮式井下振动固井装置技术，固井质量明显好于常规固井。,二、项目取得的主要成果,联X38井固井质量部分解释成果图,联38-3井固井质量部分解释成果图,SBT测井解释,变密度测井,声幅测井曲线,变密度测井,声幅测井曲线声幅平均值在5%以下,联X38、联38-3井是“永联会战”区块的两口井。从声幅测井曲线，变密度测井看，同一井段（3385-3465m）应用新型涡轮式井下振动固井装置技术，固井质量明显好于常规固井。,三、项目技术创新点,新型涡轮式井下振动固井装置是利用比较成熟的涡轮设计原理，进行简化和改进，在不同的固井注替排
11、量下，具有不同振动频率。在满足其工作性能的前提下，保证装置结构的可靠和简单，避免在遇到大颗粒杂质卡转时，出现流道堵塞、憋泵等井下事故。,偏心块,涡轮式叶片,承托盘,倾斜孔,承托盘上的固定槽,偏心块,三、项目技术创新点,新型涡轮式振动固井装置已获得中石化专利。,新型涡轮式振动装置由两类基本单元构成：（1）单作用振动单元：承托环与单作用转子组成。等同于涡轮定子，不安装偏心块，主要是用来产生扭转力矩。（2)双作用振动单元：承托环与双作用转子组成。该等同于涡轮定子，安装偏心块，主要是用来产生扭转力矩、并同时提供产生套管振动的载荷（激励）。,两类振动单元通过转子心轴公、母接头连接（传递扭矩，不传递轴向载
12、荷）,三、项目技术创新点,三、项目技术创新点,四、经济效益及应用前景,通过该项目实施，取得较好的经济效益及社会效益。提高二界面封固质量后，延长了油井产油时间。新型涡轮式振动装置适应于大位移井、水平井、定向井和直井，从装置的可靠性，成本（每套约8000元）投入出发，其应用前景十分广泛。根据现场应用情况说明，新型涡轮式振动装置固井中采用后，对提高固井质量效果明显，将对江苏油田以后的精细开发、分层开采，实现精细化开发管理具有重要的现实意义和重大的经济效益。,二界面固井优质率100%,固井二界面封固质量,四、经济效益及应用前景,五、存在问题与建议,新型涡轮式振动装置是在固井作业过程中实施的振动，为实现对候凝过程中的水泥浆实施脉冲振动,应进一步研制开发井口脉冲振动固井装置。,汇报结束 谢 谢！,更多模板下载及PPT服务敬请访问,
