固井注水泥浆顶替效率评估的新模型

摘要

提高固井注水泥浆顶替效率是保障水泥环密封性能的前提,已有的理论和实验室方法多集中于两相流(钻井液/隔离液、隔离液/水泥浆、钻井液/水泥浆)顶替模拟,而与实际工况下钻井液与隔离液先掺混、再被水泥浆顶替的动态过程特征相距甚远.为此,基于流体顶替过程中掺混与扩散机理,建立流体动态顶替过程数学模型,借助流动仿真软件探讨隔离液性能变化对顶替钻井液和被水泥浆顶替的内在演变机理,结合仿真数据,建立了水泥浆顶替效率评估的新计算模型.研究结果表明:①在顶替初期,低黏度、低密度隔离液体系与钻井液混浆严重,但有利于降低壁面钻井液黏滞力,清除滞留钻井液,进而改善水泥浆顶替效率;②高密度、低黏度隔离液虽然能快速清洗井筒钻井液,但也容易产生指进现象,进而导致水泥浆提前返出井口,容易被误认为顶替效率较好;③隔离液密度处于钻井液和水泥浆之间时,低黏度隔离液有助于清除壁面钻井液和被水泥浆顶替;④隔离液排量高于临界值时,顶替效果改善明显;⑤所建立的注水泥浆顶替效率评价新模型与数值仿真结果吻合度高,误差仅为4.6％.结论 认为,该新模型有助于更好地认识与解释复杂流动机理,为改善注水泥井筒浆柱结构、浆体性能及提高顶替效率奠定了理论基础.