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第 3 1 卷 第 1 期 2 0 0 9年 2月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LL I NG PRODUCTI ON TECHN0LOGY V0 1 . 3l No. 1 Fe b .2 0 0 9 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 0 9 0 1 0 0 3 8 0 4 深部开 窗侧钻 井元坝 1 一 侧 1 井 固井技术 陈道元 赵洪涛 中原 油田固井工程 处, 河南濮阳4 5 7 3 3 1 摘要 元坝 1 一侧 1井是在 元坝 1井的基础上进行 开窗侧钻 的一 1 2 重点探 井, 目的是为 了进一 步揭 示元坝地 区礁滩相储层 气藏情况 。完钻斜深 7 4 2 7 . 2 3 m, 01 4 6 . 1 mt n无接 箍尾管下深 7 4 2 5 . 8 l m, 是 目前川 东北地 区完钻和套 管下深最深的一 口井。具 有井深、 温度高、 压力高、 钻井液密度高、 环空间隙小、 井斜、 位移大、 裸眼段长、 小间隙、 无接箍套管不能加装扶正器、 套管在井眼 中居中困难、 地层破裂压力梯度不详、 面临井漏等技术难题。通过采取优选抗高温水泥浆体系、 加重隔离液体系。 合理设计入井 管柱结构, 采用平衡压力固井技术, 改进配浆方式等一 系列技术措施固井。保证了套管顺利下入 , 解决了井漏、 顶替效率低、 施 工泵压高、 气体窜槽等问题。固井施工顺利, 测井解释固井质量优 , 为超深井、 小间隙井固井提供了可借鉴的依据。 关键词 超深井 ; 侧钻井 ; 尾管 固井 ; 固井质量 ; 元坝 1 一侧 1 井 中图分类号 T E 2 5 6 - 3 文献标识码 B Ce me n t i n g t e c hn o l o g y f o r Yua nba No . 1 -s i de l d e e p s i d e t r a c ki ng we l l C H E N G D a o y u a n , Z H A O H o n g t a o C e me n t i n g C o m p a n y o fZ h o n g y u a n Pe t r o l e u m E x p l o r a t i o n B u r e a u , P u y a n g 4 5 7 3 3 1 , C h i n a Abs t r a c t Yua n ba No. 1 一 s i de 1 we l l i s a n i mpo r t a n t a s i de t r ac ki ng e xp l o r a t i on we l l b a s e d o n Yua nba No. 1 , wh i c h i s di s pos e d t o r e v e a l t h e s i t u a t i o n o f r e e f b e a c h p h a s e p a y z o n e g a s r e s e r v o i r s i n Yu a n b a a r e a . I t i s c u r r e n t l y t h e d e e p e s t we l l wi t h t h e fi n a l i n c l i n e d d e p t h 7 4 2 7 . 2 3 m a n d t h e r u n i n h o l e R m d e p t h o f t h e fl u s h l i n e r 01 4 6 . 1 m i n 7 4 2 5 . 8 1 m i n s o u t h e a s t e r n S i c h u a n . I t f e a tur e s i n h i g h t e mp e r a tur e a n d p r e s s u r e , h i g h d r i l l i n g fl u i d d e n s i t y , s ma l l a n n u l a r c l e a r a n c e , i n c l i n e d we l l b o r e , g r e a t o ffs e t , l o n g o p e n h o l e , a n d s m a l l c l e a r a n c e . I n a d d i t i o n , a l o t o f t e c h n i c a l p r o b l e m s n e e d t o b e s o l v e d . F o r i n s t a n c e , c e n t r a l i z e r s c a n n o t b e a d d e d t o t h e fl u s h c a s i n g , t o k e e p c a s i n g c e n tra l i z e d i n s i d e t h e we l l b o r e g e t s d i ffi c u l t , a n d c i r c u l a t i o n l o s s i s l i k e l y t o o c c u r . S y s t e ma t i c c e me n t i n g me t h o d s a r e a d o pt e d,s uc h a s t he o pt i mi z a t i on of hi g h t e mpe r a tur e r es i s t a nc e c e m e nt i ng s l u r r y s ys t e m a nd we i g ht e d s pa c e r flui d s ys t e m , t he r a t i o na l d e s i g n o f RI H s t r i n g c o mb i n a t i o n , t h e u s e o f b a l a n c e d p r e s s u r e c e me n t i n g t e c h n i q u e s , a n d t h e i mp r o v e m e n t o f s l u r r y ma k i n g me t h o d . Al l t he me t h od s e ns ur e t he c as i ng i s ru n i n ho l e s u c c e s s f ul l y , s ol v i n g the p r obl e ms l i k e c i r c ul a t i on l os s , poo r d i s pl a c e me n t ,h i g h pu mp p r e s s u r e , a n d g a s c h a n n e l i n g . Ce me n t i n g o p e r a t i o n r u n s s u c c e s s ful l y , a n d l o g g i n g i n t e r p r e t a t i o n s h o ws t h e c e me n t i n g q u a l i ty i s e x c e l l e n t . T h e s u c c e s s fu l we l l c e me n t i n g c r e a t e s t h e r e c o r d o f u l t r a d e e p we l l c e me n t i n g i n s o u t h e a s t e rn S i c h u a n , p r o v i d i n g u s e fu l r e f e r e n c e f o r c e me n t i ng o ful t r a d ee p we l l s a nd we l l s of s ma l l c l e a r a n c e i n t he fu t ur e . Ke y wo r d s u l t r a d e e p we l l ; s i d e - t r a c k i n g we l l ; l i n e r c a s i n g c e me n t i n g ; c e me n t i n g q u a l i ty; Y u a n b a No . 1 - s i d e 1 we l l 元坝 1 一侧 1 井位于四川省苍溪县元坝镇境 内, 是在 四川盆地川 东北 巴中低缓构 造带元坝岩性 圈 闭元坝 1 井 的基 础上进行 开窗侧钻 的一 口重点探 井 , 钻探井 目的为 了揭示元坝地 区二叠系或石炭系 飞仙关组礁滩相储层气藏情况。元坝 1 井完钻井深 7 1 7 0 . 7 1 1 T I , 上层套 管 01 9 3 . 6 8 mm下 深 6 6 0 6 . 3 0 1 T I 。 侧钻设计斜深 7 5 1 0 . 6 9 1 T I , 设计垂深 7 0 2 5 . 0 0 n l , 设计 井底水平位移 1 0 7 8 . 4 1 m, 窗 口位置 5 8 2 2 . 8 4 ~ 5 8 2 5 . 8 4 作者简介 陈道元, 1 9 6 3 年生。1 9 8 3 年毕业于重庆石油学校钻井专业, 现任副总工程师, 高级工程师。电话 0 3 9 3 . 4 8 0 0 8 2 6 。 陈道元等 深部开窗侧钻井元坝 1 一侧 1 井固井技术 3 9 m, 采用 01 6 5 . 1 mm钻头进行开窗侧钻 , 实际完钻斜 深 7 4 2 7 . 2 3 m, 垂深 7 1 0 1 . 5 9 m, 井底水平位移 9 8 8 . 7 1 m, 最大井斜 5 6 . 1 2 。 。增斜井段长 5 4 2 . 1 6 m, 稳斜井 段长 1 0 6 2 . 2 3 m, 是 目前西南地 区设计井深最深 、 水 平位移最大的一 口侧钻井 。结合该井实际情况 , 采 用平衡压力 固井法 、 优选水泥浆配方 、 计算机优化设 计施工参数 、 精心组织现场施工等技术措施 , 固井施 工全过程顺利 , 固井质量检测结果气层段封固优质 , 其余井段固井质量 良好 , 同井有力地保护了气层, 为 今后深井 固井积累了一定的成功经验。 1 技术难点 T e c h n i q u e p r o b l e m s 1 . 1 井底温度高、 压力大、 水泥浆抗高温性能难度大 Ba d hi g h t e mpe r at ur e r e s i s t an c e pe r f or m a nc e o f c e me n ting s l u r r y s y s t e m b e c a us e o f hi g h t e rn- p e r a t ur e a nd pr e s s u r e a t we H b o t t o m 元 坝 1 井完井测 井结果 表 明 该 井地 温梯度 2 . 0 3 c c/ 1 0 0 m, 按此地温梯度计算井底最低静止温 度为 1 6 0 o C、 循环温度为 1 4 0℃, 井底压力 可达 1 2 3 MP a 。在如此高温 、 高压条件下水泥浆稠化时间、 流 变性 、 滤失水等都会发生很大变化 , 出现性能失稳现 象。为保证水泥浆性能满足固井要求 , 必须使用超 高温 固井材料。因此 , 如何选择超高温材料保证水 泥浆性能稳定是注水泥成败的关键 。 1 . 2 环空间隙小、 流动摩阻大、 顶替泵压高 S ma l l a nnu l a r c l e a r a n c e ,g r e a t to wa g e f ric tio n, h i g hpumpp re s s u r e 该井采用 1 6 5 . 1 mm钻头进行开窗侧钻 、 下人 01 4 6 . 1 mm无接箍尾管, 环空间隙最小仅有 1 9 mm, 由于尾管送人钻具水眼小 、 尾管外环空间隙也小 , 水 泥浆进入外环空后流动阻力会急剧增大 , 导致施工 后期出现高泵压 , 施工设备不能满足要求 , 甚至发生 施工中途憋泵等重大固井事故。 1 . 3 气层活跃、 压稳困难、 固井后容易发生气体 窜槽 Ga s f o r ma tio n a c tiv e a n d l e a d t o g a s c ha nne H ng a f t e r c e me n t i n g 该井钻至 6 0 2 7 m开始发现气层 , 至完钻井深有 7 个井段发现不同厚度的气层 , 特别是在飞仙关组二 段 7 3 4 3 - 7 3 5 9 m井段发现了厚 1 6 m 的气层 , 钻井液 密度 由 1 . 7 0 g / c m 降至 1 . 6 1 g / c m , 全烃值 0 . 3 6 % 升 至 6 3 . 4 7 %, 集气可点燃 , 火焰呈蓝色。完井固井时钻 井液密度 1 . 7 3 g / c m 仅能维持动态平衡 , 固井前循环 钻井液井场可闻到 H, s气 味, 钻井液 出口检测仪器 显示 H, S含量 4 mg / L , 由于是探井 , 地层破裂压力梯 度不详 , 参照元坝 1 井资料钻井液密度已达极 限值 , 若要提高钻井液密度完全压稳地层固井可能会 引发 循环井漏。容易发生固井气侵 , 特别是固井后水泥 浆 “ 失重 ” 作用将会引发气体窜槽 , 导致固井质量不 合格。 1 . 4 裸眼段长、 井斜大、 套管下入难度大 Lo ng o p e n h o l e , b i g i n c l i n e d we l l bo re a n d t h e c a s - i ng r u ndi f fic ul t l y 开窗 位置 为 5 8 2 2 . 8 4 m, 裸 眼 段长 1 6 0 4 . 3 9 m, 增 斜井段 长 5 4 2 . 1 6 m, 最大 井斜 5 1 . 0 4 。 , 最大 狗腿 度 6 . 2 3 。 / 3 0 m, 稳斜井段 长 1 0 6 2 . 2 3 m, 最 大井斜 5 6 . 1 2 。 , 最大 狗腿 度 3 . 5 7 。 / 3 0 m, 井底 水平 位 移 9 8 8 . 7 1 m, 在稳斜钻进过程 中, 随着井的加深 , 井下摩 阻不断加 大, 01 0 1 . 6 mm 钻具上提悬重达到 1 9 0 t 。 如此大的井斜和摩阻都增大 了送放钻具 、 套管在裸 眼段的运移难度 , 一旦下放过程 中遇阻 、 遇卡都有可 能使钻具发生断裂 、 套管下不到设计位置。所 以如 何保证套管顺利下人是固井成功的关键。 1 . 5 温差大、 影响水泥浆正常凝固 Bi g t e m p e r a t ur e di f f e r e nc e s i nflu e nc e c e m e n t s l ur r y s e t t i ng 长裸眼段上下温差较大 , 井底静止温度 1 6 0℃, 尾管挂喇叭 口位置静止温度 1 1 0℃, 加有抗高温缓 凝材料的水泥浆在如此大温差作用下容易发生超缓 凝现象。 2 重点技术措施 T ech n o l o g y o f i mp rov e c e me n t i n g q u a H t y 2 . 1 平衡压力固井技术 Ba l a nc e d pr e s s u re c e me nt i n g t e c h ni qU P S 平衡压力 固井技术的核心是注 、 替水泥浆全过程 井下环空不同深度流体所形成的液柱压力 动压 小 于地层破裂压力 , 使之不发生井漏 , 同时水泥浆被替过 程中或水泥浆凝固和 “ 失重 ” 条件下, 仍能保持环空 液柱压力大于气层压力, 达到控制地层气窜的目的。 平衡压力固井技术主要通过有效控制压差和合 理的固井流体设计 , 防止 固井全过程的井漏和气窜 的发生 , 从而获得理想 的固井质量并实现对产层的 最好保护 , 该井固井具体措施是 1 环空液柱压力设计 。全井水泥浆密度设计为 1 . 7 5 g / c m , 隔离液密度设计为 1 . 7 4 g / c m , 冲洗液密 石油钻采工艺 2 0 0 9年 2月 第 3 1卷 第 1 期 度设计为 1 .0 g / c m3 , 注冲洗液前设计注入经处理过 密度为 1 . 7 2 g / c m 钻井液 , 水泥浆顶替到位后计算井 底 当量密度 1 . 7 4 g / c m , 大 于循环时钻井液密度 , 可 以压稳气层 。虽然 当量密度超过了完井最高钻井液 密度, 只要采用合适 的顶替方式不会发生井漏。 2 采用合适 的施工排量 。对 于长封 固段易漏 失井 , 提高顶替排量会增加环空流体的流动阻力 , 会 增大井漏风险。虽然通过钻井和通井过程钻井液环 空返速来确定注替排量 , 但是水泥浆一般情况下其 流变性能难以达到钻井液性 能, 即水泥浆 比钻井液 要稠 , 流动性 比钻井液差 , 因此 , 在相 同流速下其流 动阻力 比单纯循环钻井液时要高出很 多, 极 易造成 井漏。为此 , 将排量进行分段优化设计 , 水泥浆返出 套管超过气层顶部 5 0 0 m 之前采用循环钻井液排量 7 5 0 L / mi n进行顶替, 超过气层顶部 5 0 0 m之后采用 小于 5 0 0 L / mi n排量并根据泵压 变化情况不断调整 排量进行顶替 , 这样一方面可以防止井漏 , 另一方面 可以保证气层段处 于高速紊流 、 其余井段低 速塞流 下顶替, 有利于提高封 固质量。 3 采用两凝水泥浆。利用水泥浆不同的凝结时 间差 , 防止水泥浆候凝过程 中产生过大的 “ 失重 ” 压 力 , 从而实现对 目的层 的压稳。该井设计 两凝 水泥 浆界面为 7 0 0 0 m, 催凝段水泥浆稠化时问 2 9 5 mi n , 缓凝段水泥浆稠化时间 4 2 0 mi n , 并且水泥浆中加人 防气窜剂, 较长两凝水泥浆稠化时间差和 防气窜剂 两者的协 同作用 , 可以防止下部气层发生窜流。 4 采用分段加压技术 , 压稳气层。替浆结束 卜 提钻柱 2 0 0 m后 , 采用 2 5 L / s 的大排量循环洗井 , 以 增加循环压力 , 为下部井段施加压力 , 帮助压稳下部 气层。当循环 出井 内多余水泥浆后进行逐渐加压 , 具体步骤是 先加 1 MP a回压 , 当水泥浆胶凝强度 达到 4 8 P a时加 回压 2 MP a , 此 时水泥浆 刚发生失 重 , 不可能立即下降至静水柱压力 , 因而也就不会立 即发生气窜 , 等 1 5 mi n后利用水泥浆直角稠化特性 将 回压增至 3 MP a , 此时 , 所加回压已达失重压力值 , 为保证充分压稳气层最终将 回压加至超过设计失重 压力 2 MP a , 即 5 MP a , 并且要求关井 2 4 h后才能放 压。由于水泥浆在静止状态下胶凝强度发展快 , 不 断增稠 , 所 以逐步加压不会造成井漏。 2 . 2 水泥浆优选技术 S l ur r y o p timu m s de c fio nc h ni q ue s 由于井深 、 温度 高、 封固段 长、 水泥浆顶底 部温 差大, 常规水泥浆体系在高温高压下 既不能保证施 工安全 , 也不能保证封固质量。因此, 对于该井水泥 浆性能应达到 1 有足够 的稠化时间以保证施工的 安全性 ; 2 高温高压下水泥浆滤失水量要小, 要低 于 5 0 mL, 以保证水 泥浆具有较好 的防气窜性 能和 井下流动过程 中的稳定性 ; 3 要保证顶部水泥浆不 能因温差原 因出现超 缓凝现象 , 所形成 的水泥石在 规定的时间内 7 2 h 有足够的强度 , 至少要大于 1 0 MP a ; 4 水泥浆形成的水泥石在高温作用下性能要 保持长期稳定 , 不能有衰退现象产生。 根据上述要求 , 选择抗温 1 5 0 以上的缓凝剂调节水泥浆稠化时间, 利用 A MP S三元聚合物抗高温性能好的特性做降滤 失剂控制水泥浆滤失水 , 在水泥浆 中加入早强剂和 硅粉解决温差造成顶部水泥石强度发展慢和水泥石 后期强度稳定 问题 , 并且将水泥浆 稠化 时间设计成 两段不 同的凝结时间 , 以保证水泥浆候凝过程 中充 分压稳气层。适合该井要求的水泥浆配方如下 缓凝段 嘉华 G级水泥 3 5 % 热稳定剂 8 %降 滤失水剂 0 . 7 % 分散剂 3 . 2 % 缓凝剂 4 % 早强剂 8 %超细微硅粉 0 . 3 % 消泡剂。水泥浆性能 密度 1 . 7 5 g / c m , 流 动度 2 4 . 6 c m, 稠化 时 间 4 2 5 mi n 测 试条件为 1 4 0 C 1 3 0 MP a 1 0 0 mi n , 滤失水量 4 2 mL 测试条件为 1 4 0℃ X 6 . 9 MP a 3 0 mi n , 游离液 0 . 1 mL 测试条件为 9 2℃ X 0 . 1 MP a 2 h , 顶部强 度 1 3 . 7 MP a 测试条件为 1 0 0℃ 2 1 MP a 7 2 h , 中部 强度 1 6 . 2 MP a 测试 条件为 1 3 0 o C 2 1 MP a 4 8 h 。 促凝段 嘉华 G级水泥 3 5 % 热稳定剂 8 % 降 滤失水剂 0 . 7 %分散 剂 2 . 7 %缓凝 剂 4 %早 强剂 8 %超 细微 硅粉 0 . 3 % 消泡剂 。水 泥浆 性 能密 度 1 . 7 5 g / c m , 流动度 2 2 c m, 稠化时间 2 5 8 mi n 测 试 条件 为 1 4 0℃ 1 3 0 MP aX 1 0 0 mi n , 滤 失 水 量 3 8 mL 测试条件为 1 4 0℃ 6 . 9 MP a 3 0 mi n , 游 离液 0 mL 测试条件为 9 2℃ 0 . 1 MP a 2 h , 水 泥石抗压强度 2 3 . 8 MP a 测试条件 为 1 5 0 2 1 MP a 4 8 h 。 2 . 3隔离液设计 Sp a c e r fl ui d d e s i g n 由于环空间隙小 、 不能下人套管扶正器 , 因此 , 提高顶替效率是固井 的重点。除了注入降黏后的钻 井液和冲洗液外 , 隔离液也是提高顶替效率 、 防止水 泥浆污染出现闪凝或憋泵的关键。采用抗高温加重 隔离液体系 , 设计密度 1 . 7 4 g / c m , 对该体 系进行 了 抗高温稳定性和污染试验 , 见表 1 、 表 2 , 试 验结果表 陈道元等 深部开窗侧钻井元坝 1 一侧 1井固井技术 4 1 明 该种隔离液体系抗高温能力强 , 稳定性好 , 与水 泥浆和钻井液相容性好 , 完全可以满足施工条件。 表 l 隔离液稳定性试验 结果 T a b l e 1 S t a b i l i t y e x p e r i me n t o f s p a c e r fl u i d 室温静止 3 6 h密度 / kg L’ 1 4 0℃静止 1 0 h密度 / kg L一 1 . 7 6 表 2 隔离液抗污染试验结果 Ta b l e 2 Ant i p ol l u t i on e xp e r i me nt o f s pa c e r flui d 2 . 4 管串优化和特殊部件处理技术 Ca s i n g s t r i n g o pt i mi z e a n d t r e a t me n t t e c hn o l o g y o fk e ypa r t s 通过 计算校核 , 如果 全井采用 l 0 1 . 6 mm 钻 具 送放尾管 , 一旦发生摩 阻增大 和轻微 阻卡现象 , 那 么 活 动钻 具 时其 强度 都 不能 满 足要 求。 为 了 保 证尾 管顺 利下放 到位 , 在尾 管顶部 以上使 用 长 3 1 7 2 m0 8 8 . 9 mm 的钻 具 , 其 上 使 用 1 0 1 . 6 mm 钻具 以减轻质量 , 提高钻具安全系数 。对 于 08 8 . 9 mm和 l 0 1 . 6 mm钻具之 间使用过渡接头连接 , 要 求 接头内部锥度要小 , 做到 自然过渡 , 以便变径胶 塞通过 。注水泥使用的胶塞既要能在 1 0 1 . 6 mm 钻 具 中运移 , 也不能在 08 8 . 9 mm钻具 中被卡住 , 因此 , 设计胶塞硬芯部分直径和皮碗卷曲后直径小 于 08 8 . 9 mm钻 具 内径 , 同时 胶 塞 在 1 0 1 . 6 mm 钻具 中运移 时胶碗对 钻具 内壁有一 定刮 削作用 。 根据这些要求设计I叶 J 了复合型胶塞。 2 . 5 采用批混浆技术 Ce m e n t m i x e d t e c hn o l o g y 为保证人井水泥浆性能与设计相一致 , 现场采 用水泥车将 所有人井水泥浆配置到配浆罐 中, 然后 配浆罐上的搅拌器将水泥浆搅拌均匀后再用水泥车 泵送入井。保证了水泥浆只有一个密度值 以及注入 量 的准确性 , 避免了水泥车直接注水泥浆入井密度 波动 、 出现高点所带来的危险。 3 固井施工过程及效果 C e me n ti n go p e r a ti o np r o j e c t a n d e f f ect 下尾管至井深 7 4 2 5 . 8 l m倒扣坐挂成功。循环 钻井液 2周后处理钻井液性能 循环过程 中始终有 4 mg / L的 s排 出 , 处理好 钻井液性能后注 入抗 污染钻 井液 2 0 m 密度 1 . 7 2 g / c m , 该 钻井液是提 前配制好的 , 对井底可以起到一定的冷却降温作用 , 注冲洗液 3 m 密度 1 . 0 g / c m , 注抗高温 隔离液 7 m 密度 1 . 7 4 g / c m , 注领水泥浆 1 1 m 密度 1 . 7 4 g / c m 1 , 尾水泥浆 5 m 密度 1 . 7 4 g / e ra , 用尾浆段配浆 水 3 m 压塞, 采用无级变速大泵替浆 4 1 . 8 7 m , 替浆 排量 0 . 6 5 m / mi n , 泵压为 1 3 ~ 1 6 MP a , 碰压 2 0 MP a 。 起 出中心管有返喷现象 , 起 出钻具 l 5柱后循环钻井 液 1 . 5周 排量 1 . 8 m / mi n , 关井加 回压 , 第 1 次加 至 2 MP a , 等 2 0 mi n后加至 4 MP a , 1 小时后加至 5 MP a , 整个施工过程无异常现象发生 , 施工顺利 。候 凝 7 2 h下钻钻除顶塞 , 通井到底循环钻井液 1 周, 起 钻 电测。测井结果解释井底至气顶以上 2 0 0 m封固 质量优质, 其余部分封固质量 良好。 4结论 Co n c l u s i o n 元坝 1 一侧 1 井是 目前西南地区设计井深最深 、 水平位移最 大的一 口侧钻井 , 该井固井成功解决了 超高温水泥浆在低温下 的超缓凝 问题 , 使尾管顶部 水泥石抗压强度可以满 足工程需要 , 保证 了该 井尾 管 固井成功, 为今后超深井 、 小间隙井固井提供了可 借鉴的依据。 参考文献 Re f e r e n c e s [ 1 ] 王 东 . 塔 深 1井 固井技 术 [ J ]. 石 油钻 采 工 艺, 2 0 0 7 , 2 9 4 2 3 2 7 . 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