LN油气田深井单级全封固井技术.pdf

第 3 0卷 第 1 期 2 0 1 3年1月 钻井’役与咒开液 DRI LLI NG FLUI D C0M PLETI ON FLUI D VO1 ．jU』 o． 1 J a n．201 3 【 理论研究与应用技术 】 L N油气 田深井单级全封固井技术 吴洪波 ， 刘振通 ， 宋元洪 ， 钟福海 ， 关宝义 ， 陈大沧 ， 陈昕 1 ． 渤海钻探工程有限公司第一固井分公司，河北任丘 ； 2 ． 渤海钻探工程有限公司第二录井分公司，河北任丘 吴洪波等 ． L N油气田深井单级全封固井技术 [ J ] ． 钻井液- 9完井液，2 0 1 3 ，3 0 1 6 0 6 2 ． 摘要L N油气田二次开发井简化为二开结构，油层套管采用低密度水泥浆单级全封固井方式，完成了9口 井深为 5 0 0 0 m左右的深井下入 西2 0 0 ． 0 3 r Y l l “n套管的固井施工。固井作业依据多级颗粒级配的紧密堆积原理，合 理级配水泥浆的固相成分，应用高强度超低密度与常规密度相结合的防漏、防窜水泥浆体系 ； 根据地层漏失压力， 通过模拟计算施工不同阶段产生的动液柱压力，控制不同的施工排量，实现施工全过程的压力平衡，避免了固井 过程中的地层漏失，解决了老油田后期开发低压油气层长封固段防漏、防窜问题，固井质量满足 了开发和油气层 保护要求。对长封固段上下大温差、顶部水泥浆低温缓凝、水泥石强度发展慢现象有了新的认识和了解。 关键词 单级全封 ； 长封固段 ； 低密度水泥浆 ； 低温缓凝 ； 颗粒级配 ；紧密堆积 ； 防漏 ； 防窜 中图分类号 T E 2 5 6 I 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 ． 5 6 2 0 2 0 1 3 0 1 ． 0 0 6 0 ． 0 3 L N油气 田为加大开发力度 ，对 2 、3区块进行 二次开发改造，并简化了井身结构，省略了技术套 管程序。 这些井钻井完井液密度为1 ．2 0 ～1 ．2 5 eC c m 3 ， 油 气 后 效 上 窜速 度 约 为 3 0 m ／ h ，井底 温度 为 1 0 0 ～l 1 0 o C； 储层段为定向斜井段，井斜约为 3 0 。 。 油层套管采用低密度水泥浆单级全封固井方式 ，完 成 了 9口 5 0 0 0 m左右的深井下人 西2 0 0 ． 0 3 I ／ I_ I T I 套 管 的固井施工。该工艺改变了以往深井双级 固井方 式，对固井技术特别是水泥浆体系提出了较高要求， 存在上下温差大、浆体运移段长、防漏、防窜、防 油气层污染等技术难点。通过优选低失水、高强度、 高韧性 、防漏 、防窜水泥浆 ，解决 了低压地层长封 固段井下易漏难题 ，对深井大温差 、水泥浆低温缓 凝、水泥石强度发展慢问题有了新的认识 【l 】 。 1施 工技 术难 点 1 表层套管下入浅 ，裸眼段长 ，上部地层成岩 性差，下部产层油气活跃，地层承压能力低 ； 井眼 环空间隙小，循环流阻大，水泥浆动液柱压力高， 在压稳、 防窜同时， 防漏、 防油气层污染是突出问题。 2 裸眼长， 井径不规则， 斜井段套管不易居中， 顶替效率低，易发生环堵、窜流。 3 要求水泥浆返至地面，上下温差达 8 0 ， 顶部水泥浆易发生低温缓凝，使凝结时问延长，强 度降低 。 2 技 术策略 1 下套管前带扶正器通井 ， 对阻卡段细心划眼， 大排量循环洗井， 调整钻井液性能， 确保井壁稳定， 压力平衡 ； 无阻卡、漏失现象。起钻前在斜井段注 入低黏度和低切力的防卡液。 2 控制套管下放速度，并分段循环，破坏钻 井液静切力 ，降低套管到位后的循环流阻。 3各 井分 别做 地 层 承压 能力 试 验 ，依据 试 验数据 ，应用 固井模 拟软件 ，分别设计 不 同的防 漏 、防窜 、压稳的水泥浆体系 即 1 ． 2 5 g ／ c m 1 ． 8 8 e C c m 、1 ． 3 0 g ／ c m 1 ． 8 8 c m 、1 ． 3 0 g ／ c m 先 导 浆 1 ． 2 0 g ／ c m 3 1 ．7 O c I I 13 三种浆体结构。根据施工动 液柱压力变化，采取变排量顶替。 4 依据紧密堆积原理，设计多颗粒尺寸级配 的水泥浆体系。低密度领浆选择 3 种或 3 种以上不 同粒度的固相材料，相互填充，提高浆体密实性。 第一作者简介 吴洪波，1 9 6 3年生，渤海钻探第一固井分公司副经理兼塔里木第四勘探钻井公司副经理。地址 河北 省任丘市北站路 ； 邮政编码0 6 2 5 5 2；电话 0 3 1 7 2 7 5 1 0 8 6； E ma i l w u h b o 2 1 3 1 6 3 ． C O 1T I 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0 卷 第 1 期 吴洪波等L N油气田深井单级全封固井技术 6 1 选用粒径 为 1 0 0 ～2 0 0 g m 的玻 璃微珠和平 均粒 径 为 0 ． 1 5 g m的微硅与水泥组成三级颗粒级配，可使 P V F 值由0 ．5 提到 0 ．7 8 ， 形成紧密堆积的固相体系。 为进一步提高浆体的密实性和稳定性，O MA X 体系在加入纤维、早强剂、防气窜剂的基础上，又 添加了超细水泥 粒径为 1 ～ 1 5 g m ，形成多颗粒 尺寸级配 ，提高水泥石强度 ； 而且纤维的防漏作用 较好， 可同时增加水泥石的韧性、 抗冲击性和强度。 5 根据井眼轨迹，优化扶正器安放位置 ； 储 层段使用旋流式铝合金扶正器， 利于浆体漩流驱替； 直井裸眼段使用双弧弹性扶正器 ； 套管重叠段使用 刚性扶正器，力争使套管居中度不小于 7 0 ％ ； 采用 复合冲洗前置液。 6依据地层 空隙压力 进行 压稳 设计。压稳 系 数 大于 1； 防窜系数 w不大于 3 。控制水泥浆 低失水 、 直角稠化 ， 缩短失重时间， 以防止发生气窜 。 7通 常恒温稠化 时间小 于变 温稠化时间。领 浆应模拟施工过程中的时间、温度变化情况，做水 泥浆变温试验，以变温稠化时间满足施工安全时间 为依据，调配浆体性能，有利于解决大温差，上部 水泥浆低温缓凝和强度发展慢现象。 3水 泥浆 柱设计及现 场应 用 3 ． 1 浆柱设计原则 ①按照 d 。 一 原则，确定浆体密 度大于钻井液密度 0 ． 0 3 ～0 ． 1 0 g ／ c m ， 增加对钻井液 的驱替效果 ； ②依据地层承压能力，控制常规密度 尾浆返高在井深 4 0 0 0 4 4 0 0 m，确保动液柱压力 小于地层漏失压力 ； ③尾浆失重状态下满足压稳和 防气窜要求，控制失水量小于 5 0 m L 、强度大于 1 4 MP a； ④低 密度领浆控制低失水 、低游离水 ，2 4 h 底部 强度大于 7 MP a 、顶部强度大 于 3 ． 5 MP a； ⑤ 设计先导浆或领浆返出地面 1 0 m 。 左右，提高封固 浆 的纯洁度。 3 ． 2 现场应用 1 L N 3 ． 2 1 1 X井采用密度为 1 ．2 5 和 1 ．8 8 g ／ c m 的双凝双密度水泥浆结构，配方如下，性能见表 l 。 领浆变温稠化 实验压力为 6 0 MP a； 升温 7 0 min至 9 5℃，稳温 3 0 m i n ，降温 7 0 m i n 至温度为 3 8℃，稳温直至稠化 ，变温稠化 4 1 0 mi n 。 领浆干灰 阿 G 3 M 微硅 C E A l 超细水 泥 C E A一 2 1 0 0 7 0 1 8 7 0 6 ％F L O K． 1防窜剂 4 ％防 窜剂 F L O K ． 2 3 ％早 强 剂 O S ． A 1 0 ．5 ％ 降 失水剂 F S ． 2 3 L 2 ．2 ％分散剂 F S 一 1 3 L 1 ．3 5 ％缓凝剂 F S 一 3 3 L 0 ． 1 5 ％ 消泡剂 DF A O ． 2 ％堵漏纤维 A L F 一 1 尾浆干灰 阿 G C E A一 1 硅粉 1 0 0 2 3 0 3 ％F L O K一 2 7 ％F S 一 2 3 L 1 ％F S 3 3 L 0 ． 1 5 ％D F ． A 前 置 液 冲洗液 淡 水 1 O ％0C W_ 1 L 隔离 液 淡水 0 ．6 ％隔离剂 0 一 S P I O ％C E A ． 1 3 5 ％硅粉 5 ％ 冲洗齐 0 0C W． 1 L 表 1 L N3 2 ． 1 1 X井水泥浆的性能 注 稠化条件 9 5℃、6 0 MP a； 领浆养护条件 9 0℃、 0 ． 1 MP a 、2 4 h； 尾浆养护条件 1 0 8℃、2 1 MP a 、2 4 h 。 隔离液密度为 1 ．2 3 g ／ c m 。 ，流变性能见表 2 。 表 2 L N3 ． 2 ． 1 1 X井隔离液的流变性能 条件 6 0 0 3 0 0 2 0 0 l 0 0 6 仍流动度 ／ c m 常温 7 2 4 8 3 9 2 8 5 4 2 2 93 o C 4 5 30 2 4 1 7 5 4 按 2 4 l - 3 m m井眼与 2 0 0 ． 0 3 m m套管环空 计算，加重隔离液密度为 1 ．2 3 g ／ c m。 ，流性指数为 0 ． 5 9 ，稠度系数为 0 ．4 0 P a S，临界返速为 1 6 0 m／ s ， 临界排量为 1 - 3 m ／ mi n 。两凝界面深度为 4 4 0 0 m。 施工参数 注冲洗液 6 m 3 ，密度为 1 ．0 3 g ／ c m 3 ； 隔 离液 1 0 m 。 ，密度为 1 ．2 3 g ／ c m ； 领浆 1 0 5 m ，密度 为 1 ． 2 5 g ／ c m ； 尾浆 1 5 r n 3 ，密度为 1 ． 8 8 g ／ c m ； 后 置液压胶塞 2 ． 5 m ，密度为 1 ． 0 3 g ／ c m ； 替浆 1 1 9 m ，施工压力从 0依次升高到 4 、1 0 、1 5 MP a ，碰 压 1 8 MP a ， 顶替排量从 l - 3 依次减少到 1 ．2 、 1 ． 1 、 O ． 8 m ／ rai n； 水泥浆返 出地面约 1 5 m 。 质量评价 优质段 占 7 3 ．4 ％，合格段 占 8 4 ． 7 ％， 顶部 2 7 0 m低温段质量较差。 2 L N 3 ． 2 ． 1 3 X井，采用密度为 1 ． 3 0 g ／ c m 的先 导浆、1 ． 2 O 和 1 ．7 0 g ／ c m 。 的三凝三密度水泥浆结构， 水泥浆配方如下 ，性能见表 3 。 先导浆干灰 阿 G级 3 M 漂珠 微硅 1 0 0 3 5 2 5 4 ． 2 ％降失水剂 G T - 1 I L M O ． 4 2 ％缓凝剂 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 2 钻 井 液 与 完 井 液 2 0 1 3年 1月 G T - 2 1 L M 5 ．2 ％分散剂G T - 3 1 L M 0 ．2 ％消泡剂 G T - 6 0 L 领 浆 干灰 阿 G级 3 M 漂 珠 微 硅 1 0 0 5 6 3 5 2 ． 8 5 ％GT - 1 1 L M 5 ． 8 5 ％GT - 3 1 LM0 ． 2 5 ％ GT _ 6 0L 尾 浆 干 灰 阿 G级 微 硅 1 0 0 8 4 ． 6 5 ％ GT l 1 LM 2． 4 8 ％ GT ． 3 1 LM 4． 6 5 ％GT． 1 1 LM 2 ． 4 8 ％GT - 3 1 L M 0 ． 1 5 ％GT _ 6 0 L 冲洗液 8 n 1 3 配浆药液 ； 先导水泥浆 1 0 IT I 返出地面 ； 变排量顶替 。 质量评价 优质段占6 5 ．3 ％， 合格段占9 5 ．6 ％ ； 0 ～2 2 0 m固井质量差 。 表 3 L N3 ． 2 ． 1 3 X 井水泥 浆性能 注 上下密度差小于 0 ． 0 1 g ／ c m ； 稠化条件为 8 8℃、 6 0MP a 、6 0 mi n； 领浆养护条件为 8 8℃／ 2 7℃、0 ． 1 MP a 、 2 4h ／ 4 8 h； 尾浆养护条件为 9 2℃、2 0 ． 7MP a 、2 4h ／ 4 8 h 。 3 L N 2 一 S 2 0 x井 ， 采用密度为 1 ． 3 0 、1 ． 8 8 g ／ c m 的双凝双密度水泥浆结构， 配方如下， 性能见表4 。 表 4 L N2 ． S 4 2 0 X井双凝双密度水泥浆性能 注 稠化条件为 9 4℃、6 0 MP a 、6 0 mi n； 强度养护 条件为 9 4℃、0 ． 1 MP a 、2 4 h 。 领 浆 干灰 阿 G级 3 M 漂 珠 微 硅 1 0 0 3 6 ．7 2 O 6 ．O ％ 降失水剂 L A N D Y ． 8 0 6 L 2 ．O ％分 散剂 L A NDY - 9 0 6 L 0 ． 2 ％ 消泡剂 L AN DY 1 9 L 尾浆干灰 阿 G级 硅粉 1 0 0 3 5 4 ．0 ％ L ANDY- 8 0 6 L 0 ． 5 ％L ANDY- 9 0 6 L 0 ． 2 ％L ANDY1 9 L 冲洗液 8 r n 3 配浆药液 ； 1 0 r n 3 先导浆返出地 面 ； 变排量顶替。 质量评价 优质段占7 6 ％ ； 合格率为 9 6 ％。 3 ． 3 固井质量总体评价 L N油气 田3 种不同浆柱结构 9口井的固井质 量总体评价结果见表 5 。 表 5 L N油气田9口井的固井质量总体评价 4结 论 1 ． 通过采用平衡压力 固井 、优选注替排量 ，预 防了施工井漏，全井封固质量满足了开发和油气层 保护要求。 2 ． 低密度领浆的下部封固质量好 ，顶部封固质 量差。其原因是由于上下温差大， 领浆稠化时间长， 顶部在低温状态下强度发展慢 ； 领浆有混窜污染的 可能。应采取如下措施 依据施工过程 中的井下温 度和时间变化，领浆做模拟变温试验，以变温稠化 时间满足设计要求为准 ； 地层承压能力差，井眼不 规则，浆体长距离运移，顶替排量受限制，驱替效 率差，应加大前置液用量，隔离液中加入纤维，提 高冲刷、扰动、驱替效果。 3 ． 1 ．3 0 g ／ c m 1 ．8 8 g ／ e ra3 浆体结构，封固质量 较好 ，成本较低 ，可作为优先选择的水泥浆结构。 参 考 文 献 [ 1 】 黄柏宗 ． 紧密堆积理论优化的固井材料和工艺体系 [ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 1 ，1 8 6 1 - 9 ． [ 2 ] 李勇，李小燕 ． 微细水泥 ／ 漂珠低密度水泥浆体系的研 究 [ J ] ． 精细石油化工进展 ， 2 0 0 8 8 1 3 ． 1 5 ． [ 3 】 钟福海、陈光、邓艳华，等 ． 长封固段低密度水泥浆固 井技术 [ J ] ． 钻井液与完井液 ， 2 0 0 5 ，2 2 S 1 9 3 ． 9 5 ． 【 4 】 崔军，张树坤，牟忠信 ． 微硅 一 漂珠复合低密度高强度 水泥浆体系的研究与应用 [ J 1 ． 石油钻探技术 ，2 0 0 4 ，3 2 3 4 7 ． 4 8 ． [ 5 】 宋周成， 秦宏德， 乐法国，等 ．低密度水泥浆在塔里木油田 深井超深井中应用[ J ] ． 钻井液与完井液，2 0 0 2 2 2 1 - 2 2 ． 收稿 日 期2 0 1 2 ． 9 ． 2 5 ；H G F 1 3 0 1 N 9 ；编辑王小娜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m