延长石油浅层大位移水平井固井技术.pdf

2 O1 5 矩 第 6期 第 4 4卷 第 1 7页 石 油 矿 场 机 械 0I L F I EL D EQUI P ME NT 2 0 1 5， 4 4 6 1 7 - 2 0 文 章 编 号 1 0 0 1 3 4 8 2 2 0 1 5 0 6 0 0 1 7 - 0 4 延长石油浅层大位移水平井固井技术 陶红胜 ， 王 涛 。 于小龙 ， 李伟 ， 杨先伦 陕西延长石油 集 团 有限责任公司 研究 院， 西安 7 1 0 0 7 5 摘要 基 于延 长油 田 东部地 区地质 条件 和水 平井钻 井状 况 的认知 ， 分析 了延 长 浅层 大位移 水平 井的 固井难点。储层温度下水泥浆体 系设计 困难、 垂深浅套管下入摩 阻大、 后期分段压裂改造对固井质 量要 求 高是 其 面 临的 突 出难 题 。研 发 了低 温下 强度 2 0 MP a以上 的低 温微膨 胀 水 泥浆 体 系， 结合 双漂浮接箍、 优化扶正器组合等降摩减阻下套管技术， 井眼准备、 隔 离液三级冲洗紊流顶替、 漂浮顶 替等一系列提高顶替效率措施 ， 确保 了延长首口浅层大位移水平井七平 1井的顺利施工， 固井质量 良好。为延长油田进一步钻 大位移水平井开发浅层难动用资源提供 了技术 支撑。 关键词 浅层 大位 移 ； 固井 ； 水平 井 ； 扶 正 器 ； 低 温水 泥浆 中图分 类 号 T E9 2 5 ． 2 文献 标识 码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 4 2 ． 2 0 1 5 ． 0 6 ． 0 0 4 Ce me nt o f S h a l l o w Ex t e n d e d Re a c h Ho r i z o n t a l W e l l i n Ya n c ha n g Oi l f i e l d TAO Ho ngs he ng， W ANG Ta o， YU Xi a o l o ng， LI W e i ， YANG Xi a n l un Re s e a r c h I n s t i t u t e， Ya n c h a n g Pe t r o l e u m Gr o u pCo ．， Lt d ．， Xi ’ a n 7 1 0 0 7 5 ， C h i n a Ab s t r a c t Ba s e o n t he ge o l o g i c a l c o nd i t i o ns i n e a s t e r n a r e a s a nd t he dr i l l i ng r e c o r d s of ho r i z o n t a l we l l ， t h e d i f f i c u l t i e s o f c e me n t i n g i n s h a l l o w e x t e n d e d r e a c h h o r i z o n t a l we l l h a v e b e e n a n a l y z e d ． The pr o m i n e nt p r ob l e ms a r e s l u r r y， whi c h i s di f f i c ul t t o de s i g n u nd e r l ow r e s e r v o i r t e mpe r a t u r e， t he s ha l l o w ve r t i c a l d e p t h c a u s e t he di f f i c ul t i e s of r u nn i ng c a s i n g a nd l a t e r s ubs e c t i o n f r a c t ur i n g o n c e me n t i ng qu a l i t y r e q ui r e m e nt s ． I n t h i s p a pe r， a k i nd of m i c r o e x pa ns i o n s l ur r y who s e s t r e n gt h c a n r e a c h a b ov e 2 0 M Pa u nd e r l ow t e mpe r a t u r e h a s b e e n de ve l op e d ． Do ub l e f l o a t i ng c o l l a r a nd o p t i mi z i ng c e n t r a l i z e r c o mbi n a t i o n t o r e d uc e f r i c t i o na l d r a g of c a s i n g r u nn i ng， a n d a s e r i e s o f me a s u r e s t o i mp r o v e t h e r e p l a c e me n t e f f i c i e n c y h a v e s t u d i e d i n t h e a r t i c l e ． Th e me a s u r e s i n c l u d e t h e b or e hol e p r e p ar a t i o n， t hr e e s t a ge f l u s h i ng a nd f l o a t i n g t ur bu l e nt di s pl a c e m e nt ．The a b ov e t e c h n i q u e t o e n s u r e t h e s mo o t h c o n s t r u c t i o n o f Qi P i n g 一 1 we l l i s t h e f i r s t s h a l l o w e x t e n d e d r e a c h h o r i z o n t a l we l l i n Ya n c h a n g o i l f i e l d ． Th e r e s u l t s p r o v i d e t e c h n i c a l s u p p o r t f o r t h e f u r t h e r e x p l o i t a t i o n o f s h a l l o w d i f f i c u l t t o pr od uc e r e s e r v e s wi t h ho r i z on t a l we l 1 ． Ke y wo r d s s h a l l o w e x t e nde d r e a c h we l l ； c e m e n t ； ho r i z on t a l we l l ； c e n t r a l i z e r； l O W t e mpe r a t ur e s l ur r y 由于水平井在低渗、 特低渗油藏开发方面的巨 大的优势 ， 延长油田于其东部延长组部署了一批 浅层 大位移水平井。该 区域油藏低 温、 低渗 、 埋 深 浅 ， 水平井位垂 比普遍大于 2 ． 0 ， 采用分段压裂方式 增产使得固井过程存在诸多的难点。通过对延长石 油 浅层 大位 移水平 井 固井 技 术 的研 究 和实 践 ， 总结 出了一套能够满足低渗 、 特低渗油 田浅层开发 的固 井集 成技 术 。 收稿 日期 2 0 1 4 1 1 2 5 作者简介 陶红胜 1 9 6 7 一 ， 男 ， 河 南焦 作人 ， 高 级工程 师 ， 主 要从事 石 油地 质和 油 田开发 的研 究工 作 ， E - ma i l t a o h o n g s h e n g1 9 6 7 1 6 3 ． c o m。 石油 矿场 机 械 2 0 1 5年 6月 1 固井难点分析 生， 因此对浮箍浮鞋的单向阻流作用要求高。 1 ． 1 套管 下入 困难 水 平井段 钻具 受力 状况 导致水 平井井 眼呈 椭 圆 形 ， 大 斜度井 段和 水平井 段套 管对井 壁侧 向力 大 ， 因 此下套 管 摩 阻 较 大⋯ 4 ] 。鄂 尔 多 斯 盆 地 地 表 沟 壑 丛 生， 受环保 、 水土流失等地面复杂条件限制导致水平 井井 眼轨迹 复杂 ， 延 长 油 田东 部 浅层 大 位 移 水平 井 垂深浅 七平 1井 4 9 9 m 、 水平位移大 1 0 0 3 m ， 油层套管固井采用全井段 1 3 9 ． 7 mm 套管， 依靠套 管 自重难以实现套管顺利下人。根据计算和模拟结 果 ， 即使使用漂浮接箍和顶驱加压仍然存在难以下 入 的风 险 。 1 ． 2低 温下水 泥 浆体 系设 计 困难 延长 油 田东 部浅 层延 长组储 层温 度 2 0 2 5℃ ， 低温下水泥浆流变性能差 、 稠化时间不易控制、 早期 强度发展慢、 后期强度低 ， 而超低渗开发采用压裂技 术人 工增 缝 ， 垂 深浅 导 致 水 平段 压 裂 沿 套 管方 向开 缝 ， 需水泥浆有较高的抗压强度 。同时， 水泥浆的析 水 、 失水或稠化时间过长引起油气水窜造成 的水平 段 高边水 带将严 重 影 响压 裂 的效 果 ， 甚 至 造成 分 段 压 裂 的失败 。 目前低 温水 泥浆 的研究 主要 应用 于海 上 、 表层 或无 需 压 裂 的浅 层 固井 [ 5 。 ， 因 此 ， 研 发 适 用于低温下油层套管固井且能够满足压裂需求的水 泥浆体系是浅层大位移固井的难点之一。 1 ． 3 扶 正器 设计 困难 为提高固井质量， 保证套管居中， 水平段及大斜 度 井段需 加入 大量扶 正器 。而 扶正 器 的加 入进 一步 加大 了套管 下 入 摩 阻口 ， 增 加 了套 管 遇 阻 的风 险 。 因此浅层大位移水平井固井套管下入摩阻大与套管 居 中需 要大量 扶正 器矛盾 突 出 。 1 ． 4压裂 改造对 固 井质 量 要求高 除了低温水泥浆 ， 压裂改造产生水平缝对水平 段 的固井质 量也提 出 了很 高 的要求 。注水 泥 顶替效 率低或界面微裂隙、 旁通渠道将为气液创造窜流通 道 ， 其通 道 的形成 极 易造 成 压 裂 后 裂缝 无 法 向地层 中延伸 ， 无法 在地 层 中获 取理 想 的压裂缝 网。 1 ． 5 水平段 u型轨迹对浮箍浮鞋要求高 延长东部浅层延长组油层变化快 ， 间或夹层发 育 ， 砂岩单层厚度小。为了最大 限度地发挥水平井 的产能优势， 水平段采用 u型轨迹 ， 极易 因顶替完 成后环空与管内的压差作用而发生水泥浆倒流[ 1 ， 造成水泥塞过长影响后期作业。而水平井磨塞难度 较大且极易因工具反复冲击引起水泥环微裂隙的产 2 延长浅层大位移水 平井固井技术措施 2 ． 1 低 温早 强微 膨胀 水泥 浆体 系 根据浅层大位移水平井储层低温固井及压裂改 造的工程需要 ， 水泥浆体系研究 的核心是克服低温 下早期强度发展慢、 后期强度低 、 外加剂发挥效果差 的问题 。因此 ， 优选应用低温下相互作用起效的早 强剂 M5 2 S 、 降失 水剂 M8 3 S与分 散剂 US Z组合 ， 同 时加 入胶 结剂 提高胶 结强 度 以抵 抗压 裂 时压 力沿 固 井界面传递 ， 此外加入防气窜剂和少量膨胀剂 以实 现稠化短过渡和水泥石 的微膨胀， 防止水泥水化过 程 中失重 和收 缩引起 的窜槽 。 水泥浆体系 的配方为 G级水 泥 2 微 硅 5 ． 0 降失 水 剂 M8 3 S l 分 散 剂 US Z 2 ． 0 9 ／ 6 胶 结剂 M1 9 S 3 稳 定 剂 M5 9 S 2 膨 胀 剂 Q J 6 2 5 2 锁水 剂 1 防气窜 剂 G 5 0 2 4 早 强剂 M5 2 S 。体系的性能如表 1 ， 稠化 曲线如图 1 。由表 1和 图 1可以看 出， 该水泥浆体系在低温下沉降稳 定性 好 、 稠化 时 间适 宜 、 过渡 时 间短 ， 析 水 为 0 ， 失 水 仅为 1 5 mL， 抗压强度高达 2 5 MP a以上 ， 能够满足 压裂改造条件下的浅层水平井 固井需求 。 表 1 低温水泥浆体 系性能 图 1 低温水泥浆稠化曲线 2 ． 2 降摩减阻下套管技术 2 ． 2 ． 1 双漂浮接箍下套管 针对浅层大位移水平井套管难以下入的问题 ， 运 用 L a n d ma r k对 下套 管 过程 中 的摩 阻进 行 分 析 ， ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 如 加 m O 石油 矿 场机 械 2 0 1 5年 6月 2 ． 4 提 高顶 替效 率措施 为提高注水泥过程 中的顶替效率 ， 主要有井眼 准备、 隔离液 3级冲洗紊流顶替技术 、 漂浮顶替技术 3种 措施 。 1 井眼准备技术。 固井前进行 3次通井 ， 完钻后电测以前通井、 循 环； 电测完用刚度大于套管串的钻具通井 ， 对起钻遇 阻、 卡井段 、 缩径段和井眼曲率变化大的井段反复划 眼或进行短起下 ； 下套管前再次以较大排量洗井循 环两 周 以上 I_ l 4 ] 。通 过 以上 3次通 井 ， 在保 证 井 下安 全的前提下， 尽量降低钻井液 的黏度 、 切力和含砂 量， 提高注水泥时的顶替效率 。 2 隔离液 3级冲洗紊流顶替 。 为提高顶替效率 ， 注水泥过程 中采用先导浆 、 隔 离液 、 冲洗液 3级冲洗技术。先导浆是保 留了钻井 液所 有特性 的特殊钻 井液[ 1 引， 能 够有 效 提高 注 水 泥 过程中钻井液与水泥浆的相容性 。先导浆兼顾钻井 液 与隔离液的功效 ， 能够在防止井塌的同时发挥冲 洗井壁、 驱替原钻井液的目的。先导浆与隔离液 、 冲 洗液 3级冲洗能够在维持井壁稳定的前提下增加前 置液接触时间， 显著提高 1 、 2 界面的冲洗效率。 延长水平井二开采用 1 3 9 ． 7 mm套管与 2 1 5 ． 9 mm井眼， 根据计算要达到紊流顶替需 2 m。 ／ mi n以 上的施工排量 ， 由此而 附加的环空摩阻增大 了低压 储层的固井漏失风险。因此设计隔离液密度在钻井 液和水泥浆之间， 塑性黏度 3 ～4 mP aS ， 动切力 0 ． 7 ～O ． 8 P a ， 根据 计算 1 ． 2 m。 ／ mi n的排 量 即可 实 现隔离液的紊流有效顶替 。 3 漂 浮顶替 技术 。 在管串结构 中使用浮鞋 、 双浮箍三重阻流措施 的前提下 ， 在注水泥完成后使用清水顶替 ， 加大套管 内外液体的密度差 ， 以此增大水平段套管 向上 的浮 力 ， 达到一定 的漂 浮效果 ， 提 高套管 居 中度 。 3现 场 施 工 七平 1井是 延 长油 田首 口浅 层 大位 移 水平 井 ， 完钻井深 1 3 6 6 m， 垂深 4 9 9 m、 水平位移 1 0 0 3 r 13 ． 、 水平段长 7 2 3 1T I ， 钻井轨迹为 u 型井 眼。该井完钻 后通井多次遇阻， 钻具无法送达井底 ， 依靠以上下套 管技术实现了套管的顺利下人 ， 打开漂浮接箍后测 套管悬重为 0 ， 证 明了漂浮下套管的必要性 。注水 泥过程中注入先导浆 6 m。 ， 隔离液和冲洗液 5 m。 ， 以排量 1 ． 4 m。 ／ mi n清水顶替 ， 水泥浆返出井 口， 施 工完成后回水 断流 ， 开井候凝 。依靠 以 上固井综 合 技术， 该井施工过程顺利 ， 固井质量 良好 ， 水泥塞达 到设计 值 。 4 结论 1 所研发的低温微膨胀水泥浆体系游离液为 0 、 失水低、 抗压强度高、 微膨胀、 稠化过度时间短、 能 够满足浅层大位移水平井 固井对水泥浆的要求 。 2 采用双漂浮接箍和差异性外径的半刚性 、 滚轮扶正器交替组合下套管能够显著降低套管下人 摩 阻 。 3 低 温微 膨胀水 泥浆 、 下套 管技术 、 提 高顶 替 效率措施等固井技术的综合应用为浅层大位移水平 井分段压裂提供了良好的井筒条件 。 参考文献 [ 1 ] 陈汾君 ， 汤勇 ， 刘世铎 ， 等． 低渗致密气藏 水平 井分段压 裂优 化研究[ J ] ． 特种油气藏 ， 2 0 1 2 ， 1 9 6 8 5 8 7 ． E 2 ] 刘新菊 ， 董海英 ， 王风 ， 等． 特低渗油藏水 平井 开发效果 评价及影 响因 素研 究 [ J ] ． 石 油 天然 气 学报 ， 2 O l l ， 3 3 6 3 1 8 - 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