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摘 要:固井是油气井建并过程中的一个重要环节.固井质量好坏直接影响油气产量和生产管理。这一点在复杂地质条件下的深井超深井固井中表现更为明显。
关键词:复杂地质条件 深井 超深井 井 技术
中图分类号:TE256.1 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)08(a)-0129-01在深井、超深井完井固井中,由于受到超高温、超高压、盐膏层、复杂地层等诸多因素的影响,固井质量一直不尽人意,影响了新区或深层油气的发现和油藏的评价。开发超深层、超高压、高含硫、低渗致密等复杂油气藏,目前还没有成熟配套的技术,有些甚至属于世界级难题。而井越深,井下越复杂,固井完井的难度也越大。
1 深井复杂地层固井难点
1.1 地层情况复杂
超深井固井地层情况复杂,多套压力体系地层并存,存在固井防漏和防喷的难题。同一个井眼存在上涌下漏、地层易破碎、易垮塌等问题。部分地区高含硫化氢,存在固井防腐问题。
1.2 井底温度高
井底温度高对水泥浆抗高温稳定性能提出更高的要求。水泥浆的流变性能与顶替排量等发生稍微的变化,就会导致环空窄间隙内钻井液的顶替效率发生很大的变化,难以实现紊流顶替,水泥环薄弱,抗冲击力差。
1.3 多压力层、窄间隙固井
由于井身结构的限制,有许多井采用“非常规”的井身结构。这将带来以下几个问题:(1)非常规尺寸,工具配套难度大;(2) 下套管风险加大,容易引起粘卡和漏失,套管不易居中;(3)水泥石强度降低,保证不了封隔效果。
1.4 间隙小难题
井眼环空间隙小,泥浆比重高,循环摩阻大,造成施工泵压高,固井或替浆过程中,因泵压过高而无法正常施工。
1.5 长封固段固井,注水泥量大
长封固段固井,水泥量大。易发生泥浆连续窜槽、砂堵蹩泵、易压漏地层等问题。
2 复杂地质条件下深井超深井固井的关键技术
2.1 解决低压易漏长封固段问题的关健技术
解决低压易漏长封固段固井问题,目前主要有两种方式:一是利用低密度水泥浆降低环空液柱压力的原理,确保施工中不压漏地层的低密度水泥浆固井技术,但水泥石的强度必须满足工程要求;二是双级或多级注水泥技术,在用低密度水泥浆无法满足工程要求的强度的情况下,采用双级或多级注水泥技术。
(1)微珠低密度水泥浆固井技术
这项技术水泥浆的密度可在1.20～1.50g/cm'范围任意调整,形成的水泥浆不分层、不沉降、体系稳定,24h强度大于13MPa,体系有很好的触变性和堵漏能力,体系收缩小;同时配合相配套的固井工艺技术,可适用3000～4000m深的井段固井。
(2)充气泡沫水泥浆固井技术
这项技术通过在水泥浆中混入一定量的气体,使之均匀的分布在水泥浆中,达到降低泥浆密度的目的。这项技术可控制水泥浆密度在0.90～1.10g/cm3范围,强度大于3.5MPa,渗透率小于10～35m2。同时水泥浆中由于可压缩的微小气泡存在,在水泥浆产生失重时,气泡补偿了水化过程中水体积的减少,从而限制了地层流体的侵入,避免窜槽发生。可使水泥浆与套管和井壁能很好的胶结,提高了固井质量。
(3)新型低密度MTC固井技术
新型MTC固井技术,密度可控制在1.20～1.25g/cm3范围内,该体系具有:①良好的流动能力、滤失控制能力和析水控制能力;②稠化时间随促凝剂加量的变化、温度的变化近似呈线性变化,使体系对促凝剂加量的变化、设计温度的不精确性表现出较好的适应性;③具备良好的现场可混配性,可根据现场需要选用批量混配方式或连续混配方式;④具有较高的早期强度,1.20g/cm3的超低密度MTC,其固化体在50℃、常温条件下养护,24h抗压强度大于8MPa, 48h抗压强度大于12MPa;⑤具有良好的长期密封性能,耐盐水、耐CO2腐蚀;⑥体系自身不产生任何腐蚀介质。
2.2 解决高温、高压复杂井固井的关健技术
在高温高压井固井中,高温下实现水泥长稠化时间是要解决的最关键技术指标,有时单一指标解决了,而其他综合性能指标却很难同时满足。这需要广泛优选抗高温的水泥外加剂,通过大量的实验研究才能解决。
高压问题,只有通过高密度水泥浆压稳地层来解决。对于超高压(密度超过2. 4g/cm3的)水泥浆体系,首要的问题是解决流变性和沉降稳定性问题。其次是高密度水泥浆现场混配和施工作业等问题。
(1)超高密度水泥浆固井技术
①超高密度水泥浆技术:水泥浆密度可配制到2.6～2.7g/cm3;幾乎无游离水;API失水可控制在50mL以内;稠化时间可调;48h抗压强度大于20MPa,最高可达33MPa;体系沉降稳定性好,流动性满足泵送要求。
②现场混配技术:研制了专用的超高密度水泥浆现场混配设备和混配工艺,可配制出密度达到设计要求,组分与性能均匀的超高密度水泥浆。
③套管柱设计及安全下入技术:形成配套管柱设计方法及套管安全下入技术。
2.3 小井眼窄间隙固井的关健技术
小井眼窄间隙固井技术关键是采用合理水泥浆体系,水泥石的韧性要好,强度要高,套管居中程度高,环空水泥充填均匀且填充度要高;选择合理的流态,提高注水泥过程中的顶替效率。
(1)韧性水泥浆:小并眼窄间隙固井水泥环很薄,所用的水泥浆在形成水泥石后,由于韧性低,抗冲击能力不强,在射孔作业时,水泥环易破碎,造成层间封隔失效。因此,为了能延长小井眼窄间隙井的使用寿命,保证固井质量,对于小井眼窄间隙井必须使用韧性好的水泥浆体系.韧性水泥浆体系要求浆体稳定性高、游离水为零的基础上水泥石的抗折强度要高,要具有较强的抗冲击能力;水泥石体积无收缩,抗压强度高。
(2)套管柱的安全下入:环空间隙越小,套管下入过程中的活塞效应越强、激动压力越大,因此,极易在下套管过程中压漏薄弱地层。环空间隙小,套管与井壁接触的机会就多,套管下入过程中,易出现阻卡而影响套管柱的安全、顺利下入;如果钻井液性能控制不好在井壁尤其是渗透性地层的井壁有虚泥饼或厚泥饼,将进一步加剧套管柱顺利、安全下入的困难。
3 结语
复杂地质条件下深井超深井固井施工作业现场,参加固井施工设备及人员多、作业程序复杂、突发事件多,尤其是油田勘探、开发已进入重要时期,深井、特殊工艺井、复杂井等固井施工作业量逐年增多,固井施工难度越来越大,对固井质量的要求越来越高。固井施工指挥必须随时掌握各项参数和各个关键环节工作状况,并及时准确地发布作业指令,达到对参与施工各个环节统一指挥,确保固井施工的顺利进行。
参考文献
[1] 屈建省.特殊固井技术[M].石油工业出版社,2006.
[2] 丁保刚.固井技术基础[M].石油工业出版社,2006.
[3] 周金葵.钻井工程[M].石油工业出版社,2007.
关键词:复杂地质条件 深井 超深井 井 技术
中图分类号:TE256.1 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)08(a)-0129-01在深井、超深井完井固井中,由于受到超高温、超高压、盐膏层、复杂地层等诸多因素的影响,固井质量一直不尽人意,影响了新区或深层油气的发现和油藏的评价。开发超深层、超高压、高含硫、低渗致密等复杂油气藏,目前还没有成熟配套的技术,有些甚至属于世界级难题。而井越深,井下越复杂,固井完井的难度也越大。
1 深井复杂地层固井难点
1.1 地层情况复杂
超深井固井地层情况复杂,多套压力体系地层并存,存在固井防漏和防喷的难题。同一个井眼存在上涌下漏、地层易破碎、易垮塌等问题。部分地区高含硫化氢,存在固井防腐问题。
1.2 井底温度高
井底温度高对水泥浆抗高温稳定性能提出更高的要求。水泥浆的流变性能与顶替排量等发生稍微的变化,就会导致环空窄间隙内钻井液的顶替效率发生很大的变化,难以实现紊流顶替,水泥环薄弱,抗冲击力差。
1.3 多压力层、窄间隙固井
由于井身结构的限制,有许多井采用“非常规”的井身结构。这将带来以下几个问题:(1)非常规尺寸,工具配套难度大;(2) 下套管风险加大,容易引起粘卡和漏失,套管不易居中;(3)水泥石强度降低,保证不了封隔效果。
1.4 间隙小难题
井眼环空间隙小,泥浆比重高,循环摩阻大,造成施工泵压高,固井或替浆过程中,因泵压过高而无法正常施工。
1.5 长封固段固井,注水泥量大
长封固段固井,水泥量大。易发生泥浆连续窜槽、砂堵蹩泵、易压漏地层等问题。
2 复杂地质条件下深井超深井固井的关键技术
2.1 解决低压易漏长封固段问题的关健技术
解决低压易漏长封固段固井问题,目前主要有两种方式:一是利用低密度水泥浆降低环空液柱压力的原理,确保施工中不压漏地层的低密度水泥浆固井技术,但水泥石的强度必须满足工程要求;二是双级或多级注水泥技术,在用低密度水泥浆无法满足工程要求的强度的情况下,采用双级或多级注水泥技术。
(1)微珠低密度水泥浆固井技术
这项技术水泥浆的密度可在1.20～1.50g/cm'范围任意调整,形成的水泥浆不分层、不沉降、体系稳定,24h强度大于13MPa,体系有很好的触变性和堵漏能力,体系收缩小;同时配合相配套的固井工艺技术,可适用3000～4000m深的井段固井。
(2)充气泡沫水泥浆固井技术
这项技术通过在水泥浆中混入一定量的气体,使之均匀的分布在水泥浆中,达到降低泥浆密度的目的。这项技术可控制水泥浆密度在0.90～1.10g/cm3范围,强度大于3.5MPa,渗透率小于10～35m2。同时水泥浆中由于可压缩的微小气泡存在,在水泥浆产生失重时,气泡补偿了水化过程中水体积的减少,从而限制了地层流体的侵入,避免窜槽发生。可使水泥浆与套管和井壁能很好的胶结,提高了固井质量。
(3)新型低密度MTC固井技术
新型MTC固井技术,密度可控制在1.20～1.25g/cm3范围内,该体系具有:①良好的流动能力、滤失控制能力和析水控制能力;②稠化时间随促凝剂加量的变化、温度的变化近似呈线性变化,使体系对促凝剂加量的变化、设计温度的不精确性表现出较好的适应性;③具备良好的现场可混配性,可根据现场需要选用批量混配方式或连续混配方式;④具有较高的早期强度,1.20g/cm3的超低密度MTC,其固化体在50℃、常温条件下养护,24h抗压强度大于8MPa, 48h抗压强度大于12MPa;⑤具有良好的长期密封性能,耐盐水、耐CO2腐蚀;⑥体系自身不产生任何腐蚀介质。
2.2 解决高温、高压复杂井固井的关健技术
在高温高压井固井中,高温下实现水泥长稠化时间是要解决的最关键技术指标,有时单一指标解决了,而其他综合性能指标却很难同时满足。这需要广泛优选抗高温的水泥外加剂,通过大量的实验研究才能解决。
高压问题,只有通过高密度水泥浆压稳地层来解决。对于超高压(密度超过2. 4g/cm3的)水泥浆体系,首要的问题是解决流变性和沉降稳定性问题。其次是高密度水泥浆现场混配和施工作业等问题。
(1)超高密度水泥浆固井技术
①超高密度水泥浆技术:水泥浆密度可配制到2.6～2.7g/cm3;幾乎无游离水;API失水可控制在50mL以内;稠化时间可调;48h抗压强度大于20MPa,最高可达33MPa;体系沉降稳定性好,流动性满足泵送要求。
②现场混配技术:研制了专用的超高密度水泥浆现场混配设备和混配工艺,可配制出密度达到设计要求,组分与性能均匀的超高密度水泥浆。
③套管柱设计及安全下入技术:形成配套管柱设计方法及套管安全下入技术。
2.3 小井眼窄间隙固井的关健技术
小井眼窄间隙固井技术关键是采用合理水泥浆体系,水泥石的韧性要好,强度要高,套管居中程度高,环空水泥充填均匀且填充度要高;选择合理的流态,提高注水泥过程中的顶替效率。
(1)韧性水泥浆:小并眼窄间隙固井水泥环很薄,所用的水泥浆在形成水泥石后,由于韧性低,抗冲击能力不强,在射孔作业时,水泥环易破碎,造成层间封隔失效。因此,为了能延长小井眼窄间隙井的使用寿命,保证固井质量,对于小井眼窄间隙井必须使用韧性好的水泥浆体系.韧性水泥浆体系要求浆体稳定性高、游离水为零的基础上水泥石的抗折强度要高,要具有较强的抗冲击能力;水泥石体积无收缩,抗压强度高。
(2)套管柱的安全下入:环空间隙越小,套管下入过程中的活塞效应越强、激动压力越大,因此,极易在下套管过程中压漏薄弱地层。环空间隙小,套管与井壁接触的机会就多,套管下入过程中,易出现阻卡而影响套管柱的安全、顺利下入;如果钻井液性能控制不好在井壁尤其是渗透性地层的井壁有虚泥饼或厚泥饼,将进一步加剧套管柱顺利、安全下入的困难。
3 结语
复杂地质条件下深井超深井固井施工作业现场,参加固井施工设备及人员多、作业程序复杂、突发事件多,尤其是油田勘探、开发已进入重要时期,深井、特殊工艺井、复杂井等固井施工作业量逐年增多,固井施工难度越来越大,对固井质量的要求越来越高。固井施工指挥必须随时掌握各项参数和各个关键环节工作状况,并及时准确地发布作业指令,达到对参与施工各个环节统一指挥,确保固井施工的顺利进行。
参考文献
[1] 屈建省.特殊固井技术[M].石油工业出版社,2006.
[2] 丁保刚.固井技术基础[M].石油工业出版社,2006.
[3] 周金葵.钻井工程[M].石油工业出版社,2007.