防止油层套管环空窜气的固井技术.doc

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1、防止油层套管环空窜气的固井技术石油钻采工艺1995年(第17卷)第4期防止油层套管环空窜气的固井技术.剜簋平(四.1lJ石油管理局川末帖振奋司)丁匠一2rl摘要针,十川末地区地质情况复杂,井深,压力高,产气量太,产层多等特点,分析了油层套蕾环空窜气的原因,并根梧防气窜理论和现场实践蛀骚.研览总结出1一套适备.pl末地区防止油层套蕾环空窜气的综合目井技术.其技术关键:一是研竞辩进出质量稳定,性能优良的适备防气窜工艺的水花外加剂配方二是注水花施工中提高嚼譬效率和压穗气层.,主_调西川!堕矗压苎水泥?槽垦苎里曼水泥蠡加荆顶替岣层宦乞作者简介刘德平,1963年生.1983年毕业干重庆石油学校钻井专业,

2、1994年毕业干西南石油东高压气井勘探开发的需要,结合国内外有关防气窜理论和现场实践经验,研究总结出了一套适合JnI东油层套管防气窜固井技术.地质特点和套管环空窜气原因分析一Jll东地质特点1?显示层位多,气层压力高目前川东主力产层是石炭系,埋藏深度一般在4000尺寸的裸眼段中,存在着不IVJ的压力系统,有不同的显示情况,且碳酸盐岩产层规律性极差,高低压力系统的压力梯度相差很大.2-裸眼井段长,井眼与套管环空问隙小用215mm钻头所钻裸眼段长一般都在1500管接箍间隙仅为10.27mm,套管居中程度又差,所以油层套管固井是很难保证环空水泥石质量的.3-地层博角大,石膏盐岩层多,易垮塌和缩径川东

3、地区80以上构造属高陡构造,一般深,井底温度高,关井压力高,硫化氢含量高,井眼规那么性差,给提高油层套管固井质量带来了难题.=,油层套管环空一气的原因分析,/三)占油钻采I艺1995年(第17卷)第4期1.水泥浆柱压力不能平衡地层压力在注水泥和水泥凝结过程中,环空水泥浆柱压力由发井喷.如川东新市构造l3号井,在177.8mm油层套管固井作业中,由于试验用缓凝剂性能不稳定,使缓凝水泥提前稠化失重而诱发井喷.2.顶替效率不高水泥浆是一种塑性流体,它的流动特性与钻井液相似.根据研究说明,水泥浆上返时以紊流状态顶替效率最高,但很多井注水泥施工达不到紊流状态.其次,钻井液性能差也不利于提高顶替效率.顶替

4、效率差易使水泥浆窜槽,为套管环空窜气提供了通道.(1)水泥浆中的自由水,失水量对套管环空窜气的影响.水泥浆中的自由水多,失水量大,水泥浆中的固体颗粒堵塞在渗透层附近,逐渐支持渗透层以上水泥浆液柱,从而降低了有效的水泥浆柱压力,地层中的气体将进入尚未形成足够强度的水泥浆柱内,会进一步降低水泥浆柱压力,从而加快了套管环空的窜气速度.水泥浆中的自由水量过大,水泥浆由液态向固态转化过程中体积将缩小,使环空水泥环形成微环隙,为套管环空窜气提供了通道.(2)水泥浆凝结速度的影响.对两凝和多凝水泥固井,由于各凝水泥浆稠化时间间隔匹配不当和水泥稠化至形成一定强度水泥石的时间过长,给套管环空窜气提供了时机.(1

5、)管内憋压候凝.由于管内憋压附加的管内压力使套管柱发生了附加的膨胀变形,当水泥凝固后放掉管内压力时,套管将恢复其弹性变形,使环空水泥石与套管间形成微环隙.(2)技术问题及井下情况复杂.由于技术问题和井下情况复杂,使管内形成长段水泥塞,快构造l2号井,1778ram套管固井注水泥后替钻井液过程中,由于泵压高快凝水泥浆未返出管外形成1700m水泥塞,试油作业中套管环空窜气严重.(3)长圆扣套管丝扣密封性能的影响.由于长圆扣套管丝扣密封能力差,高压气体很容易从套管丝扣处窜气.防止油层套管窜气的固井技术一,结合井下情况,优选同井层位,搞好同井设计为了搞好油层套管固井,必须结合实际钻遇的井下情况,优选合

6、理的固井层位,设计出合理的固井施工方案,严格履行固井审批程序.固井施工方案必须有利于确保快凝水泥面高度,保证环空水泥浆的凝结质量,满足对产层的深改造以及长期关井,开采的需要.二,下套蕾作业前必须压穗气层作业必须到达以下目的:1.保证井眼畅通无阻,无沉砂.2?钻井液液柱压力地层压力+附加压力.通井必须把钻井液循环均匀,进出口钻井液密刘德平:防止油层套管环空窜气的圃井技求5l3.调整好钻井液性能.使钻井液具有较好的流动性,保证套管能顺利下至预定井深和注水泥施工中泵压不会太高.顶替时能到达良好的顶替效率.三,保证套管的紧扣质量和使用气井套管头提高井口的平安性在下油层套管的过程中,采用质量可靠的740

7、5套管专用密封脂;紧扣采用套管液压大钳按套管推荐的最大上扣扭矩值紧扣.确保套管的紧扣质量.提高圆扣套管的密封能力.为了保证井口的平安性,JIl东所有气井在339.70ram套管固井后都安装了气井套管头.解决了井口环空的密封问题.提高了井口的平安性和可靠性.四,琢井超高压气井采用金属密封扣套管圈井,提高套管的承压能力1984年以来.先后在24口井使用了金属密封性套管,解决了局部深井超高压气井的密封问题,其中9口井获1O0l0m/d以上气量,最高关井压力达60MPa,井口不刺不漏.五,注水泥施工及水泥凝圈过程中的压力平衡技术水泥凝固过程中始终能压稳气层.防止高压气层中的气体进入环空,必须把握两大环

8、节:第一,水泥浆平均密度大于/等于钻井液密度第二,注水泥施工采用两凝或多凝水泥加憋回压技术.上150200m左右.川东油层套管固井快凝浆返至阳新或长兴以上,封住阳新区域高压气层或阳新和长兴这两个高压区域气层.(2)憋入回压的计算.当封高压气层段的快凝水泥浆稠化失重时,缓凝水泥浆柱压力+快回压.以补偿快凝水泥浆失重产生的压力损失,其憋压值计算式为P-一(P-+Pe)一(P|一P性t)式中P-井口应憋回压,IVPaP-高压气层的地层压力,MPaP附附加压力,气井按0.0070.O15MPa/m计算,IVPa-缓凝水泥浆柱压力,MPaP性tt快凝水泥浆柱失重时压力.一般按清水柱压力计算,4Pa.2.

9、正直注水泥施I中正注水泥必须封住主要高压气层油层套管固井作业中,由于长段严重井漏.钻井液密度在1.SOs/era.以下.且邻井该棵眼段出现过严重井漏的井,固井注水泥施工必须采用正反注水泥工艺.(1)正注水泥量必须封住主要高压气层.JIl东油层套管固井注水泥施工中,正注水泥浆必须返至阳新或长兴统以上150200m.技术关键是保证正注水泥量,确保正注水泥能封住主要高压气层.(2)反注水泥施工.主要采用二次反注法,第一次反注水泥浆量应根据漏层压力进行计算,52石油钻采I艺1995年(第l7卷)第4期严格控制第一次反注水泥量,减少漏入地层量当第一次反注之水泥浆稠化井形成一定强度后再敝井进行第二次反注.

10、六,提高水泥浆顶瞽效率的技术途径1.注橱莱和前隔离液对于钻井液性能差又不便对钻井液性能做大幅度调整的井,必须配注1520m钻井液作颁浆.领浆必须具有低粘度,低切力和较好的流动性.然后配注24m.高粘液作前隔离液,提高水泥浆的顶替效率.2.顶替水泥菜采用紊流方式根据有关研究成果认为,紊流方式顶替流速高,压差也高,状态,排量将高达4050L/s以上.近两年来,研究在水泥浆中参加分散剂,减阻剂降失水剂等水泥外加剂进行复配,大大提高了水泥浆的流动性,使复配的水泥浆到达紊流的排量降至l822L/s,具有较强的现场操作性.3.加扶正器改善套管的居中度套管在井眼中的居中度越羞,那么顶走窄边水泥浆的阻力也越大

11、.套管偏心严重时甚至可能紧贴井壁,贴井壁的局部不能形成有效的水泥环,将严重影响固井质量.根据川东的经验,对井斜较小,井斜变化较小的井,裸限段每50100m套管加1只API弹簧扶正器l套管重复段每100m左右套管加1只刚性扶正器,以改善套管的居中程度.对于井斜较大和井斜变化较大的井,要依据确保环空水泥质量的最小允许偏心距(177.8mm油层套管取810ram)来计算扶正器的台理安放位置.七,敞压髅凝技术油层套管固井作业后,管内应采取敞压候凝技术.因为如果在高压情况下关井侯凝,卸压后套管将恢复其弹性变形,使环空水泥石形成微环隙,造成套管环空窜气.适合舫气窜的水泥外加剂配方及水泥试验技术一,油屠套警

12、环空固井水泥外加剂配方在油井水泥中参加有效的水泥外加剂,调整和改善水泥浆性能是防止气井固井特别是高压气井固井作业后环空窜气的重要手段之一.根据川东地区地质特点及防气窜技术要求,优化出了几种性能优良的水泥外加剂,经过综合性试验,形成了适台川东特点的水泥外加剂配方:G级(或D级)油井水泥+防气窜剂+膨胀剂+改善水泥流变性的水泥外加剂(降失水剂+减阻荆+悬浮剂).这些水泥外加荆的型号,加量,参加方式,作用等见配方表.二,井沮超过110的井固井水泥中必须加人硅粉提高水泥石的釜度寿命井温超过110,水泥浆在水化,稠化,凝固过程中将生成一种高钙水化硅酸钙,使水泥石强度显着降低.在水泥中按水泥干粉t硅粉=2

13、:l的比倒混拌,不但能抑制水泥石的强度退化,而且还能提高水泥石的早期强度.其作用机理;硅粉的主要成份是SiO能吸收水泥水化时析出的Ca(oH)t,水热合成CSH(B),降低了液相钙离子浓度,打破了c:SH:或CzSH(A?CzSH)C等高钙水化硅酸盐的平衡,提高了水泥石的强度寿命.三,严格控御水泥浆的失水和析水要保证水泥浆具有良好的流动性和凝结成水泥石的质量,必须严格控制水泥浆的析水和刘德平;防止油层套管环空窜气的固井技术水泥外加jI|配方衰外加荆名称防气窜荆辫张荆降麦书荆士阻荆悬浮荆型号加量USZlA12FDN0.102l0.10.15()SXY1扣入才点参加干袁中参加干灰中参加焉术中参加荷

14、术中参加药术中与术花应应生与术花肇应应作用产生蠢牟蔗,硅善术花基曲渔壹性.太太降栽选到紊漶状态的排量,提高术无基的璜无麦t产生的t最率压降朴营卡花鼍圉的体积士小失水量.根据川东的经验,析水必须控制在2以下,对深井,复杂井析水必须控制在1以下;对于失水量,套管固井要求小于/等于100150mL/30min,尾管及复杂井固井小于/等于5O1OOmL/3Omin.水泥浆在不加任何外加剂的情况下失水量可达8001000mL/30min,所以必须在水泥原浆中参加降失水剂.以前应用过LW,$24,sK一4,CTIii等水泥降失水剂,但普遍存在加量大,副作用大,复配复杂的问题.近两年又研究应用了新型油井水泥

15、降失水剂Rc一800,Ls一1,可满足井温120X3以下井的固井需要I与PNa缓凝剂复配可满足井温低于160C井的固井,最高使用井温达156(3(JII中地区安平店构造1号井),且固井质量优良.四,优化水泥浆性能,较快形成早期蟊度加强水泥浆外加剂的试验和完善,缩短水泥浆稠化至形成强度的时间,使水泥浆较快形成强度,有利于防止套管环空窜气.顶峰场构造11号井,井探4762m,井底温度105C.在油层套管固井水泥浆试验中,用D级水泥加砂.并参加适量的外加剂RC-800,usz一1,cFL一1,sEP一1,H一1等,快凝水泥韧凝时间4h4Omin,终凝时间6h;缓凝水泥初凝时间8h5min,终凝时间9h3Omfn,水泥浆稠化至形成10m./d天然气,关井压力达42.80MPa,井口不刺不漏.结束语近两年川东全面推广油层套管固井作业中的防气窜技术,使套管环空窜气的井明显减少.防止油层套管窜气有两个技术关键:第一,研究筛选出质量稳定,性能优良的适合防气窜工艺的水泥外加剂配方I第二,注水泥施工过程中要提高顶替效率,同时在水泥浆稠化至形成一定强度的水泥石的全过程中压稳气层.(牧t日期1994-1014)(暮霍启汉张摄清考文献1厢罩.瓣枣慨密度水花圈井技术的应用.天燕气工生.1994,14(5)