致密油水平井固井技术现状

致密油水平井固井技术现状

刘守祥

山东胜油固井工程技术有限公司  山东东营  257000

摘要:分析了影响水平井固井质量的主要因素及国内外的技术措施,包括井眼准备､套管下入与居中､浆柱结构优化与注替工艺优化等环节,总结了目前水平井固井技术最新进展及发展方向,通过对国内外针对提高水平井固井质量的针对性技术措施及研发､应用的新工具､完井液体系的总结,这样才能保证固井质量,同时也为致密油区块完井作业提供施工参考｡

关键词:顶替效率;长期密封;顶替

1国内技术研究现状

1.1胜利油田水平井固井技术

主要是围绕水平井固井难点,从通井､下套管､钻井液性能调整､固井前置液和水泥浆设计､施工参数设计与控制等方面提出了提高顶替效率的关键技术措施:

(1)下套管前通井技术措施｡模拟原钻具刚度通井,确保扶正器数量和套管顺利下入;下套管前维持原钻井液性能,确保井壁稳定;大排量洗井,对通井遇阻井段进行划眼和反复短起下,彻底清除岩屑床;通井后期,泵压和钻井液性能稳定后,测循环周,估算井筒容积,为确定水泥浆量提供参考依据;起钻前在水平段和造斜段注入润滑钻井液｡

(2)下套管操作特别要求｡下套管主要应做到连续下入,缩短钻井液静止时间,避免过高的结构力形成｡

(3)扶正器设计原则及方法｡水平段全部采用刚性扶正器并加大安放密度;扶正器位置宜放在井眼较规则､井壁稳定的井段｡

(4)前置液设计｡在注水泥之前,先注入冲洗隔离液,目的是清除水泥封固段附着在套管外壁和井壁的稠钻井液,使水泥在两个界面均有较高的胶结强度｡冲洗液与钻井液相混时相容性要好,并能获得一个亲水环境;冲洗液的流变性要好,保证在低速下实现紊流,使两个界面都得到有效冲洗,一般设计为400~500m环空体积,紊流接触时间10min｡

(5)水泥浆体系设计｡采用多凝水泥浆柱结构｡上部采用低密度水泥浆体系,中部采用高温降失水剂水泥浆体系,水平段采用增韧微膨胀水泥浆体系｡

(6)循环洗井及钻井液性能调整｡刚开始循环时,维持下套管前的钻井液性能,以利于井眼清洗;逐步提高排量,待泵压及钻井液性能稳定后,大排量循环洗井两周以上,以彻底清洗井眼;在注水泥前的1~2个循环周内,循环到进出口钻井液性能达到平衡为止｡如果可能,循环时钻井液流态应达到紊流状态,以帮助清除岩屑或固相沉淀槽｡另外,注水泥前或者注水泥期间要尽量减少井内钻井液处于静止的时间,务必使其保持最充分的循环｡

1.2西部钻探水平井固井技术

主要是通过完井管柱下入､水泥浆体系及配套固井技术等几方面开展计算机模拟分析,配方优化研究,配套固井技术优选等致力于解决水平井固井的主要技术难题｡下套管前充分循环洗井并最终采用三扶正器通井保证井眼稳定､畅通､平滑;造斜段､水平段套管串合理安放刚性扶正器,特别是滚轮扶正器有利于提高套管居中度和降低套管串下入摩阻;通过优化固井施工参数采用变排量注水泥及替浆,改善注替流态,辅助采用除油前置液及套管漂浮技术有利于提高顶替效率;在水泥浆配方中加入弹性颗粒进一步增加水泥石弹韧性,有利于在保证水泥石强度的前提下降低弹性模量,适应大型压裂对水泥石强度及韧性的要求｡

2固井技术难点分析

2.1地温温度低

油层埋藏深度浅,地温梯度低,钻井过程中注意预防井喷､油气水侵､浅层水侵及固后管外冒,固井施工后,常规水泥浆体系无法形成早期强度,若无有效措施极易发生层间窜流｡

2.2全井封固,注水泥时间长水泥浆需

要速凝快速形成强度,封堵层间窜流｡全井封固,一次注水泥量大,注水泥时间长,对外加剂的使用和加量更高,对施工设备提出了更高的要求,宜选用耐高压､大功率水泥车,满足完井工况下的作业需求｡

2.3环空压稳比较困难

尾浆水泥处于失重状态,难以实现压稳,宜在固井施工结束后,考虑设备精度问题和压力传递损耗等有效手段进行环空加压,确保水泥浆候凝期间压稳油气层｡

3国外技术研究现状

3.1顶替效率模拟软件

(1)Displace3D顶替三维模拟软件采用全井眼三维模拟方式,通过计算环空顶替钻井液时各种流体的动态特征,能够分析有效顶替钻井液的必要条件｡由于能清楚地看到井下的模拟情况,可以协助固井技术人员制订更完备的注替方案,保证井眼完整性及封固质量｡(2)OptiCem固井优化设计软件可以使固井技术人员获得更真实的模拟与流变模型｡通过对比设计参数与实际施工参数,OptiCem软件可依据调整固井施工工序,监测井下流体注入位置,实时监测井下ECD,在保证施工安全的前提下,提高注替排量｡

3.2保证水泥环长期密封的技术

(1)ElastiCem水泥和ElastiSeal水泥｡ElastiCem水泥通过加入弹性材料和纤维,降低水泥石的脆性,增加弹塑性,保证水泥环密封长期有效｡ElastiCem属于泡沫水泥,密度为0.61~2.29g/cm3,可满足10.0℃~315.7℃井下温度的要求;ElastiSeal水泥具有较强的可压缩性,抵抗不同井下环境中应力的能力强｡由于ElastiSeal水泥中含有稳定性强､分散性高的氮气泡,具有更强的可压缩性､桥堵性和弹塑性｡(2)GasStop水泥｡GasStop水泥为防窜水泥浆,适用温度范围为93℃~177℃,可以用来控制水泥浆的胶凝强度｡水泥浆凝固前可以有效传递液柱压力,保证对气层的压稳,防止失重时发生气窜现象｡GasStop水泥在淡水及盐水钻井液中均有优异的降失水效果｡

3.3固井过程中防止水泥浆漏失技术

(1)TunedLightCement水泥｡TunedLightCe⁃ment水泥采用玻璃微珠作为减轻剂来降低水泥浆密度,适应密度范围宽,水泥石抗压强度高｡在低压易漏井固井中,TunedLightCement水泥能保证水泥浆返到设计位置,防止固井中水泥浆漏失,从而降低回灌作业的费用｡TunedLightCement水泥具有一定的触变性,可有助于防止水泥浆的漏失及候凝时水泥的回落;TunedLightCement水泥过渡时间短,有助于防止气窜｡

(2)固井前置液技术｡TunedSpacer水基隔离液与任何类型钻井液相容性良好,通过优化流变性能参数,可以有效清除钻井液及井壁上的滤饼,为水泥浆的良好胶结环境｡TunedSpacer水基隔离液在不同温度条件下屈服值稳定,悬浮性好,流变性能易于调整｡最高抗温可达177℃,适用密度为1.21~2.17g/cm3｡MudFlash冲洗液可作为固相颗粒分散剂与水润湿表面活性剂来冲净环空中的钻井液,并将环空二界面变为水润湿,为水泥浆与井壁间的良好胶结创造条件｡上述性能保证钻井液､水泥浆与井下冲洗液在井下的良好相容性｡MudFlash是单组分钻井液—滤饼清除剂,具有用户友好､低成本､易操作等特点｡

4水平井固井技术新进展

4.1水平井固井新工具

国外研制的水平井固井工具主要是从提高顶替效率和强化套管环空的窜槽通道密封两方面来进行的｡(1)紊流器;(2)套管扶正器;(3)旋转尾管下入工具;(4)管外封隔器｡

4.2水平井固井新体系

(1)泡沫水泥浆｡泡沫水泥主要是在水泥浆混配T6井设计井深2500m(取芯5筒共50m),原设计钻井周期30d,实钻井深2300m,钻井周期21.33d,按照井深2300m,取芯1筒10m折算,设计周期23.32d,周期符合率91.2%｡

5结论

T6井的顺利实施,为后续TY断陷的钻井施工提供了设计依据,收到了良好的应用效果,取得了以下认识:(1)合理简化井身结构,可以有效减少施工工序,缩短钻井周期节约钻井成本;(2)优选R4624PDC钻头配合液动旋冲工具,实现PDC钻头完钻,减少了钻头数量,提高了机械钻速;采用液动旋冲工具+1.0°弯螺杆+MWD防斜打快钻具组合,可以显著提高机械钻速,控制井斜,为下步施工创造有利条件;(3)油层采用双密度固井方式,使用气密封扣套管,防止了井漏发生,降低了施工风险,保证了固井质量｡

参考文献:

[1]张玲,王志强,等.大情字井地区中深井PDC钻头优化设计[J].石油矿场机械,2013,42(2):75-78.

[2]侯圣,孙磊,万发明,李玉海.深部含砾地层液动旋冲工具钻进技术探索[J].石油矿场机械,2018,47(2):13-16.

[3]张立刚,吕华恩,李士斌,等.钻井参数实时优选方法的研究与应用[J].石油钻探技术,2009,37(4):35-38.