番禺30-1气田大位移井固井技术浅析

2011-02-10康建平廖易波

长江大学学报(自科版) 2011年4期

范鹏,康建平,廖易波

(中海油田服务股份有限公司油田化学事业部深圳基地,广东深圳518067)

宋茂林,朱江林,罗宇维

(中海油田服务股份有限公司油田化学研究院,北京10149)

番禺30-1(PY30-1)气田中有5口大位移井,均采用油基钻井液钻井。针对PY30-1气田大位移井的特点,油田化学事业部深圳基地固井技术部多次邀请业内专家对方案进行论证,为保证大位移井固井质量,对水泥浆体系、浆柱结构、扶正器、前置液、顶替等进行了严密科学设计,采取了一系列提高大位移井固井质量的措施,优选出一套较为全面的大位移井气井固井技术,确保固井施工的安全和固井质量达到要求。下面,笔者从管柱合理居中、优化水泥浆配方、固井仿真软件的模拟等方面对大位移井固井技术进行了分析。

1 番禺30-1气田大位移井套管附件

1.1 套管漂浮技术

使用套管漂浮技术,争取套管一次到位,避免悬空固井。目前,普遍使用的技术为 “扩眼鞋+漂浮接箍”实现套管的漂浮,有效的减少大斜度井段的摩擦阻力,以保证套管的安全下入。

漂浮接箍作为套管内的一个临时封隔物,配合套管浮鞋单流阀的作用,在该接箍以下的套管柱内由空气充填形成掏空段,接箍以上的套管柱则仍用钻井液充填,即在下套管过程中,漂浮接箍下部套管是掏空的,增加套管的浮力,而漂浮接箍以上套管则与常规一样灌满钻井液,甚至为了加大下推力,灌入加重钻井液。

扩眼鞋 (BBL Reamer Shoe)与普通浮鞋相比,扩眼鞋上可自由旋转的偏向引鞋头,大大改善导向能力,更易通过滑动或转动跨越障碍;在管串上下活动,或旋转时,3600周体菱型碳化钨切铣刃扩眼器,可清除障碍、疏通井眼。

1.2 套管扶正器

在大位移井中,由于重力作用套管易帖靠井壁,形成套管偏心。如果增大套管的偏心度,则顶替泥浆的难度几乎按指数规律增加,影响固井质量。只有套管居中度＞67%时,水泥浆才能有效的替出环空较窄的泥浆;提高套管居中的方法有2种:合理设计扶正器的安放位置和数量;采用套管漂浮固井工艺技术。

在PY30-1气田这5口大位移井中,主要使用的扶正器为螺旋形刚性扶正器,该扶正器轴向压缩承载力30t,径向承载力16t,具有扶正力最强,阻力小,不易变型、损毁的特点,并且有旋流作用,能有效得提高水泥浆顶替效率。

另外套管鞋处的扶正器也很重要,一般在大位移井中,套管鞋底部安装靠在一起的2个扶正器,这种方法,能起到一种 “举升”的作用,在第2、3根不加放扶正器,这样的做法目的就是为了减少套管鞋段的刚性,有利于套管的下入。

2 番禺30-1气田大位移井固井现场解决措施

2.1 套管居中度控制

保证套管居中主要长从套管漂浮技术、井眼规则度、扶正器的加放、套管入井速度等几方面控制。使用套管漂浮技术,“扩眼鞋+漂浮接箍”实现套管漂浮,套管顺利入井。套管加放遵照海洋石油天然气行业标准SY/T10022.2-2000中关于6.2套管扶正器安放间距和现在现场作业经验进行添加。表1所列为PY30-1气田A07H大位移井套管扶正器的加放统计。

表1 A07H大位移井9■8 in套管扶正器加放统计

2.2 ECD的控制

固井方式采用单级双封固井,为减小液柱对地层压力,防止压力过大造成地层破裂,在首浆,隔离液泵注结束后,泵注大量海水为中间液。通过固井软件模拟井底ECD(井底循环当量比重),有效地将ECD控制在地层孔隙压力和漏失压力之间。注替水泥过程井底压力变化如图1所示。从图1可知,井底动态当量密度 (井底压力)介于地层孔隙压力和漏失压力之间。证明所设计的浆柱既能有效的压制地层流体,防止固井过程中发生溢流、井涌、井喷等事件,又不至于压裂地层,造成水泥浆流失和固井失败。

图1 注替水泥过程井底压力变化

2.3 前置液的选择

固井作业的水泥浆前,设计前置液,前置液的段塞设计为:油基基液 (白油)+清洗液+隔离液+冲洗液,即白油+PC-W21L+DISPACER+FLUSHER段塞。清洗液清洗效果评价试验数据如表2所示。

试验表明,在采用PC-W21L对油基钻井液滤饼进行清除的情况下,采用50%的清洗液配制适当的清洗液体积,保证清洗液对井壁的作用时间控制在3min以上,可以将大部分的油基钻井液滤饼清除,改善固井胶结效果和固井质量。

DISPACER是一类新型的水泥浆隔离液,与常规的隔离液比较,除了具有相对更好的温度稳定作用外,在与水泥浆的接触中,DISPACER显示了更好的相容性和对水泥浆的流变性、稠化性能和强度性能更小的影响,在胶乳水泥浆体系中具有更好的性能体现和广谱性。

表2 清洗液清洗效果评价试验数据

2.4 防气窜水泥浆的设计

从目前现场添加剂使用情况来看,胶乳在温度较高的条件下的降失水性能最为稳定,且具有颗粒堵塞孔隙通道和化学收缩小、冷浆与热浆稠度变化不大等优点,因此,它通常作为防气窜水泥浆的主剂。由于胶乳的悬浮能力偏弱,所以,它常常还要和某些增稠的降失水剂配合使用[4]。

由于大位移气井固井施工安全系数要求大、水泥浆性能指标控制要求严格等特点,一般不推荐使用触变水泥和泡沫水泥,而建议使用胶乳水泥浆。设计胶乳水泥配方时,要调整好胶乳与胶乳稳定剂之间的比例,并选用与之匹配的缓凝剂,使得水泥浆的过渡时间小于30min,以增强防气窜能力[5]。

根据气井固井对水泥浆性能的要求和防窜水泥浆的设计对性能控制方法,通过室内试验,优选出CGR6L胶乳+CG80S降失水剂+CF41L分散剂+CH 21L缓凝剂+嘉华G级油井水泥体系,其相应性能见表3。

表3 防气窜水泥浆性能

由表3水泥浆性能可以看出,所设计的水泥浆无自由水,因此不会形成连续的水槽或水带,且稠化时间可调,强度满足现场施工的要求,最后能有效胶凝或形成足够的强度,进而保证良好的固井质量。

3 现场应用效果

PY30-1气田A07H井是一口大位移井。MD为5008m,水垂比2.4,水深198.02m,26in井眼深度411.5m,20in套管下入深度410.98m;17井眼深度1547.8m,13套管下入深度1542.8m;13套管内水泥塞面高度 1508m;12井眼深度4536.88m,9套管下入深度 4532m;后进行8井眼钻进作业,到5008.88m完钻,后进行裸眼完井作业。

为了满足PY30-1气田大位移井钻井作业,依据上面水泥浆体系、浆柱结构、扶正器、前置液、顶替等进行了严密科学设计,采取了一系列提高大位移井固井质量的措施,其中大部分井电测固井质量为优良,合格率;图2、图3为PY30-1气田A07H井电测固井质量,显示优良。