印尼馬都拉區(qū)塊高壓水泥漿固井技術(shù)

1、印尼馬都拉地區(qū)高壓井固井技術(shù)摘 要：印尼馬都拉區(qū)塊是petrochina與印尼國家石油公司合作的項(xiàng)目，該地區(qū)地層情況復(fù)雜，天然氣豐富且氣體活躍，地層壓力高，安全窗口相對較窄，套管串結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是尾管固井時(shí)懸掛器過留面積小、工藝流程繁瑣、施工難度高，固井風(fēng)險(xiǎn)大，其他外國公司在此區(qū)塊沒有按照設(shè)計(jì)完成一口井施工。2009-2010年，渤海鉆探第二固井公司共完成dolang-dolang#1，dungok#1，madederop#1井3口探井的固井施工，通過精心組織、精心設(shè)計(jì)、精心施工，采用平衡壓力固井、優(yōu)選水泥漿體系，優(yōu)選隔離液體系，采用防氣竄固井和尾管固井等綜合配套固井工藝技術(shù)，實(shí)施效果顯著。主

2、題詞：印尼馬都拉 高壓氣體 高密度水泥漿 防氣竄 固井前 言印尼馬都拉區(qū)塊地質(zhì)條件極為復(fù)雜，地層存在多壓力系統(tǒng)，氣測值活躍。管串結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝流程繁瑣、施工難度高、固井風(fēng)險(xiǎn)大，為保證該區(qū)塊固井質(zhì)量，固井公司根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際鉆井情況優(yōu)選水泥漿體系、前置液、優(yōu)質(zhì)漿，合理優(yōu)化套管附件，科學(xué)進(jìn)行固井設(shè)計(jì)和施工模擬，成功完成了dolang-dolang#1，dungok#1，madederop#1井3口探井的固井施工，固井質(zhì)量滿足了工程要求。 一、固井難點(diǎn)1.地質(zhì)條件.復(fù)雜，存在高溫高壓，地層壓力安全窗口相對較窄，因此，水泥漿密度選擇困難。由于地層存在多壓力體系，因此對鉆井液綜合性能要求高。如dolang-

3、dolang#1油層固井前鉆井液密度達(dá)到了1.91g/cm3,鉆進(jìn)過程中一直發(fā)生漏失，共計(jì)漏失800m3,鉆井過程中氣測值70%-80%；madederop#1177.8mm尾管固井前鉆井液密度達(dá)到了1.90 g/cm3，。2.由于完鉆時(shí)氣測值高，因此鉆井液密度也高，而且在鉆井過程中又加了油層保護(hù)劑和潤滑劑，使鉆井液的靜切力、動(dòng)切力、粘度很高，流動(dòng)性差，導(dǎo)致下套管過程中或下完套管后容易發(fā)生井漏，循環(huán)洗井的排量無法達(dá)到固井設(shè)計(jì)要求，因此無法有效的清除井虛泥餅，頂替效率低，固井質(zhì)量無法保證。 3.由于鉆井施工周期比較長，泥漿密度高，形成的井徑極不規(guī)則，對固井影響比較大。 4.高密度水泥漿對外加劑，

4、水泥漿性能要求高。高密度固井施工工藝復(fù)雜，發(fā)生事故的概率高。5.尾管固井時(shí)，由于環(huán)空間隙小，注水泥漿量少，形成的水泥環(huán)薄，所以，要求水泥漿必須具有穩(wěn)定性好、失水量低、早期強(qiáng)度形成快、水泥石收縮率低的特點(diǎn)。 6.小間隙的環(huán)空過流面積?。ㄌ貏e是在懸掛器座掛后懸掛器卡瓦卡套管處通道更小）、采用紊流頂替技術(shù)，施工壓力高，在注替過程中容易出現(xiàn)環(huán)空憋堵或蹩漏地層，導(dǎo)致固井失敗。二、采取針對性技術(shù)措施 1、優(yōu)選水泥漿體系：保證水泥漿具有穩(wěn)定性好、低失水、零析水和早期強(qiáng)度形成快等特點(diǎn)。馬都拉區(qū)塊全部采用膠乳防氣竄體系，通過加入一定比例的鐵礦粉來提高水泥漿的密度，鐵礦粉最高比例加到30%，相應(yīng)水泥漿密度達(dá)到2.

5、1g/cm3以上。同時(shí)通過調(diào)節(jié)鐵礦粉和外加劑的加量，使水泥凝固后達(dá)到更高的強(qiáng)度，通過不同配方的實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到良好的水泥漿性能。2、合理選取前置液和引導(dǎo)漿：前置液和引導(dǎo)漿必須具有能清洗油性鉆井液的特性，保證與水泥漿有很好的相容性。通過研究，固井過程中加入兩種類型的隔離液，一種隔離液有清洗井壁和隔離效果,另一種隔離液與水泥漿和鉆井液有良好的配伍性，因此，通過使用增加隔離液的使用數(shù)量，提高了對井壁和套管壁的沖洗效果和頂替效率，改善一、二界面水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量。3、由于馬都拉區(qū)塊地層活躍，氣測值高達(dá)70%-80%，因此鉆井液密度也高，通過在水泥漿中加入良好的降失水劑、同時(shí)應(yīng)用防氣竄劑bzl-101，并合理調(diào)

6、配其他外加劑的加量，延遲水泥漿膠凝形成，延長液態(tài)膠凝時(shí)間，嚴(yán)格控制api失水量和析水，從而減少水泥石體積收縮。通過改善了水泥石的微觀結(jié)構(gòu)，使之致密、不滲透、氣密性好，提高了水泥漿在候凝過程中的防氣竄能力。14、選擇合理頂替排量，防止井漏的發(fā)生。如dungok#1井244.5mm的頂替排量達(dá)到2.3-2.5m3/min，其相應(yīng)環(huán)空返速0.9-1m/s，177.8mm尾管頂替排量達(dá)到1.1-1.3m3/min，相應(yīng)環(huán)空返速環(huán)空返速1-1.2m/s，基本上達(dá)到紊流頂替，針對馬都拉區(qū)塊地層存在漏失特點(diǎn)，在合理選擇頂替排量的前提下，采用雙凝水泥漿體系固井，即緩凝水泥漿+速凝水泥漿，這樣不僅能保證固井質(zhì)量

7、，而且又能夠使速凝水泥漿快速封固下部易漏地層。5、強(qiáng)化井眼清潔，提高固井質(zhì)量。在壓力允許的范圍內(nèi)采用紊流洗井，調(diào)整泥漿性能，有效清洗虛泥餅，保證井眼干凈、穩(wěn)定。6、科學(xué)設(shè)計(jì)固井施工方案，提前模擬施工過程。尾管固井時(shí)，采用紊流頂替技術(shù)和不留水泥塞固井技術(shù)，縮短完井周期。三、水泥漿體系的優(yōu)選1、優(yōu)選水泥漿密度水泥漿密度要高于鉆井液密度至少0.12g/cm30.24 g/cm3，以保證水泥漿頂替效率。與鉆井液有較為合理的密度差，緩解由于u型管效應(yīng)過大引發(fā)井漏和環(huán)空蹩堵，為井下安全提供了技術(shù)保障。同時(shí)對水泥漿的領(lǐng)漿、尾漿的密度組合提出設(shè)計(jì)要求，使水泥漿上下密度差小于0.025g/cm3。如dolang

8、-dolang#1177.8mm油層完井鉆井液密度1.91g/cm3，選用的隔離液密度1.94 g/cm3，水泥漿密度2.10 g/cm3的高密度水泥漿。通過調(diào)節(jié)鐵礦粉和外加劑的加量，使水泥凝固后達(dá)到更高的強(qiáng)度。2、控制水泥漿失水和析水從施工工藝角度看，在通過滲透層時(shí)，水泥漿在環(huán)空動(dòng)液柱與地層壓差的作用下，將產(chǎn)生滲透性漏失。水泥漿失水還會使水泥漿流變性變差，降低水泥漿的頂替效率。因此在平衡壓力固井的防氣竄以及水泥漿“失重”控制方面，水泥漿失水量、析水量是兩個(gè)重要指標(biāo)。馬都拉區(qū)塊井失水都控制在40-43s之間，析水為零。3、水泥漿稠化時(shí)間的設(shè)計(jì)水泥漿的稠化時(shí)間要考慮水泥漿在井底和水泥返高處的的溫

9、度差的影響，稠化時(shí)間要滿足整個(gè)固井注替時(shí)間的要求。稠化時(shí)間短，可能發(fā)生蹩高壓“灌香腸”。稠化時(shí)間長，則影響水泥石早期強(qiáng)度，加劇高壓油氣上竄。因此，馬都拉區(qū)塊井一般根據(jù)地層情況，是否有異常高溫高壓情況設(shè)計(jì)稠化時(shí)間，稠化時(shí)間一般為安全施工時(shí)間上附加60-120min。4、水泥石抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì):水泥石抗壓強(qiáng)度決定了一口井壽命的長短，印尼roda-g級水泥石抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)能夠滿足封固要求、高密度水泥漿抗壓強(qiáng)度一般大于16mpa/90·24h，中高密度水泥石抗壓強(qiáng)度大于15mpa·24h.90。5、水泥漿流變性設(shè)計(jì):水泥漿頂替效率的高低、膠結(jié)結(jié)構(gòu)的形成基本取決于水泥漿各項(xiàng)流變參數(shù)。固井

10、時(shí)要求水泥漿屈服值要大于鉆井液屈服值。水泥漿塑性粘度控制在20mpa.s，屈服值15pa 左右為宜。適當(dāng)減小鉆井液的流性指數(shù)至0.4-.5，可提高水泥漿的頂替效率。適當(dāng)增加水泥漿的稠度系數(shù)至0.2-0.4 pa.sn，降低鉆井液稠度系數(shù)，提高水泥漿頂替效率。所采用的水泥漿體系增加了液降，膠乳等加量，使體系具有：a、水泥漿漿體穩(wěn)定性與流變性好，具有良好的防漏、防氣竄能力；b、失水量、析水量?。ㄊ?0ml）、析水量趨于零）；c、水泥漿稠化曲線好、稠化過渡時(shí)間、短抗竄能力強(qiáng)；d、水泥石早期強(qiáng)度發(fā)展快和抗壓強(qiáng)度高以及水泥石致密性高，大大提高了水泥石膠結(jié)質(zhì)量。具體性能指標(biāo)見下表1、表2。表1、dun

11、gok#1井127mm尾管水泥漿體系及性能干水泥類型roda-g級密度(g/cm3)1.78配方roda-g級+硅粉+bzl-101+bxf-101+bxr-101+bzp102+bzp101試 驗(yàn) 條 件循環(huán)溫度(oc)127養(yǎng)護(hù)溫度(oc)113試驗(yàn)壓力(mpa)48養(yǎng)護(hù)壓力(mpa)21實(shí) 測 性 能api失水量 (ml)48可泵時(shí)間（min）24924hr抗壓強(qiáng)度(mpa)18稠化時(shí)間（min）26148hr抗壓強(qiáng)度(mpa)19.5表2、dolang-dolang#1177.8mm套管水泥漿體系及性能干水泥類型owc-g密度(g/cm3)2.1配方roda-g級+鐵礦粉+bzd201

12、+bzf101+bzr101+ bzl101+bzp102+bzp101試 驗(yàn) 條 件循環(huán)溫度()77養(yǎng)護(hù)溫度()77試驗(yàn)壓力(mpa)25養(yǎng)護(hù)壓力(mpa)常壓實(shí) 測 性 能api失水量(ml) 42可泵時(shí)間（min）31948hr抗壓強(qiáng)度(mpa)14.8稠化時(shí)間（min）336四、隔離液的優(yōu)選在固井施工中，無論是水基、油基或其它類型的鉆井液與水泥漿都是不相容的。如果水泥漿與鉆井液直接接觸，鉆井液將發(fā)生水泥侵，水泥漿會受到鉆井液的污染而產(chǎn)生粘稠團(tuán)塊狀絮凝物質(zhì)，影響頂替效率，造成水泥漿竄槽，影響封固質(zhì)量。嚴(yán)重時(shí)還會造成蹩堵而壓漏地層或灌香腸等固井事故。我們選擇的隔離液具有沖洗和隔離泥漿、水泥

13、漿的雙重作用，通過各口井各層套管固井的摸索，我們逐步改善隔離液的配方，增加隔離液的用量，提高了對井壁和套管壁的沖洗效果和頂替效率，改善一、二界面水泥環(huán)膠結(jié)強(qiáng)度和膠結(jié)質(zhì)量。如dungok#1井5寸尾管鉆井液密度1.65 g/cm3,采用兩種密度的隔離液,隔離液之間有壓差。保證良好的清洗，隔離和壓穩(wěn)效果。見表3：見表3 dungok#1井177.8mm尾管隔離液使用情況前置液類型 前置液密度 (g/cm3)實(shí)際用量 (m3)領(lǐng)隔離液1.713.2尾隔離液1.773.2配方barite+bzs201+bzs102+bzf101+bzp102+h2o失水(ml)5857與鉆井液，水泥漿污染實(shí)驗(yàn)無污染無

14、污染五、固井實(shí)例 ：madederop#1井177.8mm尾管固井1、 基本情況madederop1井是位于印度尼西亞馬都拉區(qū)塊的一口深探井，設(shè)計(jì)井深2584.7m，127mm尾管完鉆井深2686.8m。該井具有地層壓力系數(shù)高、地溫梯度高、地層情況復(fù)雜等特點(diǎn)。 2、井身結(jié)構(gòu)井身結(jié)構(gòu)：660.4mm鉆頭×306m+508mm套管×303m+444.5mm鉆頭×1435.6m+339.7mm套管×1432.2+244.5mm鉆頭×1985.5m+177.8mm套管×1979.8+215.9mm鉆頭×2686.8m177.8mm尾

15、管×1938.5-2685.3m；3、鉆井液性能名稱: 聚合物 （固井前泥漿性能） 密度：1.89 g/cm3，粘度65s,泥餅:0.5mm, 濾失4.2ml/30min, 含砂0.3%ph值：9, n值0.65,k 值0.18。4、水泥漿用量:水泥漿名稱 密度(g/cm3)返深(m)注入水泥漿量(m3)清掃漿1.91709.54尾漿2.041938.519.085、前置液用量及配方:采用2種類型隔離液，領(lǐng)隔離液密度1.905 g/cm3,實(shí)際用量4.77m3，占環(huán)空高度365m，領(lǐng)隔離液密度1.905 g/cm3,實(shí)際用量4.77m3，占環(huán)空高度365m，配方：barite+bzs

16、201+bzs102+bzf101+bzp102+ h2o6、 水泥漿配方與性能干水泥類型roda-g級密度(g/cm3)2.04配方roda-g級+硅粉+hematite+bcw-500s+bxf-200l+bct-800l+d50+g603 +bxr-200l試 驗(yàn) 條 件循環(huán)溫度(oc)110養(yǎng)護(hù)溫度(f)110試驗(yàn)壓力(mpa)55養(yǎng)護(hù)壓力(mpa)21實(shí) 測 性 能api失水量(ml) 55可泵時(shí)間（min）25824hr抗壓強(qiáng)度(mpa)17.3稠化時(shí)間（min）26948hr抗壓強(qiáng)度(mpa)19.27、固井施工情況：(1)固井前地面管匯試壓34.5 mpa,不刺不漏后開始施工

17、。(2)用水泥車注隔離液9.54m3，密度1.91 g/cm3，排量為0.6-0.7m3/min。(3)用水泥車注入清掃漿9.54m3，密度1.92 g/cm3，排量0.6-0.7m3/min。(4)用水泥車注入水泥漿19.08m3，密度2.04 g/cm3，排量0.6-0.8m3/min。（5）壓膠塞。（6）替泥漿和碰壓：用水泥車替泥漿31.3 m3 ，頂替排量為0.7-1.0 m3/min。碰壓14mpa。（7）放空：碰壓后穩(wěn)壓10min，釋放壓力至0，并觀察回流情況。（8）上提中心管，座封封隔器，起鉆。（9）正循環(huán)多余水泥，排量0.71.4 m3/min，共循環(huán)出水泥約8m3。（10）候

18、凝48h后測聲幅。8、固井質(zhì)量及分析 固井質(zhì)量合格。madederop1井是馬都拉區(qū)塊繼成功完成dungok1井尾管固井后的第二口尾管井，該井油氣顯示良好，是一口甲方高度重視的預(yù)探井。該井屬小間隙尾管固井，懸掛器座掛后過流面積小，施工壓力較高，固井過程中容易發(fā)生環(huán)空憋堵和蹩漏地層。并且該井井溫較高,對水泥漿性能要求高。完井鉆井液密度高達(dá)1.89 g/cm3，對新型高密度水泥漿體系是一個(gè)考驗(yàn)，要做好防氣竄、防止強(qiáng)度退化，保證尾管施工安全等多方面考慮。針對以上固井難點(diǎn)，采取的措施：1. 該井鉆井液密度為1.89 g/cm3，合理選擇水泥漿的密度，采用2.04 g/cm3的高密度水泥漿固井。2. 為保證2.04 g/cm3的高密度水泥漿具有良好的穩(wěn)定性和強(qiáng)度要求。積極向甲方建議采用新型加重材料bcw-500s。3. 采用兩種相同密度的加重隔離液，在領(lǐng)隔離液加入清洗劑，而尾隔離液則不加，同時(shí)增大隔離液用量（9.54m3），既提高了沖洗的效率，又保證了隔離的效果。4. 增加了9.54m3密度1.92 g/cm3的清掃漿，有效的起到了清掃效果，提高了主力水泥漿的頂