水平井固井技術研究與應用

水平井固井技術研究與應用

氣藏天然氣固井技術難點分析及固井工具優(yōu)選長寧氣田儲層主要包括下古奧陶系馬家溝群、原石碳系吐絲系、下白牙系、山西群、第二卷、下石盒子群、第二卷和上白牙峰群?？紫秲茸陨酿ね恋V物主要以伊利石、高嶺石為主,少量的綠泥石混層,儲層的束縛水飽和度為70%~90%,氣藏天然氣組分以甲烷為主,達88%~96%,屬無硫干氣,壓力系數(shù)約為0.8,平均滲透率為10×10-3~14×10-3μm2,具有強水鎖、中偏弱速敏、弱水敏、無酸敏特征。以往水平井固井的技術難點主要包括:①地層承壓能力低,易漏失;②南部、蘇里格及神木氣田大套管防漏及固井質量難以保證;③多煤層、大斜度(86°)、小間隙?177.8mm技術套管(尾管)固井難度大;④長水平段?114.3、?139.7mm篩管(尾管)順利下入難度大。為確?，F(xiàn)場施工順利,提高固井質量,進行了以下幾方面的研究:①固井工具優(yōu)選;②固井沖洗液CXY研究;③?339.7mm表層套管固井技術;④?244.5mm技術套管固井技術;⑤?177.8mm技術套管(尾管)固井技術。1天然氣水平井固井及井處理技術1.1固井工具的選擇(1)黏卡、降摩阻、最小遇阻力主要用于斜井段及水平段套管居中、防黏卡、降摩阻、提高頂替效率及減小遇阻沖擊力,其結構主要包括本體、扶正條、滾輪3部分。其形狀和幾何尺寸見表1。(2)拉拔劑和壓封板的應用由于浮鞋、浮箍下放位置已進入大斜度及水平段,常規(guī)浮鞋、浮箍不能滿足要求。為了保證其斷流,選用了帶膠塞碰壓裝置,即在回壓凡爾不起作用的情況下,膠塞碰壓后也能完全斷流,橡膠密封元件回壓裝置采用耐溫260℃的彈簧驅動回壓橡膠自封圈,具有耐油、耐酸堿性能,結構設計合理、材質好(P110鋼級)、承壓密封性能好,正向承壓為20MPa,反向承壓為25MPa,摩擦阻力低于0.6MPa,確保了現(xiàn)場施工正常安全。(3)注水泥器結構為了提高大套管表層固井質量,選用NT-A型?339.7mm內插入式注水泥器。該工具結構特點:①內插入式注水泥器由帶插座式浮箍和插入頭組成,注水泥器等內部零件均由可鉆性材料制成;②插入式注水泥浮箍實現(xiàn)自動灌漿,正確計量,提高頂替效率,插入頭上部帶扶正塊,下部帶有多道密封圈。主要技術參數(shù):插座承載能力不低于400kN,插頭與插座之間的密封能力不低于9MPa,插入頭密封長度為150mm,防回壓能力不低于8MPa。(4)雙級注水泥器為了提高?339.7、?177.8mm技術套管長裸眼固井質量,防止漏失,保證后期斜井段及水平段正常鉆井,選用美國DAVIS(戴維斯)公司的YSZ-A型雙級注水泥器,主要由雙級箍(本體)、碰壓座、撓性塞、重力型打開塞和關閉塞組成(表2)。(5)尾管懸掛器性能參數(shù)根據(jù)井身結構、井眼軌跡及完井要求,為保證懸掛器下到設計位置,順利完成坐掛和倒扣任務,滿足后期儲層改造,選用了德州大陸架液壓式尾管懸掛器。?244.5mm×?177.8mm尾管懸掛器性能參數(shù):懸掛器總長為5877mm,懸掛器最大外徑為217.4mm,懸掛器設計安全負荷為900kN,?127mm鉆桿膠塞外徑為?112mm,?127mm鉆桿膠塞可通孔徑為?78mm,?177.8mm空芯膠塞自由外徑為?175mm,懸掛器可通孔徑為?157mm,?177.8mm空芯膠塞剪釘泵壓為8~10MPa,正扣扣型為B180×8-9c,正扣有效扣數(shù)為10扣,接頭最大承壓動載荷為278kN,靜載荷為755kN,中心管上提高度小于1300mm,懸掛器銷釘剪切壓力不低于10MPa。(6)旋轉翼片的作用針對長水平段下篩管的難點,選用?114.3mm旋轉引鞋,其主要作用包括:下篩管時起導向作用,螺旋式的旋轉翼片具有遇阻旋轉撥物功能,能將管柱前端的巖屑等堆積物撥散,減少套管(篩管)下入時的阻力和遇卡現(xiàn)象。同時為了防止后期試采時連續(xù)油管卡在引鞋的導流孔,選用盲孔。1.2復合膜的體系為提高頂替效率及水泥環(huán)膠結質量,研發(fā)了具相容性及配伍性好,能起到沖洗、稀釋、緩沖、隔離及潤濕效果的CXY沖洗隔離液。(1)沖洗隔離液CXY是由表面活性劑、纖維素、無機鹽按一定比例和特定工藝制成的混合物。CXY沖洗隔離液體系為清水+5%CXY。體系性能:體系密度大于1.05g/cm3,60℃體系黏度為0.10~0.13Pa·s,60℃體系壓力為18.5~25.5Pa。(2)性能測試。CXY沖洗隔離液對鉆井液、水泥漿無增稠絮凝現(xiàn)象,同時對水泥漿的失水、析水、稠化時間及抗壓強度影響不大,對水泥漿無促凝作用,隨著沖洗隔離液比例增大,塑性黏度和屈服值隨之降低,表明該沖洗液能稀釋泥漿、水泥漿,改善其流動性,在較低的臨界流速下達到紊流頂替,各項性能指標均達到要求。1.3r.39.7mm表面固定針對大套管固井難點,采用內插法固井技術,有效封固表層,防止漏失,水泥漿必須返至地面,確保后期防噴器安裝及正常鉆進。(1)固井法采用兩凝水泥漿體系內插法固井技術。(2)管道連接結構?339.7mm浮鞋+?339.7mm套管2根+?339.7mm浮箍(帶內插座)+套管串。(3)重鉆桿3柱+133mm鉆桿頭+方鉆桿干的選擇插入接頭+?127mm鉆桿+?127mm加重鉆桿3柱(或?203mm鉆鋌)+?127mm鉆桿水泥頭(或方鉆桿),考慮到大套管下入時浮力大及灌漿時間長等因素,選用自灌漿式浮鞋及浮箍。1.4技術套筒固井由于采用篩管完井,?244.5mm技術套管相當于生產套管,必須保證固井質量,防漏,確保后期斜井段煤層正常鉆進。1.4.1雙級+返擠固井技術(1)針對南部氣田及榆林氣田的地層特性,由于裸眼段長,漏失層多,尤其是延長組及劉家溝組漏失嚴重,要確保固井質量,防止漏失,采用雙級+返擠固井技術。(2)由于蘇里格氣田水平井完井采用水力噴射分段壓裂技術,?244.5mm技術套管下入窗口,采用正注返擠全封固固井技術。1.4.2水泥砂漿系統(tǒng)及封閉井段根據(jù)地層承壓能力,確定水泥漿體系及封固井段。(1)低密度建議封固一級:①井底至劉家溝底界以上100m,高密度(1.88g/cm3)封固;②劉家溝底界以上100m至分級箍,漂珠低密度(1.45g/cm3)封固。二級:①分級箍至延長組底界,高密度(1.88g/cm3)封固;②延長組底界至延安組頂界,漂珠低密度(1.35g/cm3)封固;③返擠:延安組頂界至井口,采用高密度(1.88g/cm3)水泥封固。(2)南北方低密度正注高密度:井底至劉家溝底界,高密度(1.88g/cm3)封固;正注低密度(中):劉家溝底界至紙坊組中部,低密度(1.45g/cm3)封固;正注低密度(領):紙坊組中部至延安組底界,低密度(1.35g/cm3)封固;返擠低密度:延安組底界至表套腳;返擠高密度:表套腳至井口。1.5177.8mm技術管道尾管固井1.5.1177.8mm技術管道斜井段和尾管固井污泥系統(tǒng)(1)主要性能低失水,析水為零,流變性好,短過渡,稠化時間合理。(2)煤泥漿量充足①采用兩凝降失水水泥漿體系利于壓穩(wěn)氣層,防竄;②無井徑、煤層垮塌,水泥漿量必須充足,滿足水泥返高及施工安全;③如果浮箍及浮鞋失效,憋壓候凝,以免提中心管遇阻,卡鉆具;④針對煤層承壓能力低,易漏失特點,優(yōu)選了低密度防氣竄降失水體系。1.5.2+轉換套管+管道轉換套管2.0m防硫套管+聯(lián)頂節(jié)?177.8mm技術套管:浮鞋+套管1根+浮箍+套管1根+浮箍+轉換套管+套管+分級箍+套管+轉換套管(2000m防硫套管)+聯(lián)頂節(jié)。?177.8mm尾管:浮鞋+套管1根+浮箍+套管1根+浮箍+套管1根+憋壓座+轉換套管+套管+轉換套管+液壓懸掛器。1.5.3注水泥技術(1)流動計算公式根據(jù)井眼質量、前置液、水泥漿的流態(tài)及流變參數(shù),依據(jù)DS推薦的流動計算公式,計算臨界流速V臨界及臨界流量Q臨界(表3)。因水泥漿的臨界排量大,為確?，F(xiàn)場施工安全、防止煤層垮塌憋泵,采用塞流頂替,確定固井前置液量為6m3。(2)mm套管固井質量分析pf<pO<pdl(1)其中,pO=(p靜+p動)。式中:pf為地層流體壓力,MPa;pdl為地層破裂或漏失壓力,MPa;pO為環(huán)空動液柱壓力,MPa;p靜為環(huán)空靜液柱壓力,MPa;p動為環(huán)空動摩阻,MPa。為確保?177.8mm套管固井質量,根據(jù)地層特性(漏失壓力、破裂壓力、孔隙壓力)及固井方式,主要防止頂替過程中漏失、氣侵及氣竄。平衡壓力固井計算結果見表4。(3)起壓前后的仿真套管為?177.8mm,前置液體積為6m3,排量為25~30L/s,注水泥漿為32~36L/s,起壓前頂替排量為20~25L/s,起壓后頂替排量為15~18L/s。2水平井施工效果2008年共開鉆9口天然氣水平井,已完鉆的水平井現(xiàn)場施工順利,基本解決了天然氣水平井的固井難點,固井質量好,合格率為100%,優(yōu)質率大于87%,各項指標均達到了油田公司的要求。2.1蘇平14-13-36井244.5mm技術管道固井(1)井結構231.2mm×?244.5mm×3690m,造斜點為2900m。(2)擠低密度正注高密度為2900~3700mm,正注低密度(中)為2200~2900m,正注低密度(領)為1400~2200m,返擠高密度為0~760m,返擠低密度為760~1400m。由于該井的井眼軌跡、泥漿性能比較好,通井措施得當,最后6根套管下入遇阻,最大摩阻為390kN(3264m),上提無遇阻,通過循環(huán)及上下活動套管,速度為0.05~0.10m/s,下放60%懸重,才能緩慢下入,其余套管在直井段及斜井段下入很順利。2.2靖平25-17井14.3mm生產篩管2.2.1斷裂帶分離器的原因分析(1)14.3mmj55、6.35mm、ltc主缸結構的半徑為109m,彎曲曲率為15.8°/30m。(2)其他14.3mm鋼性扶正器的套管柱彎曲半徑為116m,彎曲曲率為11.6°/30m(鋼性增加18%)。(3)14.3mmj55、6.35mm，ltc鋼絲繩蓋的焊接強度為800kN、屈服強度為819kN?，F(xiàn)場懸重為670kN,活動范圍為400~900kN,在套管柱軸向拉、壓安全范圍之內。(4)14.3mmj55和6.35mm主缸結構在井內的彎曲應力為1.265噸(5)套管斷裂原因N·m,滿足篩管上扣扭距要求。下套管出現(xiàn)遇阻,在套管承受載荷安全范圍內(400~900kN)活動,套管(篩管)出現(xiàn)斷裂主要原因:①套管質量存在問題,中徑為5~12扣;②套管在井斜29°處多次拉、壓產生疲勞斷裂。2.2.2裸眼完井防止沖擊針對天然氣水平井長水平段下?114.3mm篩管存在難點,如果下篩管過程中出現(xiàn)遇阻嚴重,在安全載荷范圍內適當上提下放無效果,可采取坐掛,防止篩管在斜井段出現(xiàn)疲勞斷裂。(1)如果下篩管后期(離井底50m以內)出現(xiàn)遇阻嚴重,不再上提下放活動,可采取坐掛。(2)由于儲層不確定性,如果水平段軌跡呈多臺階,考慮到下篩管出現(xiàn)硬卡、摩阻大及后期?73mm油管入懸掛器難度大等原因,可采用裸眼完井。(3)由于J55、LTC、?114.3mm篩管屈服強度低(700kN),如出現(xiàn)井下遇阻,活動載荷小,可選用N80綱級套管。3mm技術套管固井(1)蘇14-13-36井?244.5mm大尺寸套管成功下入窗口,窗口井斜為88.3°,井深為3695m,?139.7mm篩管成功下入1200m水平段,在長慶油田均屬首次。針對下套管存在難點,通過下套管摩阻計算、通井、管串設計及扶正器加放等,采取了一系列措施,為套管順利下入起到了關鍵作用,為今后大套管下入窗口及長水平段下套管提供了新思路。(2)選用低失水、零析水、微膨脹防竄多凝降失水水泥漿體系,是保證?177.8mm