川中蓬莱气区超深短尾管悬挂固井技术.pdf

收稿日期：；修订日期：。作者简介：李涛（），男，工程师，现从事油气井钻完井技术研究工作。：。基金项目：中国石油天然气集团公司重大现场试验项目“复杂超深井固井密封完整性技术现场试验”（）；中国石油西南油气田分公司科研项目“万米特深井井身结构及对策性研究”（）。文章编号：（）川中蓬莱气区超深短尾管悬挂固井技术李涛，吴杰，徐卫强，文春宇（中国石油西南油气田分公司工程技术研究院，四川成都 ）摘要：四川盆地川中蓬莱气区灯影组储层埋深超 ，井是区域内一口风险探井，目的尾管段固井施工中存在的主要难点为：裸眼段井径不规则，大肚子井段多，水泥浆量少，冲洗时间短，顶替效率难以保证；井底温度 ，气层离喇叭口近，水泥浆需具备抗高温防强度衰退、防气窜、强度发展快等性能；尾管下入井深超 ，尾管段长 ，重量较轻，倒扣丢手是否成功难以验证，对尾管悬挂器质量及操作要求高。针对存在难点，通过增加冲洗隔离液体积量、强化扶正器安放以提高套管居中度来保证顶替效率；采用加砂柔性防气窜水泥浆体系，并配合憋压候凝的方式，确保水泥浆压稳气层；尾管悬挂器中心管长度加长至 ，降低超深短尾管倒扣丢手验证难度。该井采用 尾管悬挂固井，施工顺利，固井质量一界面合格率 ，二界面合格率 ，该系列技术在后续 口井进行了推广应用，固井施工顺利，且固井质量良好，为类似超深活跃气层短尾管悬挂固井提供技术借鉴。关键词：蓬莱气区；超深井；短尾管；悬挂固井；中心管；防气窜水泥浆中图分类号：文献标识码：，（，）：，年 月石 油 地 质 与 工 程 第 卷第 期 ，：；目前，四川盆地油气勘探开发逐渐向更深层发展，超深井数量不断增多，勘探开发难度也逐渐增大。国内井深超 的油气井主要集中在塔里木盆地和四川盆地，地质工程条件复杂，超深井钻井完井技术面临很多挑战。四川盆地川中蓬莱气区灯影组储层埋深超 ，井是部署在区域内的一口重点探井，属于典型的“三高”油气井，设计六开井身结构，钻井作业难度大且风险高。该井六开采用 的钻头从井深 钻进至完钻井深 后，下 尾管实施悬挂固井，但裸眼井段存在局部垮塌、大肚子井段多、井径不规则、顶替效率难以保证等问题，同时，井底温度高达 ，气层活跃且离喇叭口近，对水泥浆抗高温稳定性、防气窜性能要求高；由于尾管下入井深超过 ，且尾管段长仅 ，重量较轻，倒扣丢手是否成功验证困难。此前，塔里木盆地井深超过 的井目的层多采用裸眼完井；四川盆地川西地区双鱼石构造 左右的大斜度井和水平井也均采用裸眼完井。国内外井深超 、采用 尾管悬挂的固井案例很少，没有形成较为完善的配套技术。针对存在的固井技术难点，通过开展尾管悬挂固井技术研究与实践，形成了川中蓬莱气区超深短尾管悬挂固井配套技术，井采用该技术后，固井质量较好，也对后续的 口井进行了推广应用，固井施工顺利且固井质量良好。固井技术难点）裸眼段井径不规则，大肚子井段多，顶替效率难以保证。研究区目的层灯四段岩性以深灰色白云岩为主，因采用水基钻井液钻进，顶驱转速较高（），上部井段井壁垮塌比较严重，钻头直径 ，而裸眼井段平均井径 ，井眼扩大率 ，在井深 处井径最大，为 ，在井深 处井径最小，为 。井径不规则，大肚子井段钻井液难以顶替干净，顶替效率难以保证 （图 ）。图 井眼裸眼段电测井径）井底温度高，气层显示活跃，对水泥浆的抗高温防气窜能力要求较高。电测出井底最高温度 ，用 钻井液钻进时共钻遇 次气测异常、次气侵，气显示层离喇叭口近（表 ）。在井段 钻遇的气侵，全烃值最高 ，出口钻井液密度 ，通过液气分离器节流循环排气，焰高 ，气侵显示持续 ，水泥浆需具备抗高温防强度衰退、防气窜、强度发展快等性能。表 井眼裸眼段油气显示统计序号井段 显示类别显示简况 气测异常全烃峰值 气测异常全烃峰值 气侵全烃峰值 ，焰高 气测异常全烃峰值 气测异常全烃峰值 气侵全烃峰值 ，焰高 ）尾管段长 ，重量较轻，但下入位置深，倒扣丢手是否成功验证困难。设计将 尾管下入到井段 ，尾管段长 ，重量近 ，尾管串结构为：浮鞋 短套管 浮箍 短套管 短套管 碰压总成 李涛等川中蓬莱气区超深短尾管悬挂固井技术 变扣套管 套管 根 胶塞短节 悬挂器 。送入钻杆长度超 ，钻杆加上顶驱重量近 ，钻杆在自重作用下拉伸量偏大，由于钻杆与套管间摩阻的影响，倒扣后短距离上提钻杆时难以验证倒扣丢手是否成功。固井关键技术?常用的尾管悬挂器倒扣后送入钻杆的有效上提高度要求控制在 ，一般不允许超过 ，受中心管长度限制，上提距离超过 后，坐封挡块容易被提出回接筒，再次下压时会使悬挂器顶部封隔器涨开，无法进行后续注水泥浆固井施工。在超深井中下入短尾管，但短尾管重量较轻，坐挂后悬重下降不明显 ；同时，钻杆在自重作用下拉伸量较大，钻杆短距离上提时，受钻杆与套管之间摩阻的影响，底部中心管发生的位移量难以准确计算，上提距离偏短，此时的悬重可能一直处于变化状态，难以判断倒扣丢手是否成功，若上提距离过多，中心管有被拔出回接筒的风险。因此，井采用 高压尾管悬挂器，能够抗 高温，尾管悬挂器中心管长度加长至 ，允许上提距离达 ，上提钻杆的安全距离余量较大，降低了超深短尾管倒扣丢手验证的难度。?优选水泥浆体系，采用一凝 级加砂柔性防气窜水泥浆体系 ，要求水泥浆具备低失水、直角稠化、零游离水、早期强度发展快等性能，同时具有良好的防气窜能力，以确保封固质量。室内优化调整水泥浆性能，水泥浆配方为：嘉华 级水泥 石英砂 微硅 分散剂 膨胀剂 柔性剂 高温悬浮剂 降失水剂 高温缓凝剂 消泡剂 清水，其中微硅颗粒非常小，平均粒度为纳米级别，能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物反应生成凝胶体，能够增加气体在水泥浆中的运移阻力，降低气窜风险，并且能够增强水泥浆的抗压强度，提高水泥浆的高温强度稳定性。在温度 、围压 、时间 的试验条件下，水泥浆的综合性能见表 ，该水泥浆失水量小、零游离液，直角稠化，稠度从 至 间隔时间仅 ，注水泥浆施工完成后，采用憋压 候凝的方式，确保水泥浆失重时能压稳下部气层，并防止 尾管喇叭口窜气。表 加砂柔性防气窜水泥浆综合性能水泥浆密度（）流动度 游离液 沉降稳定性（）抗压强度 缓凝?维持钻井液良好的流变性 ，要求钻井液塑性黏度 ，动切力不大于 ，降低井壁滤饼冲洗难度，设计采用密度 水泥浆，水泥浆与钻井液密度差 ，密度差越大，越有利于水泥浆对钻井液的顶替。通过增加冲洗隔离液体积量及增加冲洗时间来提高顶替效率，设计要求抗污染冲洗隔离液注入量 ，在替水泥浆排量 条件下，冲洗时间能够达到 ；通过强化扶正器安放、增加套管居中度来提高顶替效率 ，设计要求在裸眼井段内，每根套管加放外径 的大倒角旋流刚性扶正器 只，重合段每根套管加放外径 普通刚性扶正器 只，平均居中度能够达到 。软件模拟显示，当排量为 时，顶替效率为 ；当排量为 时，顶替效率为 ；当 排 量 为 时，顶 替 效 率 为 。现场应用?因裸眼段井径不规则，井壁存在台阶，下套管时容易增加摩阻，因此，下套管前必须进行通井，通井作业期间对挂卡、遇阻井段加强划眼，消除大肚子台阶，采取变排量循环等措施使井眼干净、无沉砂，确保井眼畅通。通井时采取由易到难的方式，先采用 单扶正器通井，再采用 、双扶正器通井，其中双扶通井钻井组合为：牙轮钻头 双母接头 回凡只 钻铤 扶正器 钻铤 根 扶正器 钻铤根 转换接头 加重钻杆 随钻震击器 加重钻杆 钻杆 石 油 地 质 与 工 程 年第 期 转换接头 钻杆。通井后井眼畅通，且通井钻具能够静放通过至井底，满足下套管条件。?将 井称重钻具下至井深 处，以排量 循环钻井液，通过精细控压设备将井口套压控制在 ，液面正常无漏失，钻井液密度为 ，折算井底当量密度为 。因此，下套管过程中需要严格控制下放速度，防止下套管速度过快，产生较大激动压力而压漏地层；每根套管下放时间不低于 ；下钻杆送套管期间，在井深小于 时，每柱钻杆下放时间不低于 ，且每下 柱钻杆开泵顶通水眼 次，在井深 至井底 时，每柱钻杆下放时间不低于 ，且每下 柱钻杆开泵顶通水眼 次，中途循环 ，防止钻井液长时间静止后变稠，下套管至井底后由于泵压高而压漏地层。通过软件计算，作用于井底的最大激动压力为 ，折算井底当量密度为 ，无井漏风险（图 ）。图 套管下入过程中作用于井底 的激动压力?下套管到位后，以排量 循环洗井 个循环周，彻底携带出井内沉砂，循环期间液面正常。投入 铜球，开泵憋压至 ，尾管悬挂器坐挂，继续憋压至 打通球座。正转 圈倒扣，扭矩 ，上提钻具 ，悬重由 增加至 ，再次上提 ，悬重仍为 ，验证倒扣丢手成功，钻杆上提距离与悬重变化规律见图 。然后注入 冲洗液 隔离液 冲洗液 嘉华 级防气窜水泥浆 ，泥浆泵用排量 替入密度 钻井液 ，随后水泥车用排量 替入清水 碰压，压力由 上升至 ，泄压检查发现，无回流。起钻至井深 时，循环排出混浆 ，起钻至井深 ，关井憋压至 后候凝。候凝结束后，下 牙轮钻头至井深 探得水泥塞面，钻水泥塞至 尾管喇叭口井深 ，对喇叭口按设计要求试压 （井内钻井液密度为 ），后，压降 ，试压合格，喇叭口位置水泥环封固质量良好。电测 尾管固井质量显示：一界面优良率 ，二界面优良率 ，顺利完成了 井超深短尾管悬挂固井作业。图 钻杆上提距离与大钩悬重变化关系该系列技术在后续的 井和 井进行了应用，固井施工顺利，且固井质量良好。其中 井在井深 下入 尾管，尾管段长 ，下尾管到位后，投入 铜球，开泵憋压 尾管悬挂器坐挂，继续憋压至 打通球座，钻杆正转 圈上提 ，悬重涨至 后无变化，验证倒扣丢手成功；注 嘉华 级加砂柔性防气窜水泥浆 固井，关井憋压至 后候凝；候凝结束后，下 牙轮钻头至井深 探得水泥塞面，钻水泥塞至 尾管喇叭口井深 ，对喇叭口按设计要求试压 （井内钻井液密度为 ），后的压降为 ，试压合格，喇叭口位置水泥环封固质量良好。结论）通过维持钻井液良好的流变性，增加冲洗隔离液接触时间，强化扶正器安放，顶替效率能够达到 ，有利于提高固井质量。）优选的 级加砂柔性防气窜水泥浆体系，失水量小、零游离液，直角稠化，稠度从 至 间隔时间仅 ，防气窜性能好，确保了活跃气层的水泥环封固质量。李涛等川中蓬莱气区超深短尾管悬挂固井技术）尾管悬挂器中心管长度加长至 ，允许上提距离达 ，有效降低了超深短尾管倒扣丢手验证难度，保障了固井施工安全。）针对 井超深短尾管悬挂固井难点，研究形成的配套技术对于直井应用效果良好，但对于超深大斜度井，目前尚未进行应用，建议配套相关技术研究与应用。参考文献 闫睿昶，陈新勇，汝大军，等 巴彦河套新区深井钻完井关键技术 石油钻采工艺，（）：彭金龙，李全双 抗高温低密度弹塑性水泥浆体系研究与应用 油气藏评价与开发，（）：胡晋军，张立丽，张耀，等 埕海油田大斜度井超短尾管固井技术 石油钻探技术，（）：赵德利，马锦明，李强，等 复杂井况下短轻尾管丢手技术研究与应用 石油矿场机械，（）：杨红歧，陈会年，邓天安，等 元坝气田超深探井小尾管防气窜固井技术 石油钻采工艺，（）：谭鹏，何思龙，李明印，等 库车坳陷超深层复杂气田钻完井技术 石油钻采工艺，（）：吴丰，谢煜华，王云，等 厚层状砂砾岩油藏优快钻井关键技术 石油钻采工艺，（）：杨洁，董波，郑义，等 川西气田二开长裸眼固井质量保障工艺 石油地质与工程，（）：张猛，贾永江，何德清，等 提高新苏 井固井质量工艺研究 石油地质与工程，（）：刘钰龙，刘小利，唐凯 厄瓜多尔 油田低压高渗小间隙尾管固井技术 复杂油气藏，（）：孟卫东，周代，杨少春，等 低承压区套管开窗侧钻井固井技术难点与对策 石油地质与工程，（）：（编辑李萍檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶）（上接第 页）均寿命 大幅提高。试验油井目前产液 ，产油 ，药剂管线井口注入压力 ，日注入量 ，各项参数运行稳定，取得了初步的成效，对于后期低渗油田电泵井的稳定开发有一定的借鉴意义。结论）海上 油田井筒结垢主要分为两种，一种是由于环境温度和提液后井筒压力大幅下降，打破平衡，在井筒中易析出碳酸钙垢；另一种是由于注入水携带硫酸盐还原菌，长期注水，油井受效后，携带硫酸盐还原菌产出，导致井筒电泵受到腐蚀，从而产生硫化亚铁垢。）通过药剂管线从地面向井下电泵吸入口连续注入复合阻垢剂，有效起到缓蚀阻垢作用，在 油田现场单井应用中延长了电泵机组使用寿命，取得了初步的效果，对于油田中高含水后期高效开发有一定的借鉴意义。参考文献 舒干，邓皓，王蓉沙 对油气田结垢的几个认识 石油与天然气化工，（）：陈霄，袁辉，廖云虎，等 注水井结垢趋势灰色关联分析 石油地质与工程，（）：王兵，李长俊，刘洪志，等 井筒结垢及除垢研究 石油矿场机械，（）：刘广昊 油田油水井腐蚀结垢因素分析及治理措施研究 东营：中国石油大学（华东），姚培正，包秀萍，郭丽梅，等 油田水阻垢剂的阻垢机理及其研究进展 杭州化工，（）：金明皇，李克华，赵磊 油田结垢与防治及其机理研究进展 化工技术与开发，（）：李伟超，吴晓东，刘平，等 油田用阻垢剂评价研究 钻采工艺，（）：高清河 强碱三元复合驱成垢及化学控制技术研究 大庆：东北石油大学，钟铮，陆原，李冬宁，等 海上某油田新型井下防垢剂的合成与性能评价 石油化工应用，（）：李琳 油井结垢原因及化学防垢剂的选用 化工设计通讯，（）：程利民，万小进，周泓宇，等 地层挤注防垢剂返排质量浓度预测模型 断块油气田，（）：（编辑蒲洪果）石 油 地 质 与 工 程 年第 期