论文部分内容阅读
[摘 要]随着元坝气田开发力度的加大，面临长封固段固井、安全压力窗口窄、固井漏失、套管下入困难、高温高压、防气窜、高含硫等固井难题，如何有效的提高元坝气田固井质量，迫切摆到了对元坝气田进行服务的固井施工队伍面前，通过对影响固井质量的因素进行分析，从井眼准备、水泥浆体系、固井工艺等方面入手进行了研究及应用，对稳步提高元坝气田固井质量具有重要意义。
[关键词]元坝气田 固井 旋转尾管
中图分类号： TE933 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）42-0381-01
序 言
随着我国经济的发展，对石油及天然气资源产生了巨大需求和依赖，为了保证国民经济对能源日益的需要，我国的天然气勘探在塔里木、鄂尔多斯和四川等盆地接连取得大的突破，发现了克拉2、苏里格、罗家寨等大型气田，启动了“西气东输”、陕京二线和忠武线等管道工程，天然气工业的发展跨上了新的台阶。尤其是元坝气田这一特大型天然气田的发现，将给国民经济的发展注入强大的动力，带来显著的经济效益和社会效益。
1、元坝气田概述
元坝气田位于四川省广元、南充、巴中境内，第一期探明天然气地质储量1592.53亿立方米，是迄今为止国内埋藏最深的海相大气田。元坝气田于2011年8月底正式开建，到年底日产可达1000万立方米以上。在“十二五”期间，有望形成34亿立方米以上的年生产能力。在如何高效开发的方面仍然需要面对许多难题。碳酸盐岩储层裂缝发育、产层多压力系统、同一裸眼井段压力系数相差悬殊，井漏等复杂事故常发生。研究区域性地质特点，采取一定的井身结构、相关水泥浆体系、及一定固井工艺措施对储层保护提高固井质量是十分必要的。
2、影响元坝气田固井质量难点分析
元坝探区地质条件复杂，给固井工作带来了众多的技术难题，主要难点是“三高一低、一小一长、两厚一大”。“三高一低”是“高温、高压、高含硫化氢和二氧化碳”以及“部分层位承压能力低”，导致固井防窜、防漏难度大。“一小一长”是部分开次“套管的环空间隙小、封固的裸眼长”，同时，多套压力体系共存，浆柱结构复杂，固井灰量大，施工时间长，对设备机具条件要求高。“两厚一大”主要是大剂量的堵漏材料在井壁形成的“厚泥饼”和嘉陵江组“厚盐层”以及“长封固段的领、尾浆的大温差”，使套管同时满足抗腐蚀和抗盐层蠕动的难度大，能同时满足底部和顶部强度要求的水泥浆技术难度也大。这些难点的综合存在，导致元坝探区综合固井合格率一直不高。
3、提高顶替效率的相关措施
3.1 提高地层承压能力，使得在注替过程中尽量达到紊流顶替
提高顶替效率的前提是确保井下正常，尤其是在注替过程中不能发生漏失，但根据元坝二开及三开钻井情况，为有效防止井漏，提高顶替效率，在开发初期采用的静态承压方式，进行模拟固井施工的最高泵压，来判断井下的漏失情况，效果不尽人意。后来逐步采用动态承压方式，解决了固井过程尤其是替浆过程的井漏。
首先在下套管前，井队按固井设计中所要求的动态压力当量密度对地层进行承压试验，然后在施工过程中，尽量使用稳流顶替。目前该种实验方法在元坝气田达成共识，有效的降低了固井施工过程中的井漏，为提高顶替效率创造了良好的基础。
3.2 优选合理的水泥浆体系
水泥浆体系稳定是安全施工、候凝过程压稳、形成优质水泥环的重要物质基础。目前，主要考核指标为失水、析水和浆体稳定性。失水、析水、密度差越小，体系越稳定。其中，浆体的流变性可影响平衡注水泥设计、安全施工、顶替流速、流态以及最终的顶替效率。在固井施工结束后，要求水泥浆具有适当的防窜能力，既有利于在候凝过程中压稳地层流体、防止地层流体侵入环空、发生地层流体环空窜槽，又有利干降低体系的成本。
产层固井水泥浆体系也由多家服务厂商逐步到三家，形成了成熟的体系。采用四川弘晟及欧美科公司防气窜水泥浆体系，根据地层承压能力的大小适当调整高密度段密度，密度从2.20-2.50g/cm3之间进行调整，加重剂也从粗铁矿粉慢慢向超细铁矿粉进行了过渡，确保的高密度在井底的稳定性。
3.3 干法固井
干法固井是在采用气体钻井完成且没有向井筒内注入液相介质的井筒中下入套管并注水泥固井的施工作业，是气体钻井技术的补充、延伸。与常规固井方法相比，该固井技术不需要转换钻井液，可操作性强，风险低，可以有效解决常规固井中憋堵、漏失、顶替效率难以保证、套管挤毁等难题，缩短钻井周期，减少环境污染，加快勘探速度。
3.4 选择适合的冲洗液和隔离液
目前使用的冲洗液基本都是清水、配浆药水、或加有洗油作用的表面活性剂水，基本无粘切。虽然紊流稀释效果好，但其弊端也显而易见：密度低，降低液柱压力，易诱发窜流；使井壁失稳、泥浆水泥浆沉降，施工安全存在隐患。
针对此问题，我们与欧美科公司合作研究了提高顶替效率的新技术-复合前置液技术。新技术的特点是前置液都可进行加重、抗温达160℃不沉淀；核心是前置液中加入以含多种表面活性剂OCW-1L为主的1至3种外加剂，使前置液具有防塌、洗油、自身易被清除性能。
冲洗液与隔离液区分以在施工的环空返速下紊流和有效层流来区分。在使用中采用紊流-有效层流-紊流交替顶替的方式。前置液性能根据具体井况井径、泥浆密度与流变性能、水泥浆密度与流变性能进行具体设计。按以下原则进行调整隔离液和泥浆的流变性能与密度来达到泥浆能被前置液顶替而前置液被水泥浆顶替的目的。
3.5 固井前泥浆性能的调整
泥浆性能的好坏直接影响到固井质量。如果泥浆粘度很大，很难顶替干净，将会造成窜槽，影响水泥胶结强度。失水量大，会形成厚而松散的泥饼，在水泥浆候凝过程中，水泥水化反应将从与其接触的泥饼中吸收水分，使原来为水饱和的泥饼收缩，干裂直至脱落。这是造成固井质量不好的一个原因。该井在固井前泥浆进行维护。
针对地层的易漏问题，可以随钻在钻井液中加入堵漏剂，循环时使堵漏材料和较小的岩屑以及钻井液的固相颗粒在液柱压差作用下挤入岩石孔隙中，在井壁周围形成屏蔽层，从而提高地层承压压力。下套管通井前，应对地层进行动态承压试验；如果泥浆粘度很大，很难顶替干净，将会造成窜槽，影响水泥胶结强度。
4 提高顶替效率的辅助措施
4.1 固井前的准备
（1）采用钻井时钻具组合进行通井，下钻遇阻卡后进行短起下划眼，确保井眼畅通无阻卡，并记录好遇阻卡井深，为下套管作业提出警示；
（2）下至井底后，小排量开泵，同时转动钻具，破坏泥浆静切力，防止井漏。正常后逐步增加至钻井排量循环通井2周，直到泥浆振动筛无砂子，保证井下干净。控制起下钻速度，防止压力波动引起井眼坍塌。
4.2 科学施工
（1）在注水泥前，先注入一定数量的低粘切的先导浆，在环空中形成足够长度，其目的：一是粘切小，流动性好，易达到紊流，从而提高顶替效率；二是稀释部分钻井液，冲洗蔬松泥饼，利于顶替。
（2）封固段长，灰量大，在注水泥结束后，采用重泥浆顶替，降低施工压力，保证施工安全。
5 结论
1） 保证井身质量和套管居中是提高注水泥顶替效率的主要因素，一般井套管居中度要求在67%以上，而小井眼要求更为严格，应在85%以上。
2） 钻井液的触变性对水泥浆顶替效率有明显的影响，在固井时应尽量减小钻井液10 min的静切力，应在2Pa以下。为提高小井眼注水泥流变学的设计精度，在测量和计算水泥浆流变参数时，应采用剪切速率1000 S-1和相关的数据进行计算，并要考虑液体流变性能对剪切速率的影响。
[关键词]元坝气田 固井 旋转尾管
中图分类号： TE933 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）42-0381-01
序 言
随着我国经济的发展，对石油及天然气资源产生了巨大需求和依赖，为了保证国民经济对能源日益的需要，我国的天然气勘探在塔里木、鄂尔多斯和四川等盆地接连取得大的突破，发现了克拉2、苏里格、罗家寨等大型气田，启动了“西气东输”、陕京二线和忠武线等管道工程，天然气工业的发展跨上了新的台阶。尤其是元坝气田这一特大型天然气田的发现，将给国民经济的发展注入强大的动力，带来显著的经济效益和社会效益。
1、元坝气田概述
元坝气田位于四川省广元、南充、巴中境内，第一期探明天然气地质储量1592.53亿立方米，是迄今为止国内埋藏最深的海相大气田。元坝气田于2011年8月底正式开建，到年底日产可达1000万立方米以上。在“十二五”期间，有望形成34亿立方米以上的年生产能力。在如何高效开发的方面仍然需要面对许多难题。碳酸盐岩储层裂缝发育、产层多压力系统、同一裸眼井段压力系数相差悬殊，井漏等复杂事故常发生。研究区域性地质特点，采取一定的井身结构、相关水泥浆体系、及一定固井工艺措施对储层保护提高固井质量是十分必要的。
2、影响元坝气田固井质量难点分析
元坝探区地质条件复杂，给固井工作带来了众多的技术难题，主要难点是“三高一低、一小一长、两厚一大”。“三高一低”是“高温、高压、高含硫化氢和二氧化碳”以及“部分层位承压能力低”，导致固井防窜、防漏难度大。“一小一长”是部分开次“套管的环空间隙小、封固的裸眼长”，同时，多套压力体系共存，浆柱结构复杂，固井灰量大，施工时间长，对设备机具条件要求高。“两厚一大”主要是大剂量的堵漏材料在井壁形成的“厚泥饼”和嘉陵江组“厚盐层”以及“长封固段的领、尾浆的大温差”，使套管同时满足抗腐蚀和抗盐层蠕动的难度大，能同时满足底部和顶部强度要求的水泥浆技术难度也大。这些难点的综合存在，导致元坝探区综合固井合格率一直不高。
3、提高顶替效率的相关措施
3.1 提高地层承压能力，使得在注替过程中尽量达到紊流顶替
提高顶替效率的前提是确保井下正常，尤其是在注替过程中不能发生漏失，但根据元坝二开及三开钻井情况，为有效防止井漏，提高顶替效率，在开发初期采用的静态承压方式，进行模拟固井施工的最高泵压，来判断井下的漏失情况，效果不尽人意。后来逐步采用动态承压方式，解决了固井过程尤其是替浆过程的井漏。
首先在下套管前，井队按固井设计中所要求的动态压力当量密度对地层进行承压试验，然后在施工过程中，尽量使用稳流顶替。目前该种实验方法在元坝气田达成共识，有效的降低了固井施工过程中的井漏，为提高顶替效率创造了良好的基础。
3.2 优选合理的水泥浆体系
水泥浆体系稳定是安全施工、候凝过程压稳、形成优质水泥环的重要物质基础。目前，主要考核指标为失水、析水和浆体稳定性。失水、析水、密度差越小，体系越稳定。其中，浆体的流变性可影响平衡注水泥设计、安全施工、顶替流速、流态以及最终的顶替效率。在固井施工结束后，要求水泥浆具有适当的防窜能力，既有利于在候凝过程中压稳地层流体、防止地层流体侵入环空、发生地层流体环空窜槽，又有利干降低体系的成本。
产层固井水泥浆体系也由多家服务厂商逐步到三家，形成了成熟的体系。采用四川弘晟及欧美科公司防气窜水泥浆体系，根据地层承压能力的大小适当调整高密度段密度，密度从2.20-2.50g/cm3之间进行调整，加重剂也从粗铁矿粉慢慢向超细铁矿粉进行了过渡，确保的高密度在井底的稳定性。
3.3 干法固井
干法固井是在采用气体钻井完成且没有向井筒内注入液相介质的井筒中下入套管并注水泥固井的施工作业，是气体钻井技术的补充、延伸。与常规固井方法相比，该固井技术不需要转换钻井液，可操作性强，风险低，可以有效解决常规固井中憋堵、漏失、顶替效率难以保证、套管挤毁等难题，缩短钻井周期，减少环境污染，加快勘探速度。
3.4 选择适合的冲洗液和隔离液
目前使用的冲洗液基本都是清水、配浆药水、或加有洗油作用的表面活性剂水，基本无粘切。虽然紊流稀释效果好，但其弊端也显而易见：密度低，降低液柱压力，易诱发窜流；使井壁失稳、泥浆水泥浆沉降，施工安全存在隐患。
针对此问题，我们与欧美科公司合作研究了提高顶替效率的新技术-复合前置液技术。新技术的特点是前置液都可进行加重、抗温达160℃不沉淀；核心是前置液中加入以含多种表面活性剂OCW-1L为主的1至3种外加剂，使前置液具有防塌、洗油、自身易被清除性能。
冲洗液与隔离液区分以在施工的环空返速下紊流和有效层流来区分。在使用中采用紊流-有效层流-紊流交替顶替的方式。前置液性能根据具体井况井径、泥浆密度与流变性能、水泥浆密度与流变性能进行具体设计。按以下原则进行调整隔离液和泥浆的流变性能与密度来达到泥浆能被前置液顶替而前置液被水泥浆顶替的目的。
3.5 固井前泥浆性能的调整
泥浆性能的好坏直接影响到固井质量。如果泥浆粘度很大，很难顶替干净，将会造成窜槽，影响水泥胶结强度。失水量大，会形成厚而松散的泥饼，在水泥浆候凝过程中，水泥水化反应将从与其接触的泥饼中吸收水分，使原来为水饱和的泥饼收缩，干裂直至脱落。这是造成固井质量不好的一个原因。该井在固井前泥浆进行维护。
针对地层的易漏问题，可以随钻在钻井液中加入堵漏剂，循环时使堵漏材料和较小的岩屑以及钻井液的固相颗粒在液柱压差作用下挤入岩石孔隙中，在井壁周围形成屏蔽层，从而提高地层承压压力。下套管通井前，应对地层进行动态承压试验；如果泥浆粘度很大，很难顶替干净，将会造成窜槽，影响水泥胶结强度。
4 提高顶替效率的辅助措施
4.1 固井前的准备
（1）采用钻井时钻具组合进行通井，下钻遇阻卡后进行短起下划眼，确保井眼畅通无阻卡，并记录好遇阻卡井深，为下套管作业提出警示；
（2）下至井底后，小排量开泵，同时转动钻具，破坏泥浆静切力，防止井漏。正常后逐步增加至钻井排量循环通井2周，直到泥浆振动筛无砂子，保证井下干净。控制起下钻速度，防止压力波动引起井眼坍塌。
4.2 科学施工
（1）在注水泥前，先注入一定数量的低粘切的先导浆，在环空中形成足够长度，其目的：一是粘切小，流动性好，易达到紊流，从而提高顶替效率；二是稀释部分钻井液，冲洗蔬松泥饼，利于顶替。
（2）封固段长，灰量大，在注水泥结束后，采用重泥浆顶替，降低施工压力，保证施工安全。
5 结论
1） 保证井身质量和套管居中是提高注水泥顶替效率的主要因素，一般井套管居中度要求在67%以上，而小井眼要求更为严格，应在85%以上。
2） 钻井液的触变性对水泥浆顶替效率有明显的影响，在固井时应尽量减小钻井液10 min的静切力，应在2Pa以下。为提高小井眼注水泥流变学的设计精度，在测量和计算水泥浆流变参数时，应采用剪切速率1000 S-1和相关的数据进行计算，并要考虑液体流变性能对剪切速率的影响。