塔里木油田大尺寸深井干法固井技术研究

第 38 卷
Vol. 38
第1 期
No. 1
钻
采
工
艺
DＲILLING ＆ PＲODUCTION TECHNOLOGY
· 23·
响情况下套管应能下至预定位置 。 2． 井眼净化 由于气体本身没有悬浮能力且携带能力差， 因 此通井过程中应加强井筒内的砂屑清扫和对大的井 可采取短起下钻方式探砂 壁掉块进行碎化后清除， 面和反复吹扫井筒， 以确保下套管前井眼得到充分 的清洁净化。判断井眼净化程度可根据立压参数和 通过在排砂管线上一定位置处安装压力传感器来判 断。通井过程中若出现环空净化不良， 环空内上返 流体当量密度将升高， 会增大循环系统的负荷， 进而 造成气体注入口压力异常变化； 同时会有堵塞环空 现象， 排砂管压力相应也出现异常变化 。 3． 下套管技术 塔里木油田某井三开井眼尺寸 431. 8 mm， 井 下入 365． 13 mm + 374． 65 mm 套管， 深 3 602 m， 主要难点： 井深、 套管尺寸大、 钻机负荷较大， 裸眼段 长。如何使套管顺利下到设计井深是本井一大难 因此开展了前期的论证和校核。 点， 3. 1 下套管遇卡时允许的最大上提力 下套管时最上一根套管是最薄弱点， 考虑上提 力不超过其抗拉强度的 80% 为 914． 5 t， 同时考虑井 架动载荷 675 t， 除去管串悬重 502 t， 其上提剩余拉 173 t 。 力为 3. 2 下套管遇阻卡时允许最大下压力 下套管遇阻时， 作用在管串上的下压力不超过
为 1 120 t， 因此， 在受到纯拉伸载荷的情况下， 套管 的连接强度是足够的。 3. 4 坐卡时接箍是否变形论证 接箍坐在卡瓦上， 接箍的承载端面满足套管串
自重就可以， 也属于单一载荷， 因此接箍是安全的。 3. 5 卡瓦吃入对本体强度影响的论证 卡瓦的牙齿吃入管壁后， 管子的有效壁厚依然 大于名义壁厚的 0． 875 ， 所以牙痕对管子强度的影 响有限。影响强度的主要是卡瓦对管子施加的载 这与卡瓦的材料、 摩擦系数有关。 荷，
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采
工
艺
2015 年 1 月
Jan． 2015
· 22·
钻井工艺
DＲILLING ＆ PＲODUCTION TECHNOLOGY
塔里木油田大尺寸深井干法固井技术研究
1 1 1 王延民 ，李晓春 ，周玉良 ，李
皋
2， 3
（ 1 中国石油塔里木油田分公司 2“油气藏地质及开发工程” 国家重点实验室 3 西南石油大学）
· 24· 稳定井壁。
DＲILLING ＆ PＲODUCTION TECHNOLOGY
表3 序号 1 2 标准 0． 00% ～ 20． 00% 20． 00% ～ 40． 00%
固井质量 厚度 / m 3542 60 比例 98． 33% 1． 67% 结论 优 中
三、 结论与建议
图1 左侧为常规水泥浆， 右侧为干法固井水泥浆 表2 水泥浆类型 干法固井水泥浆 净浆 干法固井水泥浆 净浆 水泥浆堵漏评价
各自 允 许 最 大 下 压 力， 否 则 可 能 压 坏 管 串。 对 374． 65 mm × TP140V × 18． 65 × B 套管允许最大下
表1
3 设计密度： 1． 85 g / cm
水泥浆性能室内试验 温度： 65℃ 处理剂名称及加量 FS － 13L 1． 0% FS － 33L 0． 7% DF － A 0． 2% FS － 13L 1． 0% FS － 33L 0． 7% FS － 23L 4% DF － A 0． 2% 密度 析水 流动度 压力： 30 MPa 稠化 失水 强度
一、 干井筒下套管关键技术措施
1． 通井钻具组合 通井的主要目的是扩划井壁、 破除台肩、 消除井
收稿日期： 2014 － 06 － 25 ； 修回日期： 2015 － 01 － 06
“塔里木盆地库车前陆冲断带油气开发示范工程” （ 2011ZX05046 ） 部分研究内容。 基金项目： 国家重大科技专项大型油气田及煤层气开发 作者简介： 王延民（ 1968 － ） ， 高级工程师， 在塔里木油田库车勘探开发项目经理部主要从事钻井 、 固井方面的研究与生产工作。 地址： （ 841000 ） 新疆巴州库尔勒市石化大道塔指黄楼 C509 室， E － mail： xjwymkel@ 163． com 电话： 15276261572 ，
参考文献 ［ 1］ 苗锡庆，张进双， 苏长明， 等． 气体钻井转换钻井液井 ， 32 （ 5 ） ： 100 － 石油钻探技术，2008 ， 壁稳定技术［J ］ 103． ［ 2］ 冯学荣， 贾兴明， 周华安， 等． 川东北地区气体钻进后 ． 钻井液与完井液， 2006 ， 23 的钻井液技术及应用［J］ （ 5 ） ： 18 － 20． ［ 3］ 王亮， 吴正权， 杨兰平， 等． 川东地区高峰场区块气体 J］ ． 天然气工业，2011 ，31 钻井后的钻井液转换工艺［ （ 3 ） ： 59 － 62． ［ 4］ 叶文超， 曾李， 梁伟． 普光气田气体钻井钻井液转换技 J］ ． 钻采工艺， 2010 ， 33 （ 3 ） ： 122 － 124． 术［ ［ 5］ 赖尉， 何兴华，黄晓琳， 等． 普光 105 － 2 井空气钻井 ． 钻 井 液 与 完 井 液， 2010 ， 27 后钻井 液 替 入 技 术［J］ （ 4 ） ： 90 － 92． ［ 6］ 肖新磊． 气体介质条件下固井技术在元陆 5 井的应用 ［ J］ ． 中国石油和化工标准与质量， 2012 （ 7 ） ： 66 － 68． ［ 7］ 刘广熙， 张学亮， 陈道元， 等． 井筒无钻井液固井技术 ［ J］ ． 石油钻采工艺， 2011 ， 33 （ 4 ） ： 38 － 41． ［ 8］ 石建刚， 陈一健， 谢双喜． 气体钻井井眼净化程度判断 J］ ， 2008 ， 30 （ 4 ） ： 5 － 7． 方法探讨［ 石油钻采工艺，
1． 85
0． 2
24
195
22
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1. 1
水泥浆防脱水造壁性能 用以干法固井水泥浆在砂床上基本不脱水， 仅
塌风险。图 1 是压力下与普通水泥浆体系脱水与进 用于干法固井水泥浆进入砂层有限且 入深度比较， 界面清晰， 而其它水泥浆体系进入砂层发生脱水 。 1. 2 水泥浆堵漏性能 将用于干法固井水泥浆中与净浆、 放入堵漏液 中测试， 结果见表 2 。 干法固井水泥浆有良好的堵 漏效果， 纤维水泥浆形成的井壁还可防止液体冲刷
53． 4 cm、 54． 4 井径分别为 52． 4 cm、 压力进行校核， cm， 215． 70 t、 212． 11 对应套管最大下压力 219． 41 t、 t； 对 365． 13 mm × TP110V × 13． 88 × B 套管允许最 53． 4 cm、 井径分别为 52． 4 cm、 大下压力进行校核， 54． 4 cm， 208． 72 t、 对应套管最大下压力 213． 41 t、 204． 23 t。 3. 3 高吨位条件下套管本体是否变形论证 整个套管串重量为 502 t， 井口套管的连接强度
2015 ， 38 （ 1 ） ： 22 － 24 李晓春等． 塔里木油田大尺寸深井干法固井技术研究 ． 钻采工艺， 摘 要： 空气钻井后常将空气转换为钻井液 ， 但这容易出现井壁不稳定 、 垮塌、 漏失等现象， 井壁易形成巨厚 虚滤饼致下套管困难和固井质量差 ， 此外， 大尺寸套管常规固井还存在顶替效率较差的情况 ， 以上因素最终导致固 井准备时间长和固井质量难以保证 。为配合空气钻井技术， 进一步节约钻井周期和钻井成本 ， 解决大尺寸套管固 井存在顶替效率较差的情况 ， 空气钻井后采用了干法固井工艺 ， 并根据塔里木油田干法固井尺寸大 、 井深的技术难 点与井下状态， 研究建立了干法固井水泥浆实验评价方法 ， 对干法固井下水泥浆性能进行评价和优选 ， 最终干法固 井取得了成功， 套管重量达 568 t， 固井深度达 3 602 m， 分别刷新了干法固井的深度及下套管重量 。 关键词： 干法固井； 空气钻井； 空井下套管
（ 1 ） 改进的干法固井水泥浆实验方法模拟干法 固井水泥浆在井下的实际状态。按此评价方法的研 不脱水、 在井下不胶凝、 制水泥浆具有良好流动性、 对温度密度不敏感， 施工安全、 有较强堵漏防漏能力 保证水泥浆的上返。 （ 2 ） 干法固井解决了空气钻井传化钻井液引起 的井壁不稳定、 漏失、 套管下放遇阻等系列复杂技术 问题， 而且实现接近 100% 优质固井质量。 （ 3 ） 干法固井技术的成功实施减少了钻井液配 置无处理稳定井眼井壁时间节约钻井周期 ， 不附加 水泥浆量， 减少了现场排污有利于环境保护 。 （ 4 ） 此次刷新了井深、 套管尺寸、 高吨位干法固 井的记录， 为国内实施干法固井第一井深， 形成了对 干法固井的新的补充。
二、 干井筒固井关键技术措施
1． 水泥浆性能要求与评价结果 本次电测未测井温， 本井 2 502 m 处电测井底 静止温度 48℃ ， 推算 3 600 m 处静止温度为 65℃ ， 设计本次正注水泥试验温度 65℃ 。 根据干法固井 研究建立干法固井水泥浆 的技术难点与井下状态， 实验评价 方 法， 对干法固井下水泥浆性能评价见 表 1。
DOI： 10． 3969 / J． ISSN． 1006 － 768X． 2015． 01． 06
空气钻井钻至设计井深后 ， 为了进行表层套管 ， 或技术套管固井 需要再替入水基钻井液 ， 这将面 临井壁水化失稳 、 巨厚虚滤饼等难题 ， 严重影响空 ［1 － 5 ］ 。 因此 ， 空气 气钻井达到缩短建井周期的效果 钻井完成后 ， 在不替入任何液体钻井液的情况下 ， 直接进 行 表 层 套 管 或 技 术 套 管 固 井 即 为 干 法 固 ［6 － 8 ］ 。 干法固井技术能解决常规固井技术顶替 井 效率差的技术瓶颈 ， 提高固井质量 、 缩短钻井周期 、 降低钻井成本 、 减少环境污染 、 加快勘探速度 。 塔 里木油田在博孜某井实施干法固井面临着深井 、 高 吨位的难题 ， 由此 ， 开展了相关下套管的论证和强 度校核 ； 采用具有强护壁的水泥浆体系 、 优化设计 了其流变性能 ， 并研究建立了干法固井水泥浆实验 评价方法 ； 固井工艺采用连续油管注水泥浆 ， 先正 注、 后多次反注 ， 最终圆满完成了大尺寸超长干井 眼条件下的固井作业 ， 套管尺寸 、 吨位 、 深度均刷新 ， 了干法固井的记录 固井质量创塔里木固井质量最 优纪录 。
水泥品种 （ 阿克苏 G 级： 填充剂 CEA － 1 ） ∶ 降失水剂 QS － 12S ∶ 5 mm 堵漏纤 = （ 100 ∶ 3 ） ∶ 1． 3 ∶ 0． 23 （ 正注）
1． 85
0． 2
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3ห้องสมุดไป่ตู้5
22
21． 8
（ 阿克苏 G 级： 填充剂 CEA － 1 ） ∶ 降失水剂 QS － 12S ∶ 5 mm 堵漏纤 = （ 100 ∶ 3 ） ∶ 1． 3 ∶ 0． 23 （ 反注）
壁阻点。通井钻具结构应通过计算下部钻柱和入井 无接箍套管的刚性， 对比分析其尺寸、 刚性和长度因 素。通井钻具结构主要是增大下部钻柱刚性， 钻头 之上增加大尺寸钻铤并加入相应外径较大的钻具扶 正器， 以大幅增大钻柱刚性， 并提供与井壁多个切 点。根据下入套管刚度， 结合空气钻井的钻具组合， 该井进行了三趟通井， 其中最后一趟通井钻具组合： 431. 8 mm 牙轮钻头 + 双母接头 + 228. 6 mm 浮阀 + 扶正器 + NC611 × NC770 + 279. 4 mm 钻铤 × 1 根 + NC771 × NC610 + 扶 正 器 + NC611 × NC770 + 279. 4 mm 钻铤 × 1 根 + NC771 × NC610 + 扶正器 + NC611 × NC770 + 279. 4 mm 钻铤 × 4 根 + NC771 × NC610 + 228. 6 mm 钻 铤 × 3 根 + NC611 × NC560 + 203. 2 mm 钻铤 × 14 根 + 203. 2 mm 随钻震击器 + 203. 2 mm 钻铤 × 3 根 + NC561 × NC520 + 139. 7 mm 加重钻杆 × 15 根 + 139. 7 mm 斜坡钻杆。 使用 279. 4 mm 钻铤 + 三扶满眼组合与套管 ［9 ］ 的刚度比 ： 2I L + 3I扶 L扶 m= 钻 钻 = 1 ． 135 I 套管 （ 2 L 钻 + 3 L 扶 ） 这说明， 钻铤的刚度大于套管刚度， 套管在井下 因此在不考虑其它因素的影 比该装具组合更柔软，
水泥浆即使失去 17% 水密度上升 5 个 造一层薄壁， 点， 稠化时间变化不大不影响施工安全。 水泥浆中 滤液侵入地层深度控制在 2 cm 内。采用颗粒搭配， 高分子聚合物类控制失水体系在高压差下一直向地 层渗滤导致厚滤饼引起环空间隙过小及增加井壁垮
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