水泥环密封改造与固井技术展望报告(齐奉忠)48页PPT
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第7页
井数，口
井数，口
10MPa以内 5
技术套管起压井数
10~20MPa
20~30MPa
4
3
2
1
0
迪那2
吉拉克
英买力
牙哈
30MPa以上
克拉2
生产套管起压井数
10MPa以内 12
10~20MPa
20~30MPa
30MPa以上
10
8Байду номын сангаас
6
4
2
0
迪那2
吉拉克
英买力
牙哈
克拉2
一、提高水泥环完整性的重要性
2、非常规天然气密封要求高
环空带压与井的生产寿命紧密相关 ，老井更易带压，一口井15年可测 量出来的带压（一层或几层套管带 压）可能性大约为50%。环空带压 可以存在于任何时期
一、提高水泥环完整性的重要性
1、复杂天然气井易引起环空密封失效
川渝地区、塔里木油田、松辽盆地深层天然气环空带压问题突出
克拉2、迪那2等气田已经出现90多口井生产 套管起压，2019年，克拉2气田投入生产的14 口井中，有12口井生产套管带压 川东北气矿38口高含硫气井中有10口井口环 空带压 大庆徐深10、901井等5口井也存在井口环空 带压现象
严重影响天然气井生产和安全，缩短天然气井寿命
第5页
一、提高水泥环完整性的重要性
在墨西哥湾的OCS地区，大约有 15500口井，有6692口井、大约43%的 井至少有一层套管带压
墨西哥湾OCS地区气井随着时间增加环空带压的情况
美国矿产管理服务机构统计
第6页
有10153个套管环空带压，47.1%属 于生产套管带压，26.2% 表层套管 带压，16.3%的技术套管带压， 10.4%的导管带压
致密气、页岩气等勘探开发需要 对储层进行大型酸化压裂改造
常规水泥环封隔质量难以保证 需要优化水泥石力学性能
第8页
国内拥有非常丰富的页岩气资源， 主要盆地和地区页岩气资源量约 为15万亿～30万亿立方米，与美 国28.3万亿立方米大致相当
一、提高水泥环完整性的重要性
3、酸性气藏分布广泛
区 块
井号
报告提纲
一、提高水泥环完整性的重要性 二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素 三、提高水泥环完整性的措施探讨 四、保证水泥环密封性未来主要发展方向
第1页
一、提高水泥环完整性的重要性
固井的主要目的
保护生产管柱和封堵相邻的油、气、水层，固井水泥凝固后形成一个纵向上的水力 封隔系统，因此必须在整个油气井寿命期间及报废之后都能实现有效的层间封隔
第2页
一、提高水泥环完整性的重要性
特
力学稳定性
定
水泥环完整性不受破坏，抗压强度不衰退
环
体积稳定性
境
条
水泥环体积不发生变化，不出现体积收缩或后期过度膨胀
件
应力稳定性
下
在井下载荷条件下具有较好的交变应力承载能力
的
长
温度稳定性
期
在井下温度变化环境中具有较好的温度适应能力
耐
久
腐蚀环境下的稳定性
性
28.4
8.9
0.00
23.8
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0.00
22.5
5.7
0.00
25.2
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0.01
4.5
14.0
0.00
25.0
13.8
0.00
24.2
8.0
0.058
2008-9-9 2008-12-18
储气库安全运行至少50年
板808/828地下储气库井环空带压测试结果
井号
库 5-1 库 5-2 库 5-3 库 5-4 库 5-5 库 5-6 库 5-7 库 5-8 库 6-1 库 6-2 库 6-3 库 6-4 库 6-5 库 6-6
油压，MPa 油套压，MPa 套管间压力，MPa
CH4
92.26 95.23 72.142 93.746 92.646 94.029 8.939 96.36 53.354 87.353 92.840 62.10
C2H6
2.23 2.27 1.838 1.482 1.465 0.860 0.155 1.981 0.637 1.709 1.048 0.684
在井下腐蚀环境具有较强的抗腐蚀能力
能
关键：水泥环的长期耐久性要满足后期作业及开发生产需求
一、提高水泥环完整性的重要性
勘探开发目标趋于复杂
复杂深井
复杂天然气井
非常规天然气
酸性油气藏 储气库（枯竭气藏、盐穴） 海外复杂油气勘探开发
天然气产量发展目标（亿方）
1500
1215
1500
1000 737
已建成或部分建成的储气库：大港、华北、 刘庄、金坛盐穴储气库
周期性注采作业
在建或准备建的储气库：新疆呼图壁、重 庆相国寺、长庆、辽河等
水泥环应力变化大 对水泥石的力学性能要求更高
35
30
25
20
15
10
5
0 2006-7-2 2006-10-10 2007-1-18 2007-4-28 2007-8-6 2007-11-14 2008-2-22 2008-6-1
C3H8
0.38 0.40 0.487 0.136 0.119 0.060
0.289
0.592 0.054
IC4H10
0.1 0.11 0.062 0.015 0.012
0.028 0.022 0.184 0.016
N2
2.03 0.40 1.250 1.392 3.280 3.860 0.569 0.813 0.555 3.047 5.131 2.635
CO2
2.16 1.23 23.798 3.104 2.413 1.191 90.34 0.346 45.200 6.580 0.910 34.57
2019年11月对大庆徐深1井2000米处样品进行了检测，结果 表明发生了CO2腐蚀，腐蚀深度1个月左右达到3mm
第9页
一、提高水泥环完整性的重要性
4、储气库建设发展迅速
松辽盆地
徐深1
徐
家
徐深6
围
子
徐深8
川渝地区等
升深201
升 平
升深202
海外部分区块
升深203
芳深9-1
宋
芳
芳深10
屯
酸性气体对水泥石产生腐蚀，
芳深701
可能破坏水泥环密封完整性
汪905
安 达
汪深101
达深2
相对密度
0.605 0.5860 0.8109 0.6000 0.6005 0.5867 1.438 0.5753 1.0007 0.6535 0.5903 0.9056
500
0 2010年
2015年
2020年
更容易引起水泥环密封失效，带来严重危害。水泥环密封完整性 需要深化机理和材料研究，确保天然气的安全开采
第4页
一、提高水泥环完整性的重要性
水泥环密封失效带来巨大问题
环空带压和气窜——美国墨西哥湾最为典型 油气井报废—造成严重经济损失 修井作业—成本高、危险性大、成功率低
井数，口
井数，口
10MPa以内 5
技术套管起压井数
10~20MPa
20~30MPa
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迪那2
吉拉克
英买力
牙哈
30MPa以上
克拉2
生产套管起压井数
10MPa以内 12
10~20MPa
20~30MPa
30MPa以上
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迪那2
吉拉克
英买力
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克拉2
一、提高水泥环完整性的重要性
2、非常规天然气密封要求高
环空带压与井的生产寿命紧密相关 ，老井更易带压，一口井15年可测 量出来的带压（一层或几层套管带 压）可能性大约为50%。环空带压 可以存在于任何时期
一、提高水泥环完整性的重要性
1、复杂天然气井易引起环空密封失效
川渝地区、塔里木油田、松辽盆地深层天然气环空带压问题突出
克拉2、迪那2等气田已经出现90多口井生产 套管起压，2019年，克拉2气田投入生产的14 口井中，有12口井生产套管带压 川东北气矿38口高含硫气井中有10口井口环 空带压 大庆徐深10、901井等5口井也存在井口环空 带压现象
严重影响天然气井生产和安全，缩短天然气井寿命
第5页
一、提高水泥环完整性的重要性
在墨西哥湾的OCS地区，大约有 15500口井，有6692口井、大约43%的 井至少有一层套管带压
墨西哥湾OCS地区气井随着时间增加环空带压的情况
美国矿产管理服务机构统计
第6页
有10153个套管环空带压，47.1%属 于生产套管带压，26.2% 表层套管 带压，16.3%的技术套管带压， 10.4%的导管带压
致密气、页岩气等勘探开发需要 对储层进行大型酸化压裂改造
常规水泥环封隔质量难以保证 需要优化水泥石力学性能
第8页
国内拥有非常丰富的页岩气资源， 主要盆地和地区页岩气资源量约 为15万亿～30万亿立方米，与美 国28.3万亿立方米大致相当
一、提高水泥环完整性的重要性
3、酸性气藏分布广泛
区 块
井号
报告提纲
一、提高水泥环完整性的重要性 二、水泥环密封失效的原因分析及影响因素 三、提高水泥环完整性的措施探讨 四、保证水泥环密封性未来主要发展方向
第1页
一、提高水泥环完整性的重要性
固井的主要目的
保护生产管柱和封堵相邻的油、气、水层，固井水泥凝固后形成一个纵向上的水力 封隔系统，因此必须在整个油气井寿命期间及报废之后都能实现有效的层间封隔
第2页
一、提高水泥环完整性的重要性
特
力学稳定性
定
水泥环完整性不受破坏，抗压强度不衰退
环
体积稳定性
境
条
水泥环体积不发生变化，不出现体积收缩或后期过度膨胀
件
应力稳定性
下
在井下载荷条件下具有较好的交变应力承载能力
的
长
温度稳定性
期
在井下温度变化环境中具有较好的温度适应能力
耐
久
腐蚀环境下的稳定性
性
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0.058
2008-9-9 2008-12-18
储气库安全运行至少50年
板808/828地下储气库井环空带压测试结果
井号
库 5-1 库 5-2 库 5-3 库 5-4 库 5-5 库 5-6 库 5-7 库 5-8 库 6-1 库 6-2 库 6-3 库 6-4 库 6-5 库 6-6
油压，MPa 油套压，MPa 套管间压力，MPa
CH4
92.26 95.23 72.142 93.746 92.646 94.029 8.939 96.36 53.354 87.353 92.840 62.10
C2H6
2.23 2.27 1.838 1.482 1.465 0.860 0.155 1.981 0.637 1.709 1.048 0.684
在井下腐蚀环境具有较强的抗腐蚀能力
能
关键：水泥环的长期耐久性要满足后期作业及开发生产需求
一、提高水泥环完整性的重要性
勘探开发目标趋于复杂
复杂深井
复杂天然气井
非常规天然气
酸性油气藏 储气库（枯竭气藏、盐穴） 海外复杂油气勘探开发
天然气产量发展目标（亿方）
1500
1215
1500
1000 737
已建成或部分建成的储气库：大港、华北、 刘庄、金坛盐穴储气库
周期性注采作业
在建或准备建的储气库：新疆呼图壁、重 庆相国寺、长庆、辽河等
水泥环应力变化大 对水泥石的力学性能要求更高
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C3H8
0.38 0.40 0.487 0.136 0.119 0.060
0.289
0.592 0.054
IC4H10
0.1 0.11 0.062 0.015 0.012
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N2
2.03 0.40 1.250 1.392 3.280 3.860 0.569 0.813 0.555 3.047 5.131 2.635
CO2
2.16 1.23 23.798 3.104 2.413 1.191 90.34 0.346 45.200 6.580 0.910 34.57
2019年11月对大庆徐深1井2000米处样品进行了检测，结果 表明发生了CO2腐蚀，腐蚀深度1个月左右达到3mm
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一、提高水泥环完整性的重要性
4、储气库建设发展迅速
松辽盆地
徐深1
徐
家
徐深6
围
子
徐深8
川渝地区等
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升 平
升深202
海外部分区块
升深203
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宋
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酸性气体对水泥石产生腐蚀，
芳深701
可能破坏水泥环密封完整性
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安 达
汪深101
达深2
相对密度
0.605 0.5860 0.8109 0.6000 0.6005 0.5867 1.438 0.5753 1.0007 0.6535 0.5903 0.9056
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2015年
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更容易引起水泥环密封失效，带来严重危害。水泥环密封完整性 需要深化机理和材料研究，确保天然气的安全开采
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一、提高水泥环完整性的重要性
水泥环密封失效带来巨大问题
环空带压和气窜——美国墨西哥湾最为典型 油气井报废—造成严重经济损失 修井作业—成本高、危险性大、成功率低