复杂深井尾管固井及回接技术实践

( 3) 水泥浆体系设计 根据该井固井要求, 经大量室内试验, 得到水泥 浆配方为天山 G 级中抗硫水泥+ 1. 0% RC800+ 0. 7% USZ+ 0. 3% T W- 200R。水泥浆性能和密度波动试 验结果, 见表 1 和表 2。 由表中数据可以看到: 水泥浆各项性能满足该
表 1 水泥浆基本性能表
鄯科 1 井是位于吐哈盆地台北凹陷鄯善弧形构 造带的一口科学探索井, 目的层为侏罗系、二叠系和 三叠系。该井实钻井身结构为 508 mm 表层套管
301. 18 m+ 339. 7 m m 技术套管 2704. 60 m + 244. 5 m 技术套管 4643. 04 m+ 139. 7 mm 尾管 ( 4400. 57~ 5495. 32 m) 。依据我国固井工艺 水平和技术条件[ 1] , 该井无疑属超深井固井范畴, 使 本已很难的尾管固井变得更加困难。此外, 该井原 钻机试油过程中发现井深 750 m 处的 244. 5 mm 技术套管被磨穿而导致油气水窜出地面, 要求回接
该井施工压力校核结果表明: 该井尾管固井环空 当量密度为 1. 55 g/ cm3, 小于裸眼段最小破裂压力 1. 66 g/ cm3, 故施工安全; 该井水泥浆失重后环空当量
密度为 1. 20 g/ cm3, 大于地层孔隙压力, 故水泥浆失
重后应不会发生溢流或井喷。
( 5) 辅助措施
为 了降 低固 井施 工压 力, 需配 备密 度为 1. 35 g/ cm3 左右的钻井液 60~ 80 m3 。
0. 13
0. 72
0. 04
0. 65
0. 48
105 、84 M Pa 下 稠化时间( min)
1 86 1 61 1 55
井尾管固井要求; 施工密度应控制在 1. 85~ 1. 95 g/ cm3 范围之内为宜。
( 4) 施工压力校核 1) 井漏校核。固井环空当量密度过大会导致地
层破裂, 环空失返, 严重影响固井质量, 污染油层, 还
第 26 卷第 3 期
天然气工业
钻井工程
复杂深井尾管固井及回接技术实践*
顾 军1 陈怀龙2 高兴原3 杨昌龙4 冷如波5
( 1. 中国地质大学资源学院 武汉 2. 中国石油天然气勘探开发公司 3. 吉林油田钻井 技术服务公司 4. 吐哈石油勘探开发指挥部 5. 上海交通大学)
顾军等. 复杂深井尾管固井及回接技术实践. 天然气工业, 2006, 26( 3) : 65 67. 摘 要 尾管悬挂固井是一种工程经济效益较高、注 水泥环空阻力较低且有利于改善 套管柱轴 向设计和再 钻 进水 力条件的固井方法, 常常应用于深井超深井的 固井作业 。鄯科 1 井是一 口科学 探索井, 完井 尾管具 有井径 极 不规 则( 实测井径扩大率最大为 139. 82% , 最小为- 6. 02% ) 、施工压力高( 15~ 20 M P a) 、封固段 长( 考虑水泥余 量 的情况下封固 段可长达 1500 m) 和尾管回接固井要求封固 两头且不使 用分级注 水泥等难点。 文章针对固 井难点, 总结出一套适 用于复杂深井尾管及其回接固井的优化设计关键技术, 它主要包括管串选 择、套 管扶正器加 法、水 泥 浆体 系优选、施工压力校核和配套工艺措施。实践证明, 这些技术对类似井的固井作业具有实际的参考价值。 主题词 固井 复杂深井 尾管 回接 注水泥
139. 7 mm 尾管至井口, 并封固近井口段( 0~ 1000 m) 和近井底段( 2700~ 4400 m ) 环空。通过强化固 井设计和现场施工, 使尾管及其回接固井质量均达 到了设计要求。
来自百度文库一、固井难点分析
( 1) 尾管悬挂器处间隙小而导致防漏需要小排 量与质量需要大排量的矛盾, 即排量大了, 固井质量 好, 但易固井漏失, 影响施工安全; 排量小了, 有利于 防漏, 但易引起窜槽, 影响固井质量。
* 本文系中国石油天然气集团公司重点科技攻关项目( 编号: 960405 03) 成果。 作者 简介: 顾军, 1966 年生, 工学博士, 副教授, 研究生导师; 2005 年获中国石油大学( 北京) 博士后证 书, 从事 油气井工 程 的教学与 科研工作。地址: ( 430074) 湖北省武汉市洪山区鲁磨路 388 号。电话: ( 027) 63413533, 13071216858。E mail: g ujun. 2199@ ey ou. com
水泥浆密度( g/ cm3 )
井段( m)
容积( L / m) 配浆量( L/ 袋)
1. 85 1. 0 1. 90
0~ 1000 1000~ 2700 2700~ 4400
23. 5 23. 5 23. 5
40. 15 37. 92
用量( m3 )
30 40 60
T 上 = T 上注 + T 替液 + T 下注 + T 替浆 + T 倒 + T 附 ( 4)
经计算, 该井平衡液充填段长度取为 1700 m, 上 头 水泥封固的长 度为 1000 m, 下 头 水 泥长度为
1700 m。
( 2) 水泥量和平衡液量的计算
下头 水泥量和平衡液量的计算是固两头技术
的关键, 若用量过大, 则可能把 上头 水泥浆顶出环
空而不能有效地封固近井口段; 若用量过小, 则可能
密度 位置
( g/ cm3 )
API 失水
条件
失水量 ( mL)
稠化时间
条件
时间 ( min)
流变性
条件
n
井底 1. 90 93 、6. 9 M Pa 56 105 、84 M Pa 161 93 、0. 1 M Pa 0. 74 喇叭口 1. 90 90 、6. 9 M Pa 42 90 、62 M Pa 512 90 、0. 1 M Pa 0. 60
门时间, 一般取 5 min; T 附为施工附加时间, 一般取 60
~ 90 min; 经计算, 该井 T 上 为 200 min, T 下 为 149 min。
( 4) 水泥浆配方的优选
鉴于此次固井井深( 4400. 57 m) 与该井 244. 5 mm
技术套管下深( 4643. 04 m) 相近, 因此室内实验条件
可能引起环空堵塞等复杂事故。固井环空压力计算
公式为:
p 环 = p 液 + p 压耗
( 1)
式中: p 环 、p 液 分别为固井环空压力和环空液柱压力,
MPa; p 压耗 为环空循环压耗, 一般 p 压耗 = 0. 0015 H + 1. 2 MPa; H 为段长, m。
2) 失重校核。水泥浆凝固过程中结构力不断增
未把 上头 水泥浆顶至井口而使井口漏封。该井水
泥量和平衡液( 清水) 量计算结果见表 3。
( 3) 水泥浆稠化时间的计算
为了保证施工安全, 上头 和 下头 水泥浆的稠
化时间应满足下式:
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第 26 卷第 3 期
名称 上头 水泥 平衡液( 清水) 下头 水泥
天然气工业
钻井工程
表 3 水泥量和平衡液( 清水) 量计算结果表
( 4) 封固段长 1100 m, 考虑水泥余量的情况下封 固段可能长达 1500 m 左右, 存在固井漏失的可能。
( 5) 尾管回接固井要求封固两头, 同时又要求不 使用分级注水泥器, 以避免造成人为薄弱环节。
二、固井设计关键技术
1. 尾管固井 ( 1) 管串设计 该井设计 139. 7 mm 尾管悬挂器喇叭口位置为 4400. 57 m, 尾管长度 1094. 75 m, 重合段长 242. 47 m。 管串结构为方钻杆+ 127 mm 钻杆+ 送入接头+ 244. 5 mm 177. 8 mm 尾 管悬 挂器 + 177. 8 mm 139. 7 mm 转化接 头+ 139. 7 mmP110 9. 17 mm 套管串+ 球座+ 浮箍+ 1 根 P110 9. 17 mm 套管 + 浮箍+ 1 根 P110 9. 17 mm 套管+ 浮鞋。 ( 2) 套管扶正器设计 据该 井油 层分布 情况, 设 计使用 216 mm
个, 回接插头上部 3 根套管, 每根加 1 个套管扶正器;
井口下 3 根套管每根加 1 个套管扶正器, 其余套管扶
正器均匀加于封固段。
三、固井施工情况与效果
( 1) 尾管注水泥。注前置液 10 m3, 放回水检查单 流凡尔密封情况; 注领浆 4 m3 , 平均水泥浆密度 1. 50 ~ 1. 70 g/ cm3; 注主浆( 85 m3) , 平均水泥浆密度 1. 91 g/ cm3 ; 替浆 58 m3 ( 其中先替 1. 25 g/ cm3 的 33 m3 , 再 替 1. 35 g/ cm3 的 35 m3 ) , 卸方钻杆时反喷比较严重, 起 5 柱后不喷, 起 10 柱接方钻杆循环, 循环 37 min 时 ( 排量 2. 2 m3/ min) 混浆返出, 返出水泥浆约 18 m3。 经声幅和变密度测井, 固井质量评定为合格, 但从喇 叭口至 5200 m 井段固井质量比较差, 幅度较大。
2. 尾管回接
固两头技术[ 2] 就是近井口段和近井底段环空用
常规水泥封固, 中间段环空用平衡液( 清水或钻井液 或低密度水泥浆) 充填, 以适当的压塞液顶替水泥浆
并碰压。封固 上头 旨在防止井口 油气水窜, 封固
下头 旨在保证回接处密封和侏罗系油气层的开采,
用平衡液的目的是降低环空当量密度。这种方法的
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钻井工程
天然气工业
2006 年 3 月
139. 7 mm弹性扶正器 50 个, 具 体加法 为 4400~ 4643 m 井段每 2 根套管加 1 个, 共 20 个; 4400~ 4643 m 井段每 1 根套管加 1 个, 共 10 个; 4400~ 4643 m 井 段每 3 根套管加 1 个, 共 20 个。该井不考虑在重合段 加刚性扶 正器, 以免 因 流道 减少 而增 大 环空 施工 阻力。
和水泥浆配方均参考 244. 5 mm 技术套管固井[ 3] 。
经大量室内试验, 优选出的水泥浆配方为强华 G 高+
1. 2% RC800+ 0. 7% USZ+ 0. 3% T W 200R。
( 5) 辅助措施
配备密度为 1. 42 g/ cm3 左右的重钻井液 60 m3,
作为替浆用以降低固井施工压力; 加弹性扶正器 100
24 h 抗压强度
k ( Pa sn )
条件
强度 ( M Pa)
0. 14 132 、21 M Pa 26. 4 0. 37 110 、21 M Pa 25. 6
密度 ( g/ cm3 )
1. 85 1. 90 1. 95
表 2 水泥浆密度波动试验表
93 、常压下流变性
n
K( Pa sn)
0. 72
作用类似于双级注水泥技术, 但又可解决双级注水泥
的工艺复杂、成本较高、循环孔泄漏等问题。
( 1) 平衡液充填段长度的计算 计算平衡液充填段长度的公式为:
Lb = ( a - m)H 1 / ( a - b)
( 3)
式中: Lb 为平衡液充填段长度, m; a 为平均水泥浆密 度, g/ cm3 ; m 为钻井液密度, g/ cm3 ; H 1 为上浮箍位 置, m; b 为平衡液密度, g/ cm3 。
( 2) 井径 极 不规 则, 实 测井 径 扩大 率 最大 为 139. 82% ( 在 5101 m 处) , 最 小 为 - 6. 02% ( 在
5383 m处) , 给管柱的下入和质量的保证带来了很大 的困难。
( 3) 施工压力高, 如 按钻进时排量 35 L / s 进行 固井施工, 即使不考虑高返, 施工压力也高达 15~ 20 M P a。
T 下 = T 下注 + T 替液 + T 倒 + T 附
( 5)
式中: T 上 为 上头 水泥浆所需稠化时间, min; T 下 为
下头 水泥浆所需稠化时间, min; T 上注为 上头 注水
泥时间, min; T 替液 为替平衡液时 间, min; T 下注 为 下
头 注水泥时间, min; T 替浆 为替浆时间, min; T 倒 为倒闸
强, 部分重量悬挂于套管及井壁上, 产生失重现象, 水
泥浆失重后其当量密度相当于盐水密度约 1. 07 g/ cm3 。因此, 可能导致固井环空压力小于地层孔隙压
力而发生溢流或井喷。安全条件为:
p 孔隙 p 自 + p 失
( 2)
式中: p 孔隙 、p 自 和 p 失 分别为地层孔隙压力、环空自由
段钻井液柱压力和水泥浆失重后压力, M Pa。