高温防窜水泥浆体系的开发与应用

高温高压气井固井的主要风险之一缘于水泥浆类型的选择和气窜的发生。水泥浆体系的组成和配制方法往往是产生气窜的主要因素,又往往是防窜中需注意的主要技术。一个良好的水泥浆体系应具有防窜功能,并能将高温高压固井的风险减少到最低限度。研究了高温高压对水泥浆主要性能的影响,水泥浆体系与气窜的关系,提出高温防窜水泥浆的设计方法,高温防窜水泥浆性能的特殊检验方法和质量保证控制程序,并开发出一套适合于高温高压气井固井的水泥浆体系。该体系的应用增加了高温高压固井作业的可靠性,提高了固井质量,促进了高温高压固井技术的发展。     

莺歌海盆地高温低压定向井旋转尾管固井技术

南海莺歌海盆地某气田A15井是一口典型的高温低压定向深井,井底温度高、地层压力低、尾管固井环空间隙小,若采用常规尾管固井技术固井顶替效率低,易发生气窜和漏失,高温低压气层井段的封固质量难以保证。为提高该井尾管固井的质量,该井采用了旋转尾管固井技术和高温胶乳防气窜水泥浆体系,与优选出的油基钻井液冲洗液和隔离液配合,通过预测旋转扭矩和尾管的居中度,完成了该井高温低压储层段Φ177.8 mm尾管固井作业。高清扇区水泥胶结测井结果证实,该井尾管固井井段气水隔层和射孔井段封固质量达到良好,高压水层封固质量合格,与采用常规固井技术的邻井A9井相比,尾管固井质量大幅提高。A15井旋转尾管固井的成功,为南海莺歌海盆地高温低压定向井尾管固井质量的提高提供了一条新途径。      

大庆深层气井防窜固井新技术

大庆深层气井具有地温梯度高、封固段长、固井后环空易气窜、套管及水泥石腐蚀等技术难点,在近年成功开发高效冲洗隔离液、 DHL丁苯胶乳抗高温防窜水泥浆体系、套管及水泥石防腐技术的基础上,针对环空气窜开展了"庆深气田防气窜固井技术研究"等重大新技术科研攻关,开发了抗高温微膨、增韧防气窜水泥浆体系和环空气窜阻断工具,并优化了固井施工工艺,发展了大庆油田深层气井固井技术,取得了良好效果.     

元坝气田超深探井小尾管防气窜固井技术

元坝气田是我国最深的生物礁海相大气田,具有超深、高温、高压、高含硫等特点,开发的主要目的层为二叠系长兴组,随着勘探的深入,近年来如川深1井已探至更深的灯影组,井深达到了8 420 m,井身结构复杂、套管层次多。为解决最后一层小尾管固井时所面临的小井眼、窄间隙及“一超、三高”技术难题,开展了元坝气田超深探井小尾管固井技术研究。优选了抗高温胶乳和纳米硅乳液作为防气窜剂,配套防腐蚀剂,基于颗粒级配原理设计了高密度水泥浆,建立了防止水泥石高温下强度衰退技术和防酸性气体腐蚀技术,开发了抗高温增强型防气窜防腐蚀水泥浆体系,适应温度达180 ℃,密度1.88～2.25 g/cm3,SPN值＜1,水泥石180 ℃下48 h抗压强度大于14 MPa,弹性模量小于8 GPa,且长期强度不衰退,耐H₂S、CO₂腐蚀。在元坝7侧1井、川深1井?139.7 mm超深小尾管固井进行了应用,固井质量优良率100%,并应用到元坝204-1H井、河嘉202H井、川深1井等3口井的?193.7 mm生产套(尾)管固井,固井质量综合评定优良率67%。研究与应用结果表明,高温高压防气窜防腐蚀固井技术可以有效解决元坝地区超深探井及类似高酸性气田固井技术难题。     

磨溪-高石梯构造超深定向井固井水泥浆技术

磨溪-高石梯构造下部地层尾管固井面临固井质量差的难题,主要表现为:大斜度、水平井顶替效率不高,平均仅为92.7%;尾管封固段长,环空间隙小,固井候凝易出现气窜;钻井液、隔离液和水泥浆的密度及流变性能匹配性差;上部井段油气水活跃,易发生油气水窜。以工区工程地质特征为基础,优选出适用于高温高压大温差且气层发育条件下的宽温带缓凝剂和高温降失水剂,并以此为基础研发出了适用于高温高压大温差条件下的防窜水泥浆体系,该体系在高温165℃养护24 h和低温65℃养护24 h的抗压强度能达到29.5 MPa和14.0 MPa以上。同时,在大温差、水泥浆体系在保证水泥浆胶结良好的情况下(地层压力梯度小于2.0),能有效防止气窜发生,具有良好的抗温稳定性和防窜性能。现场应用表明,固井质量优良率提高约30%,评价合格率提高超过50%,固井后无一口井发生气窜或气测异常。该技术能够显著提高磨溪-高石梯工区的尾管封固质量,为龙王庙气田的安全经济高效开发提供保障。     

普光气田整体固井工艺技术

普光气田是国内首个投入开发的海相气田,具有高温高压高含硫的特点,同时存在地层复杂、气窜、漏失、长裸眼小间隙、大斜度和水平井以及存在盐膏层等几乎所有固井中可遇到的技术难题,固井难度国内罕见。通过分析储层特性和单井井况,优选了防腐防气窜水泥浆体系,应用分段压稳设计模型进行水泥浆柱结构设计,同时采取高抗挤低密度水泥浆技术、正注反挤工艺、水平井提高顶替效率等措施,形成了普光气田高含硫气井固井综合技术。现场应用表明,固井质量得到了保证,满足了普光气田开发的要求。      

高温防窜水泥浆体系的开发与应用

高温高压气井固井的主要风险之一缘于水泥浆类型的选择和气窜的发生,水泥浆体系的组成和配制方法往往是产生气窜的主要因素,又往往是防窜中需注意的主要技术,一个良好的水泥浆体系应具有防窜功能,并能将高温高压固吉的风险减少到最低限度,研究了高温高压对水泥浆主要性能的影响,水泥浆体系与气窜的关系,提出高温防窜水泥浆的设计方法,高温防窜水泥浆性能的特殊检验方法和质量保证控制程序,并开发出一套适合于高温高压气吉固     

元坝地区复杂尾管固井难点与对策

川东北气田元坝地区尾管固井具有超深、高温、高压以及封固段超长、压力窗口狭窄、压稳与防漏矛盾突出等特点,固井后易出现气窜、顶部超缓凝,部分井封固段上部还有盐膏层,使用厚壁套管会使固井难度更大。经过多井次的探索和应用,在井眼准备、水泥外加剂以及现场施工工艺3个方面初步形成了深层天然气井固井配套技术,如采用新型的分段气窜预测模型,优选防气窜能力强的水泥浆体系等措施,在元坝1-1侧1井固井应用中取得了良好的效果,满足了气田开发对固井质量高标准的要求。     

胶乳水泥浆体系在深井水平井的应用

针对庆深气田深井水平井温度高、易气窜的特点,在胶乳水泥浆基础上,通过优选高温稳定剂,研制出了深井水平井胶乳水泥浆体系DHL-600。室内评价结果表明,该体系在高温水平条件下具有低失水、无游离液、水泥浆及水泥石上下层密度差小、沉降稳定性好、防气窜等特点。在庆深气田升深平1井和徐深1-平1井2口深层气井水平井中应用,没有发生气窜且固井质量良好。室内实验和现场应用表明,该水泥浆体系能够满足深井气井水平井的固井施工和固井质量的要求。     

川东北地区高温高压高含硫气井配套固井技术

针对川东北地区高温、高压、高含硫气井主要固井技术难题,提出利用新型非渗透和胶乳防气窜水泥浆凝固后水泥石低渗透的特点,降低CO2和H2S对水泥石的腐蚀;固井前强化钻井液堵漏,提高地层承压能力;在固井时,采用纤维堵漏水泥浆;在固井前采用分段压稳设计模型,考虑固井后水泥浆失重的影响,分析固井后环空压力分布,保证压稳气层;固井水泥浆采用双凝或多凝设计,确保主力气层快速形成早期强度,实现“以快制气”,有效控制气层气体。采用旋转尾管固井新技术,在洗井和注水泥过程中旋转尾管,提高洗井质量和水泥浆顶替效率。上述技术措施的实施,为解决川东北地区高温、高压、高含硫气井固井技术难题做出了有益的尝试,取得了较好的现场应用效果。     

东方13-1 高温高压气田全寿命多级屏障井筒完整性设计

东方13-1 气田目的层温度高达141℃,压力系数1.90~1.94 g/cm3,天然气中CO2 含量14.63%~50.04%,属高温高压高含CO2 天然气藏,实际开发中极易造成固井窜槽、油套管强度下降及腐蚀失效,给井筒安全造成隐患。为此设计采用了具有防漏、防窜、防腐蚀、防应变、防温变功能的“5 防”树脂水泥浆体系及油气响应型自修复水泥浆体系,实现全井段水泥封固;并提出了“尾管树脂水泥浆+ 尾管顶部封隔器+ 回接插入密封+ 回接管柱顶部封隔器+ 自修复水泥固井+ 树脂水泥固井”六级屏障设计技术,形成多级屏障的安全系统。现场应用结果表明,东方13-1 气田各生产井?177.8 mm 尾管及回接段固井质量优良, 而且从投产至今,各生产井井口压力监测均未发现有环空带压问题。该套技术可以有效封固高温高压高含CO2 产层,保障从钻完井至后期开发生产整个周期过程中的井筒完整性,降低了环空带压风险。     

肯基亚克盐下石炭系高压油气藏防气窜尾管回接固井技术

石炭系碳酸盐岩储层是肯基亚克盐下油田的主力开发层,由于该储层地层压力高,安全密度窗口窄,存在溢漏同层,钻井液和水泥浆之间的密度差小,封固段长,循环压耗高,水泥浆失重严重,环形间隙小,井眼不规则,套管居中度差,造成固井后水泥胶结质量差,易发生环空气窜。为提高水泥胶结质量,该油田采用了防气窜尾管回接固井技术,并采取了一系列配套技术措施。10口井的现场应用表明,防气窜尾管回接固井技术提高了固井质量,解决了环空气窜问题。介绍了该油田防气窜尾管回接固井技术方案、技术措施,并以两口井为例介绍了该油田直井和大斜度井防气窜尾管回接固井的施工程序。     

顺南井区高温高压防气窜尾管固井技术

顺南井区井温超高,地层压力系统复杂,气层异常活跃,防气窜固井难度大,导致固井质量不合格。为解决气体窜通和水泥石高温强度衰退的难题,开展高温高压防气窜固井优化研究。通过优化外加剂,得到了新型胶乳液硅防气窜水泥浆体系。研究结果表明,用粒径为0.18、0.125或0.09 mm的硅砂复配,能够克服178℃下水泥石高温强度衰退的难题;胶乳水泥浆体系加入液硅后,防气窜能力增大;加入纤维可以使水泥石弹性模量降低48%,抗冲击性好;水泥浆呈直角稠化,具有较好的防气窜能力。优化前置液结构,使用加重隔离液技术实现低速紊流顶替。为防止水泥浆失重导致气层不稳,替浆后反循环洗井并尽快进行环空憋压,实现以快治窜。同时,配套抗高温气密封固井工具与附件,以保证防气窜固井质量。顺南井区φ177.8 mm尾管防气窜固井质量得到良好改善,为该工区高温高压防气窜固井提供重要的技术支撑。      

MTA方法防气窜固井技术在涩北气田的应用

柴达木盆地涩北气田为第四系疏松砂岩气藏,气层分布段较长,浅层气窜问题突出,尤其是固井二界面的胶结质量难以保证。为此,拟采用在油井中成功应用的泥饼仿地成凝饼(mud cake to agglomerated cake,简称MTA)方法来解决气层段固井防气窜难题。该方法分为3个步骤:①分别对GM-Ⅱ型泥饼改性剂与钻井液流变性、GA-Ⅲ型凝饼形成剂与水泥浆稠化时间进行了室内评价,观察其对钻井液流变性、固井水泥浆稠化时间的影响;②钻开气层前在钻井液中缓慢加入一定量GM-Ⅱ型泥饼改性剂,并维持此比例至完井;③以GA-Ⅲ型凝饼形成剂为基础配制3m3前置液,确保它与井壁泥饼的接触时间达到1.5~2min。开展了6口井施工作业,生产现场固井施工一次成功率达100%,固井质量一次合格率达100%,固井一、二界面胶结质量优质率分别为95.16%~100%,80.01%~98.11%。采用MTA方法防气窜固井技术,可使固井二界面胶结强度大幅度提高6.53~23.21倍,为解决浅层气井固井质量问题提供了新的技术手段。     

高温高压固井新概念和新技术在南海西部的应用

影响高温高压井固井质量的问题很复杂,其中水泥浆选型和防气窜在高温高压固井作业中起着重要作用。为提高高温高压固井质量,必须全面研究高温高压固井中所遇到的问题,并提出解决的办法;要确立和完善高温高压固井新概念,增加高温高压固井的成功率和可靠性,抓住矛盾的主要方面,建立一套有效的防气窜工艺程序。通过对南海西部莺琼海域大气区的固井实践的总结,建立了对高温高压固井的新认识。     

水泥浆防窜性能实验评价及其应用

固井防窜一直是困扰石油工业多年的问题,因水泥浆候凝期间的环空有效静液柱压力不断降低,在其降低到地层流体压力之后,水泥浆能不能抵御地层气体对其液相的置换是固井防窜的关键。为此,从水泥浆窜流能力评价方面着手, 结合现场井况和固井工艺的水泥浆窜流试验方法,对目前常用的一些防窜材料,诸如成膜类、AMPS合成共聚物类、改性纤维素类降滤失剂及胶乳、膨胀剂、微硅等的窜流性能进行了评价。结果表明：在不同条件下各类外加剂的防窜特性不一,低温下成膜聚合物水泥浆的防窜性能有一定保障,但随着温度的升高,其性能就会受到一定影响;胶乳水泥浆体系的防窜能力相对较稳定,在不同条件下保证胶乳的有效掺量就可以保障水泥浆的防窜性能。实验评价结果在川渝地区、长庆苏南、吐哈鲁克沁、玉门酒东等气田进行了超过150口井的胶乳水泥浆现场应用,未发生窜流,固井效果良好。     

东海残雪油田水平井尾管固井工艺技术研究

CX-A10H是东海残雪油田为开发底水发育气藏、试验尾管固井、结合定向射孔完井工艺的首口开发调整井,良好的固井质量是实现水平井长期高效开发的基础保障。在分析水平井固井对水泥浆综合性能、工具附件技术要求以及顶替效率低、压稳防窜难度大等技术难点基础上,通过开发双凝非渗透防窜水泥浆、优化提高顶替效率和细化分时段压稳防窜等关键技术,完善旋转尾管悬挂器、钻井液性能调整、不留上塞以及重叠段无水泥和回压凡尔失灵补救预案等配套技术,形成了一套适用于东海残雪油田水平井尾管固井的工艺技术。经CX-A10H井现场应用试验,固井质量良好,为后续同类固井工程作业提供技术储备。     

国内外国井技术现状及发展趋势

阐述了国内外近几年来在油井水泥外加剂、固井工艺技术、固井工具及附件、固井设计模拟与分析软件、水泥浆顶替技术、注水泥设备等方面的新进展，主要是油井基本水泥由一两种发展到13种；注水泥设备普遍采用计算机控制技术对配浆过程进行连续监控，注水泥设备向操作自动化、密度控制精确化、大能量和大功率方向发展；复杂地层固井技术日趋完善，开发了适应高压气井、塑性地层、低压易漏失井、多压力系统以及深井超深井高温固井配套技术；固井计算机模拟、仿真与监控技术，极大地提高了固井方案设计、现场施工的准确性、针对性和科学性；小井眼固井、水平井固井、分枝井固和大位移固井等特殊工艺井固井技术；研制了尾管悬挂器、双级（多级）注水泥器、扶正器。通过分析中国固井技术现状及与国外的差距，提出了中国今后要重点加强抗高温、抗盐系列外加剂的研究与开发，不断拓宽油井水泥外加剂的适用范围，进一步加大油井水泥外加剂的现场使用力度。     

窄密度窗口及小间隙超深井尾管固井技术

针对西南油气田超深井五探1井φ168.3 mm尾管悬挂固井存在钻井期间漏失严重,井深、井底温度高,大段盐膏层、油基钻井液与水泥浆污染严重、后期作业井筒温度压力变化影响水泥环密封完整性等难题。采用低密度高强度韧性微膨胀防窜水泥浆体系,通过优化浆柱结构,控制井底动态当量密度与钻进时井底动态当量密度相当的平衡压力固井等配套工艺技术,有效防止了固井施工漏失,解决了水泥浆与油基钻井液污染严重的问题,确保了固井施工顺利,固井质量合格率100%,优质率99.8%,为深井窄密度窗口、油基钻井液固井提供了技术支撑。