高压气井固井工艺技术一、概述一、概述二、难点分析二、难点分析三、技术对策三、技术对策四、国内外相似问题的处理方法四、国内外相似问题的处理方法五、毛坝五、毛坝-1-1井井7套管固井技术实例套管固井技术实例六、结论六、结论关于“高压”的说明l当钻井液密度大于1.40g/cm3以上时，一 般认为已属于高压油气井了。我国某些 高压气田，其地层压力系数在1.80以上， 以四川的川东、川西北以及云贵地区的 灰岩气藏为代表。l高压气井固井质量的难点是：窜槽、漏 油气及漏失。一、概 述本文以川东地区为例介绍高压气井固井本文以川东地区为例介绍高压气井固井技术问题。技术问题。川东地区是川东地区以含天然气为主的川东地区是川东地区以含天然气为主的碳酸盐岩裂缝性油气藏，由于四川盆地的压碳酸盐岩裂缝性油气藏，由于四川盆地的压扭性特点，呈现出诸多复杂的地质构造特征扭性特点，呈现出诸多复杂的地质构造特征，为完井、固井工程带来了许多难题。，为完井、固井工程带来了许多难题。产层以天然气藏为主，地层压力和产层压力高。产层以天然气藏为主，地层压力和产层压力高。油、气、水显示层位多，压力层系多。油、气、水显示层位多，压力层系多。目的层埋藏深，下入套管长。目的层埋藏深，下入套管长。地层含腐蚀性介质多。地层含腐蚀性介质多。以川东地区为例介绍高压气井固井技术川东地区主要的地质特点川东地区主要的地质特点二、难点分析通过对四川及川东地区施工的毛坝1井、毛坝斜2井、普光1井、河坝1井等井的固井情况进行了认真分析，认为川东地区固井主要有五个方面的技术难点。 主要原因：主要原因： 1 1）水泥浆进入环空后，由于自由水不断析出向地层的滤失，造成）水泥浆进入环空后，由于自由水不断析出向地层的滤失，造成 其水灰比急剧下降，形成环空桥堵，导致水泥浆液柱压力小于气层其水灰比急剧下降，形成环空桥堵，导致水泥浆液柱压力小于气层 压力而发生气窜；压力而发生气窜； 2 2）水泥浆进入环空后，当其静胶凝强度为）水泥浆进入环空后，当其静胶凝强度为48240Pa48240Pa时，属于由时，属于由 液态向固态转化期，水泥浆逐步失去传递液柱压力的能力，即发生液态向固态转化期，水泥浆逐步失去传递液柱压力的能力，即发生 水泥浆失重现象，从而成为气窜易发生时期。水泥浆失重现象，从而成为气窜易发生时期。 3 3）在水泥浆凝固期间，由于水泥浆中的孔隙水随着水化和滤失而）在水泥浆凝固期间，由于水泥浆中的孔隙水随着水化和滤失而 不断减少，使水泥浆中的孔隙压力不断降低，进而导致气体侵入到不断减少，使水泥浆中的孔隙压力不断降低，进而导致气体侵入到 水泥浆基体内，产生环空气窜。水泥浆基体内，产生环空气窜。 4 4）由于施工过程水泥浆窜槽或水泥在凝固过程的体积收缩等原因）由于施工过程水泥浆窜槽或水泥在凝固过程的体积收缩等原因 造成胶结质量不好，使气体进入水泥与套管或水泥与井壁之间的间造成胶结质量不好，使气体进入水泥与套管或水泥与井壁之间的间 隙中，造成层间互窜，甚至窜至井口。隙中，造成层间互窜，甚至窜至井口。1、防气窜问题 主要危害：主要危害： 直接影响水泥石胶结强度，导致层间窜流； 直接影响水泥石胶结强度，导致层间窜流； 直接影响油气层的测试评价，污染油气层，降低 直接影响油气层的测试评价，污染油气层，降低采收率，对油田开发后续作业如注水、酸化压裂采收率，对油田开发后续作业如注水、酸化压裂和分层开采等造成不利影响；和分层开采等造成不利影响； 严重时可在井口冒油、冒气，甚至造成固井后井 严重时可在井口冒油、冒气，甚至造成固井后井喷事故，即使采用挤水泥等补救工艺也很难奏效。喷事故，即使采用挤水泥等补救工艺也很难奏效。1 1、防气窜问题、防气窜问题 采用加重材料，浆体沉降稳定性差，对固井施工和质量有 采用加重材料，浆体沉降稳定性差，对固井施工和质量有严重影响。因此加重水泥浆体系必须具有良好的悬浮能力。严重影响。因此加重水泥浆体系必须具有良好的悬浮能力。 采用加重材料，使水泥浆的流动性变差。这主要与加重材料采用加重材料，使水泥浆的流动性变差。这主要与加重材料的颗粒细度有关，加重材料颗粒越细，其比表面积越大，表的颗粒细度有关，加重材料颗粒越细，其比表面积越大，表面张力越大，易使水泥浆变稠，影响可泵性。面张力越大，易使水泥浆变稠，影响可泵性。 随着水泥浆密度越高，需要的加重材料的比例越大，势必影随着水泥浆密度越高，需要的加重材料的比例越大，势必影响浆体中的有效水泥成分，使水泥石强度下降。响浆体中的有效水泥成分，使水泥石强度下降。2 2、水泥浆体系选型困难、水泥浆体系选型困难 3 3、压稳防窜与防漏的问题、压稳防窜与防漏的问题 川东地区地质结构复杂性，压力层系多，使得在川东地区地质结构复杂性，压力层系多，使得在同一构造、同一井眼内，地层压力梯度差异大。突出同一构造、同一井眼内，地层压力梯度差异大。突出表现在，在钻遇高压气层的井眼内，同时存在有低压表现在，在钻遇高压气层的井眼内，同时存在有低压易漏、甚至裂缝性的漏失层，有可能出现上喷下漏或易漏、甚至裂缝性的漏失层，有可能出现上喷下漏或上漏下涌的情况。这种地层特性决定了固井施工中压上漏下涌的情况。这种地层特性决定了固井施工中压稳气层防止气体上窜和防止井漏之间的矛盾。因为要稳气层防止气体上窜和防止井漏之间的矛盾。因为要压稳高压气层，就有压漏低压地层的危险，使高压层压稳高压气层，就有压漏低压地层的危险，使高压层再度处于失稳状态。再度处于失稳状态。 天然气本身的特点及腐蚀性气体的存在，使套管在长期高压作业天然气本身的特点及腐蚀性气体的存在，使套管在长期高压作业中密封失效，对油气井生命造成威胁。套管钢材和固井套管工中密封失效，对油气井生命造成威胁。套管钢材和固井套管工具、附件都需要具有足够的抗腐蚀性能和较高的抗挤毁能力。具、附件都需要具有足够的抗腐蚀性能和较高的抗挤毁能力。 在盐岩、盐膏层段，受地层水的影响，泥浆中的在盐岩、盐膏层段，受地层水的影响，泥浆中的ClCl- -、 Ca2+Ca2+离子离子含量高，在固井过程中水泥浆极易受到污染，使水泥浆的稠化时含量高，在固井过程中水泥浆极易受到污染，使水泥浆的稠化时间缩短，直接影响固井成功率间缩短，直接影响固井成功率。4 4、地层流体对水泥浆性能的影响、地层流体对水泥浆性能的影响 川东地区固井的难点可以归纳为：高压防气窜、防井漏、提高顶替效率、防止川东地区固井的难点可以归纳为：高压防气窜、防井漏、提高顶替效率、防止水泥污染等主要方面，并且它们之间互相影响，多数情况下不能将其中的任一方面水泥污染等主要方面，并且它们之间互相影响，多数情况下不能将其中的任一方面拿出来作为单独的问题来解决。为全面保证固井质量，还要研究与此相配套的套管拿出来作为单独的问题来解决。为全面保证固井质量，还要研究与此相配套的套管、固井工具和附件及其它工艺和技术措施。、固井工具和附件及其它工艺和技术措施。5 5、深井固井难点、深井固井难点川东地区多为深井，下入套管长，固井封固段长。川东地区多为深井，下入套管长，固井封固段长。 裸眼段长是深井固井的又一难题。裸眼段长是深井固井的又一难题。 套管居中度对封固质量的影响。套管居中度对封固质量的影响。 三、技术对策合理的井身结构设计合理的井身结构设计平衡压力固井平衡压力固井水泥浆体系的优选水泥浆体系的优选提高顶替效率，避免水泥浆污染的措施提高顶替效率，避免水泥浆污染的措施固井工艺优选固井工艺优选1 1）表层套管要有足够的深度。）表层套管要有足够的深度。2 2）下技术套管封隔高低压层或复杂）下技术套管封隔高低压层或复杂 地层地层3 3）生产套管可以先悬挂尾管再回接）生产套管可以先悬挂尾管再回接 4 4）选用高强度和密封性的套管）选用高强度和密封性的套管 5 5）水泥浆返至地面。）水泥浆返至地面。1 1、合理的井身结构设计、合理的井身结构设计2 2、平衡压力固井、平衡压力固井1）固井流变学设计、计算。 简单用以下公式表达： 地层孔隙压力环空静液柱压力+流动阻力 地层破裂压力 2）合理的环空浆柱组合。 3）憋压候凝措施。 1) 1) 防气窜水泥浆体系防气窜水泥浆体系2) 2) 防漏水泥浆体系防漏水泥浆体系3) 3) 加重水泥浆体系加重水泥浆体系3 3、水泥浆体系的优选、水泥浆体系的优选1）优选隔离液体系，避免水泥浆污染。 2）下套管前及固井施工前，在保证井壁稳 定的前提下，充分循环，调整泥浆性能， 降低粘、切，以利于降低循环摩阻，提高 顶替效率。 3）认真设计和严格执行下套管作业程序， 保证套管居中度在67%以上。 4）合理设计施工排量，提高顶替效率。4 4、提高顶替效率，避免水泥浆污染的措施、提高顶替效率，避免水泥浆污染的措施1）双级固井工艺。2）尾管固井及回接技术3 3）封隔器应用技术。）封隔器应用技术。 5 5、固井工艺优选、固井工艺优选 对环空油气水窜发生机理的研究分析对环空油气水窜发生机理的研究分析 触变水泥 触变水泥 非渗透水泥浆体系非渗透水泥浆体系 高密度高性能水泥浆体系高密度高性能水泥浆体系 膨胀套管封隔复杂地层技术膨胀套管封隔复杂地层技术 四、国内外相似问题的处理方法四、国内外相似问题的处理方法毛坝1井7寸尾管固井实例一、钻井基本情况毛坝毛坝1 1井是中石化南方勘探开发公司在川东井是中石化南方勘探开发公司在川东地区部署的一口天然气预探井，设计井深地区部署的一口天然气预探井，设计井深45004500mm，位于四川省达州市宣汉县毛坝乡，地位于四川省达州市宣汉县毛坝乡，地面海拔面海拔550550mm，构造位置是四川盆地东断褶带黄构造位置是四川盆地东断褶带黄金口构造带毛坝场金口构造带毛坝场- -双庙场潜伏背斜带毛坝场背双庙场潜伏背斜带毛坝场背斜南西翼斜南西翼该井三开钻井液类型为多元醇聚黄钻井液，设计密度 1.40g/cm3，8 1/2钻头在井深4321m以前多次发生井漏，经 堵漏后正常，在钻至4321m发现高压气层，被迫关井加重钻 井液压井，加重到1.80g/cm3时发生井漏，堵漏后继续加重 到2.02 g/cm3气层还没有压稳，经研究决定钻至4365m提前 完钻。完钻钻井参数：钻头尺寸：8-1/2； 完钻井深：4365m高压气层位置：4321m4334m井底温度：120累计漏失泥浆：约600 m3一、钻井基本情况二、固井技术难点及技术措施1、由于钻进过程不断有气侵和气涌，因此 固井时应主要为防气窜，这是本次固井的 主要难点 2、深井（4323m）、长尾管（1723m）施 工，尾管座挂有一定风险 3、封固段长，虽然采用尾管施工降低了环 空阻力，但环空阻力仍然很大，固井时有 压漏的可能 4、钻进时多次发生井漏，共计漏失约 600m3，固井时容易再次压漏一、固井技术难点及技术措施5、水泥浆候凝时会造成失重，造成天然气 上窜； 6、属环空小间隙固井，流动阻力大，不但 易发生井漏且水泥浆上返时易砂堵及脱水 稠化 7、由于钻遇盐膏层太多，钻井液中大量 Ca2+离子对水泥浆的污染严重，水泥浆与 钻井液的污染实验在15min就发生凝固 8、固尾管后回接必须保证密封固井设计原则 全井下7套管至4323m，封固高 压气层，将7套管作为生产套管 。 固井方案选择 1、双级固井 2、尾管固井 方案选择的原因1、环空间隙小，下套管过程及开泵循环时会 造成井漏。 2、固井候凝其间产生严重失重，失重压力达 43MPa，会造成环空液柱无法平衡而井涌， 或严重气窜，造成固井失败。 3、造成水泥浆上返时连续窜槽，影响固井质 量。 4、高温水泥返到井口，造成上部水泥浆长期 不凝固。 施工方案对比1、尾管固井循环摩阻：长长度L m内径d mm流速V m/s流体密度 g/cm3摩阻系数 压压降P MPa2600108.03.241.800.049.101900152.51.641