渤海灣淺層大位移井固井技術(shù)

羅靜 王賀寧 華志遠(yuǎn) 彭紀(jì)龍

摘 要：墾利16-1油田位于渤海南部海域，隸屬墾利油田群開發(fā)體系，儲層地質(zhì)條件復(fù)雜，具有典型“邊、小、碎、深”的特點(diǎn)，不僅是“十四五”技術(shù)攻關(guān)的主要方向，更是新時期油田開發(fā)的典型代表。本文通過對該區(qū)塊水泥漿體系，安全高效的下套管技術(shù)，附件的優(yōu)化與應(yīng)用，現(xiàn)場施工技術(shù)等方面的研究，提出了一套系統(tǒng)、成熟的大位移井固井技術(shù)。該技術(shù)在現(xiàn)場實(shí)踐中取得了顯著效果，保障了該區(qū)塊大位移井的固井質(zhì)量，對渤海灣海域大位移井固井質(zhì)量的提高提供了新的理論依據(jù)，具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：淺層大位移井;水泥漿體系;固井

中圖分類號：TE151 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）30-0068-04

Abstract： The KL16-1 oil field is located in the southern waters of the Bohai Sea and belongs to the development system of the Kenli oil field. The reservoir geological conditions are complex and with typical characteristics of "edge， small， broken and deep". It is not only the main direction of the "14th Five-Year Plan" technical research， but also a typical representative of oilfield development in the new period. This paper puts forward a set of systematic and mature cementing technology for extended reach wells through research on the block's cement slurry system， safe and efficient casing running technology， optimization and application of accessories， on-site construction technology and so on. This technology has achieved remarkable results in field practice， ensuring the cementing quality of extended reach wells in this block， and provided a new theoretical basis and far-reaching practical significance for improving the cementing quality of extended reach wells in the Bohai Bay area.

Keywords： shallow extended reach well; slurry system; well cementation

1 淺層大位移井作業(yè)難點(diǎn)

1.1 套管下入困難

淺層大位移井套管下入過程中，套管柱在經(jīng)過大井斜段時部分套管柱緊貼下井壁，由于套管剛性較大，使得在狗腿度大的地方難以下入[1]。進(jìn)入水平段后，水平段的套管柱完全緊貼在下井壁，增大了地層對套管柱的摩擦阻力，使套管下入更加困難。墾利16-1油田大位移井最大水垂比達(dá)到3.17，下套管難度及風(fēng)險都極大。

1.2 頂替效率差

淺層大位移井井斜大，部分套管柱緊貼井壁，套管嚴(yán)重不居中，影響頂替效率。墾利16-1油田大位移井漏失風(fēng)險較高，受限于施工安全條件下的注替排量，沖洗液沖洗效率不高。

1.3 漏失風(fēng)險

墾利16-1油田大位移井普遍存在淺部斷層，且固井過程中巖屑易在井壁低邊不斷沉積，造成環(huán)空間隙小甚至于環(huán)空橋堵，固井施工中壓耗高，ECD通常較大，存在漏失風(fēng)險。

2 淺層大位移井配套固井技術(shù)

2.1 安全高效下套管技術(shù)

墾利16-1油田大位移井下套管前使用專業(yè)軟件模擬套管下入過程中懸重變化，使用高抗扭套管、可劃眼浮鞋配套頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)下套管工具（在12-1/4"井眼下入9-5/8"套管作業(yè)中配套使用9-5/8"漂浮接箍，在8-1/2"井眼下入7"尾管作業(yè)中配套使用防提前坐掛坐封可旋轉(zhuǎn)尾管掛）。如圖1至圖4所示。

以墾利16-1油田某淺層大位移井使用9-5/8"套管漂浮接箍為例：

下套管前進(jìn)行模擬計算：鉆井液密度1.20 g/cm?，244.5 mm（9-5/8"）套管（L80、套管磅級47ppf），速度18 m/min，頂驅(qū)懸重25 t;摩擦系數(shù)選?。航Y(jié)合本區(qū)塊作業(yè)井經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行本井下244.5 mm（9-5/8"）套管敏感性分析，摩擦系數(shù)選取三組0.25/0.30、0.30/0.35、0.30/0.40。

計算結(jié)果如表1所示。

根據(jù)模擬計算結(jié)果可知摩擦系數(shù)0.25/0.30時套管到位余量為6.91 t，直接下風(fēng)險較高;另外兩組摩擦系數(shù)不滿足直接下條件，因此推薦本井漂浮下套管。

根據(jù)模擬計算結(jié)果推薦漂浮600 m：套管到位余量為14.15 t，上部套管內(nèi)余量6.52 t。

根據(jù)模擬計算結(jié)果推薦漂浮1 000 m：套管到位余量為11.73 t，上部套管內(nèi)余量6.81 t。

模擬計算結(jié)果推薦漂浮1 200 m：套管到位余量為11.81 t，上部套管內(nèi)余量6.29 t。如表2至表4所示。

根據(jù)本井實(shí)際短起后的下鉆和循環(huán)調(diào)整鉆井液性能后起鉆工況進(jìn)行摩擦系數(shù)反演校正，最終選擇漂浮1 100 m，套管順利下入到位。

2.2 新型低溫低密高早強(qiáng)水泥漿體系

對于渤海淺層大位移井固井來說，一方面需要采用低密度水泥漿來避免超過淺部松軟地層的破裂壓力，另一方面需要水泥漿具有良好的早強(qiáng)性能，來應(yīng)對海洋低溫環(huán)境帶來的挑戰(zhàn)。目前用低密度水泥漿體系，在低溫條件下強(qiáng)度發(fā)展緩慢，不能滿足現(xiàn)實(shí)作業(yè)需求，低密高強(qiáng)水泥漿體系有待進(jìn)一步研究。針對墾利16-1油田存在的低溫、極松軟地層等問題，本項(xiàng)目開發(fā)了一套新型低溫低密高早強(qiáng)固井水泥漿，提高低溫早期強(qiáng)度發(fā)展，25 ℃下500 psi早期強(qiáng)度僅需7.5 h，24 h強(qiáng)度較常規(guī)低密體系提升1 000 psi，候凝時間縮短近9 h;該體系漿體流變性能好，對于大位移井能有效降低水泥漿摩阻、環(huán)空壓耗[2-4]。

為滿足渤海墾利16-1油田淺層松軟地層固井作業(yè)需求，本項(xiàng)目采用顆粒級配優(yōu)化水泥漿技術(shù)，主要設(shè)計原理是顆粒級配技術(shù)和復(fù)合材料理論。在此引入緊密堆積理論，為水泥漿體系構(gòu)建和低密度混材研發(fā)提供理論支撐。

根據(jù)海洋固井對水泥漿一般性能和特殊性能的要求，配制低密度水泥漿可選用漂珠、膠凝材料等減輕劑[5-6]。根據(jù)Furnas顆粒堆積最密實(shí)級配原理，即在第一級大顆粒堆積空隙中充填到比第一級大顆粒小得多的第二級粒子，第二級粒子充填滿第一級顆粒空隙后，總體積不變;然后用粒徑比第二級粒子小得多的第三級粒子充填滿第二級顆?？障叮傮w積仍保持不變;依次繼續(xù)填入更小的粒子，使總體積不變，從而獲得混合體堆積空隙率為最小。通過大量試驗(yàn)，選用本身密度較低的人造空心玻璃微珠和比表面大、吸水性強(qiáng)、活性高的膠凝材料作為水泥漿的減輕劑。

經(jīng)過對常用膠凝材料進(jìn)行研選，依據(jù)緊密堆積理論進(jìn)行了材料復(fù)配，最終形成了優(yōu)快混合材，該材料具有材料活性高，性能穩(wěn)定，與其他外加劑配伍性良好的特點(diǎn)，如表5所示。

優(yōu)快低密度混材具有以下性能特點(diǎn)。

①降低水泥漿需水量，提高水泥漿固相含量。

②可以縮短水泥起強(qiáng)度過渡時間，提高水泥早期強(qiáng)度。

③具有一定的懸浮增稠性能，可以防止水泥漿自由液的產(chǎn)生。

④溫度適應(yīng)性廣，與其他產(chǎn)品配伍性良好。

經(jīng)過大量試驗(yàn)結(jié)果表明，32 ℃（BHCT）、38 ℃（BHCT）以及69 ℃（BHCT）條件下，低溫低密高早強(qiáng)水泥漿體系性能優(yōu)良。低溫低密高早強(qiáng)水泥漿體系與常規(guī)低密水泥漿體系相比，在二者稠化時間接近的前提下，低溫低密高早強(qiáng)水泥漿體系12 h以及24 h抗壓強(qiáng)度發(fā)展均明顯優(yōu)于常規(guī)低密度水泥漿體系。

2.3 現(xiàn)場施工技術(shù)

以墾利16-1油田某大位移井9.625"套管固井為例。

2.3.1 固井計劃。固井計劃如圖5所示。

①固井方式：單級固井。

②水泥漿體系：領(lǐng)尾漿均采用低溫低密高早強(qiáng)水泥漿體系。

③封固要求：領(lǐng)漿密度1.50 g/cm3，封固上層管鞋以上400 m;尾漿密度1.50 g/cm3，封固油氣層以上200 m。

④裸眼附加量：領(lǐng)尾漿附加量不少于電測環(huán)空容積的20%。

⑤水泥漿配方：特種水泥+COSL-Mixture+CG712F-L+PC-H21L+PC-X60L+F/W。

2.3.2 軟件模擬。

①流體壁面切力模擬。根據(jù)專業(yè)模擬軟件模擬結(jié)果得出沖洗液、鉆井液、隔離液、領(lǐng)漿、尾漿的壁面切力依次遞增。

②沖洗液紊流臨界排量。標(biāo)準(zhǔn)井眼：根據(jù)專業(yè)模擬軟件模擬結(jié)果得出沖洗液井底返速0.399 m/s即可達(dá)到紊流狀態(tài)，本井沖洗液過井底時正在頂替水泥漿，2.2 m3/min排量情況下環(huán)空返速1.0 m/s。

③頂替效率。根據(jù)專業(yè)模擬軟件模擬結(jié)果得出，井底到油氣層以上200 m頂替效率為100%，如圖6所示。

④ECD模擬。根據(jù)專業(yè)模擬軟件模擬結(jié)果得出在慢替前井底ECD最大為1.582 g/cm3，小于地層破裂壓力1.67 g/cm3，如圖7所示。

使用頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)下套管工具+漂浮接箍+劃眼浮鞋，9.625"套管順利下入到位，固井施工順利結(jié)束。

3 結(jié)論

針對渤海灣淺層大位移井套管下入困難，井眼清潔不易甚至造成環(huán)空橋堵，ECD往往較常規(guī)定向井過高等特點(diǎn)，通過安全高效的下套管技術(shù)，水泥漿體系優(yōu)化，專業(yè)軟件模擬的理論支持以及現(xiàn)場施工技術(shù)等方面的研究，已總結(jié)出了一套系統(tǒng)、成熟的淺層大位移井固井技術(shù)，優(yōu)選水泥漿體系和提高頂替效率是其中關(guān)鍵。經(jīng)渤海灣現(xiàn)場多口井應(yīng)用實(shí)踐，該技術(shù)保證了固井質(zhì)量要求，為后續(xù)油氣開采提供了保障。

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