您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 商业/管理/HR > 其它文档 > 复合凝胶在苏桥储气库承压堵漏中的应用
第一作者简介:冯杰,男,籍贯天津,1983年生,中国石油集团钻井工程技术研究院钻井液研究所,工程师,2007年硕士毕业于中国石油大学(北京)油气井工程专业。联系方式:13811622265,fengjiedri@126.com复合凝胶在苏桥储气库承压堵漏中的应用冯杰杨海军王立辉杨洪黄宏军孙明昊徐显广苑旭波刘明峰吕郑生中国石油集团钻井工程技术研究院中国石油股份有限公司华北油田公司摘要:通过对苏桥储气库地层情况、固井施工难点及承压堵漏技术难点的分析,提出复合凝胶堵漏技术。该技术是在桥堵的基础上加入复合凝胶,利用复合凝胶的弹性变形、膨胀堵塞等特性,解决堵漏材料颗粒与漏失通道的匹配性、在漏层的驻留能力和堵漏强度等问题。在苏49K-P5井、苏4K-3X井应用了复合凝胶承压堵漏技术,保障了固井施工的效果和质量。该技术具有现场适应性好和提高承压能力强等的特性,具有很好的推广应用前景。关键词:储气库承压堵漏复合凝胶完井固井现场应用苏桥储气库注采气井三开地层承压能力低,钻完井过程中漏失时有发生,水泥浆密度低,固井质量难以保证。为了确保固井质量,保证储气库的有效密封,完井固井前需要进行承压堵漏施工。注采井三开裸眼段长,存在大量泥岩、砾岩和砂岩互层,且泥岩、砾岩和砂岩以及砂泥岩互层的漏失压力各不相同,承压堵漏层段上下地层属性差别大,漏失层位不明且难以准确判断。目前多采用的桥塞堵漏方法,存在以下不足:一是要求堵漏材料颗粒大小与漏层通道相匹配,否则效果差,但苏桥储气库漏层缝洞尺寸大小很难确定,且尺寸范围广,需要多次级配,造成堵漏成功率低;二是堵漏强度低,提高井壁承压能力有限。为此研发了复合凝胶承压堵漏技术,并在苏桥储气库苏49K-P5和苏4K-3X等2口井进行了成功应用。1苏桥储气库基本情况苏桥储气库(群)位于河北省廊坊市,由苏1、苏20、苏4、苏49、顾辛庄五个储气库组成。其中苏桥潜山带地处河北省霸县~永清县境内,位于冀中坳陷文安斜坡苏桥~信安镇潜山带,从南至北依次分布有苏6潜山、苏1潜山、苏4潜山、苏49潜山,苏4潜山位于该潜山带的中部,苏49潜山位于该潜山带的北端。苏4潜山和苏49潜山钻遇地层自上而下为新生界第四系和第三系、中生界侏罗系、上古生界石炭系~二叠系、下古生界奥陶系,下古生界奥陶系为该潜山气藏的产层,上古生界石炭系~二叠系为气藏的盖层。其主要钻完井技术难点有:储层埋藏深(3500~5300米);地层温度高(110~157℃);地层情况复杂(坍塌、漏失);气藏亏空严重(0.18~0.95)。2提高地层承压能力必要性及难点固井质量及密封效果对于储气库井非常重要,而苏桥地区的地质情况对保证固井质量提出了更高的技术要求。2.1固井难点1)苏桥储气库井储层孔隙发育,而且为枯竭油气藏改建,地层亏空严重,易漏失,地层承压能力差,原苏桥潜山开发井大多采用“穿鞋带帽”方式固井;2)储气库井要求水泥浆全井段封固,深层储气库井势必形成水泥封固段长,水泥浆静液柱压差大,要求地层承压能力高;3)灰岩地层提高承压能力难度大,往往承压堵漏时间长,而最终承压能力仍然达不到固井要求,导致井径扩大严重且极不规则,造成水泥浆窜槽,顶替效率无法保证;4)为预防井漏,领浆密度只能采用与钻井液密度相近的水泥浆,水泥浆与钻井液的密度差较小,浮力基本没有,极易导致水泥浆窜槽;5)为降低流动阻力,往往只能采用低返速小排量顶替,顶替效率受到了影响。提高地层承压能力是提高华北储气库井固井质量的关键之一。地层承压能力提高了,水泥浆密度才能提高,强度才能保障;地层承压能力提高了,顶替排量才能提高,从而提高顶替效率。2.2承压堵漏施工现状1)苏4-10X井承压堵漏情况:原始承压2.3MPa,通过承压堵漏试压达到4.5MPa,30min不降,基本满足平衡固井的要求;2)霸33平3井承压堵漏情况:累计堵漏12次,其中堵漏泥浆堵漏7次,水泥浆堵漏5次,由原来的4.2MPa升高到承压4.7MPa,承压堵漏效果不明显;3)苏20K-P1承压堵漏情况:原始承压1.6MPa,通过承压堵漏试压达到2.8MPa,提高了地层承压能力,基本满足平衡固井的要求。2.3承压堵漏技术难点苏桥储气库钻井施工过程中,沙三~沙四段、石炭~二叠系以及奥陶系地层易发生漏失,该地层孔喉、裂缝上下差异大,上部存在诱导性裂缝,下部孔吼尺寸较小,大颗粒的堵漏材料难以在上部地层形成较好的架桥,而较大的堵漏材料在下部地层容易形成糊皮现象,无法进入地层深部。堵漏难点表现在:地质特点、缝洞孔喉尺寸了解不全面;裸眼段长,漏层位置不易确定;地层破碎,自身骨架应力较低;原始地层压力下降严重(由47.9MPa降至26.6MPa);井底温度高(152~160℃)。3复合凝胶堵漏技术3.1组成及特点复合凝胶堵漏技术是在桥堵的基础上加入复合凝胶形成的新型堵漏技术,由复合凝胶与桥塞堵漏材料复配而成,利用凝胶聚合物的弹性变形特性,来适应漏层的不同缝洞孔喉大小,保证堵漏材料能进入漏层并能驻留,它具有弹性高、强度大和抗温好的特点,能提供较高的膨胀堵塞强度,堵漏成功率和承压能力大大提高,对裂缝、孔道漏失都有很好的堵漏效果。实验表明复合凝胶堵漏强度高,对不同漏失通道适应性好。该技术具有如下特点。1)对不同的漏失通道适应性强。复合凝胶的良好韧性、变形性,提高了堵漏剂对漏失通道的匹配能力,能挤入不同的漏失通道内。2)堵漏强度高。复合凝胶中的膨胀性聚合物产生膨胀堵塞,其中的胶结剂将膨胀性聚合物、骨架材料、填充材料和地层很好地胶结成一个整体,进一步承压能力高。3)现场适应性好。可直接加入钻井液中用于堵漏。3.2性能研究1)抗温性能由有机单体、抗温材料、交联剂和引发剂等共聚而成,具有较好的弹性、强度和热稳定性,不同于普通聚合物凝胶。0481216200246810养护时间d膨胀倍数v/v常规凝胶NFJ-1常规凝胶复合凝胶图1复合凝胶热稳定性实验由图1可看出,在140℃条件下,复合凝胶在现场钻井液中的膨胀倍数随养护时间的增加而略有下降,养护10天时膨胀倍数仍在10倍以上,而且强度高、韧性好,能满足高温条件下的挤堵要求。常规凝胶聚合物1天后膨胀倍数明显下降,3天后全部溶化。2)砂床堵漏实验用模拟堵漏试验仪评价复合凝胶在砂床的堵漏能力,结果见表1。表1复合凝胶堵漏剂在不同砂床中的堵漏能力名称加量,%漏失量,mL(3.5MPa/30min)堵漏强度,MPa砂粒5~15mm砂粒>20mm砂粒5~15mm砂粒>20mm复合凝胶0全漏失全漏失005漏失80漏失150承压3.5承压6.510漏失40漏失60承压7.5承压>8.515漏失10漏失15承压8.0承压>8.5桥塞堵漏剂10漏失100漏失250承压3.5承压5.0注:桥塞堵漏剂配方(骨架材料:填充材料=6:4),最高试验压力8.5MPa实验表明,随着复合凝胶加量的增加,漏失量降低,堵漏强度提高,加量大于10%时,砂粒大小对堵漏效果影响不大,表明复合凝胶现场适应性强,能满足不同漏失孔道的封堵;与桥塞堵漏剂相比,复合凝胶堵漏能力提高一倍以上,承压强度大于8MPa,提高了堵漏一次成功率。3)堵漏强度评价用不同粒径的砂粒、石子模拟不同漏失地层(200mm厚度),以700mL钻井液为携带液,采用高压计量泵驱替,模拟现场挤注过程做堵漏试验,静堵16小时后,将模拟漏层上面的泥饼去除,重新倒入钻井液做堵漏强度试验,结果见表2。表2堵漏强度对比试验模拟漏层名称堵漏强度,MPa进入深度,mm10~30mm石子复合凝胶1450桥堵剂2.4305~20mm砂粒复合凝胶1635桥堵剂6200.83~0.38mm砂粒复合凝胶1645桥堵剂430由表2看出,桥堵浆在模拟漏层中形成的封堵层松散,进入模拟层20~30mm,最高承压6MPa;复合凝胶堵漏浆承压大于14MPa,进入模拟层40~50mm,说明复合凝胶能进入不同漏失孔道形成封堵层,并能相互胶结形成整体,大大提高地层的抗破能力。3.3复合凝胶堵漏机理1)架桥充填作用。复合凝胶的变形性,提高了堵漏材料颗粒对漏失通道的匹配能力,与刚性骨架颗粒一起在地层孔道中通过架桥、充填作用起到较好的堵塞。2)膨胀堵塞作用。复合凝胶具有很高的弹性和韧性,在外力作用下能变形挤入地层及骨架材料架桥形成的较小孔道内,产生膨胀堵塞,进一步提高堵漏效果。3)化学胶结作用。复合凝胶能将自身所含凝胶聚合物同桥堵材料、地层胶结成一个整体,提高封堵层的抗破能力。复合凝胶承压堵漏能够满足苏桥储气库复杂地层条件下的完井固井前承压堵漏需要,在漏层近井带形成高强度封堵层,堵漏成功率高。4现场应用2012年上半年,复合凝胶堵漏技术在苏桥储气库苏49K-P5井、苏4K-3X井成功进行了承压堵漏作业,为完井固井的顺利施工提供了技术保障。承压堵漏效果见表3。表3承压堵漏施工效果井号裸眼段地层承压前稳压,Mpa承压后稳压,Mpa钻井液密度,g/cm3苏49K-P53500m-4718m砂岩、砾岩、砂砾互层1.15.01.473500m-4795m砂岩、砾岩、砂砾互层、煤层1.17.51.47苏4K-3X3400m-4571m砂岩、砾岩、砂砾互层、煤层、潜山2.04.01.424.1苏49K-P5井承压堵漏苏49K-P5井储集层位为下古生界奥陶系,盖层为石炭~二迭系。二开技术套管下深3500.6m,套管鞋处地层破裂压力当量钻井液密度为1.78g/cm3。三开采用311.2mm钻头,钻井液密度1.42g/cm3。钻进过程中在4462m出发生渗漏,漏失钻井液20m3,加入处理剂封堵漏失层位后继续钻进,处理后虽能满足钻进,但渗漏一直存在。钻至井深4718m,对该井进行承压试验,井口压力2MPa不再上升,停泵稳压1.1MPa。根据三开固井设计,为满足完固井作业需要,井底处当量钻井液密度应达到1.57g/cm3(水泥浆密度按1.88g/cm3计算)。该区块沙河街组存在较多砾石层和砂砾互层,石炭~二迭系存在较多煤层,如钻至三开设计井深5002m后再一次性进行承压堵漏作业,井段长,漏失点多,承压堵漏施工难度较大。同时鉴于该技术首次在苏桥储气库进行应用,决定在井深4718m处先进行一次承压堵漏,待沙河街组地层和石炭―二迭系上部地层承压能力达到要求后再继续钻进,钻至三开设计井深后再针对石炭―二迭系煤层进行承压堵漏。砂砾层堵漏施工分6次挤注堵漏浆86m3,下钻通井循环筛除堵漏剂后,关井试压最高8Mpa,稳压5Mpa;煤层堵漏施工分3次挤注堵漏浆81m3,下钻通井循环筛除堵漏剂后,关井试压最高8.7Mpa,稳压7.5Mpa。完井固井作业要求井底当量钻井液密度应达到1.57g/cm3,按现场钻井液密度1.47g/cm3计算,井口回压需4.93MPa,复合凝胶承压堵漏施工满足了设计和施工要求。该井三开在下钻通井、下套管、打水泥等过程中施工顺利,未发生漏失。具体承压堵漏挤注过程见表4和表5。表4苏49K-P5井砂砾层承压堵漏施工记录序号开泵时间停泵时间堵漏浆注入量,m3最高泵压,Mpa停泵压力,Mpa稳压,Mpa稳压时间,h12:254:00279.25.75.70.524:305:15107.15.35.31.038:459:45128.06.06.01.2411:0012:0015.68.06.36.31.7513:4014:2511.48.06.46.41.5616:0016:45108.06.26.08.0表5苏49K-P5井煤层承压堵漏施工记录序号开泵时间停泵时间堵漏浆注入量,m3最高泵压,Mpa停泵压力,Mpa稳压,Mpa稳压时间,h17:408:4523108.28.11.029:4511:251710.5996.0318:1020:00411210.79.88.04.2苏4K-3X井承压堵漏苏4K-3X井储集层位为下古生界奥陶系,盖层为石炭―二迭系。二开技术套管下深3400m,套管鞋处地层破裂压力当量钻井液密度为1.78g/cm3。三开采用241mm钻头,钻井液密度1.40g/cm3,钻至4200m,发生漏失,漏失钻井液140m3,采用20%浓度复合堵漏剂加随钻堵漏剂
本文标题:复合凝胶在苏桥储气库承压堵漏中的应用
链接地址:https://www.777doc.com/doc-2543446 .html