1---固井技术现状及发展趋势---中石油

－1－中国石油集团钻井工程技术研究院2012年9月昆明中石油固井现状及面临的挑战报告人：刘硕琼－2－报告提纲中石油固井取得的主要进展中石油固井面临的主要挑战下一步固井发展趋势－3－前言中石油“十二五”勘探开发规划：原油稳中有升，天然气快速发展，非常规天然气步入接替。到2015年，中石油国内外油气当量可达4亿吨，国内、国外各占“半壁江山”集团公司全力推进西部大庆、新疆大庆和四川天然气工业基地建设，推进海外大庆可持续发展煤层气、致密气、页岩气已成为集团公司接替新领域，储气库建设速度加快2011年，中石油钻井20212口，钻井进尺4012.57万米，钻井进尺较2005年增加87.7％，钻井工作量持续快速增长，屡创历史新高－4－一、中石油固井取得的主要进展随着石油天然气的不断开发利用，逐渐转向深层、复杂气藏、海洋以及非常规油气的开采利用。为了满足复杂深层油气藏、高酸性油气藏、稠油油藏、海洋深水油藏、非常规油气藏、储气库（枯竭气藏、盐穴）、老油藏挖潜及海外复杂油气勘探开发的需要，经过多年的攻关研究，特别是“十一五”的攻关研究，固井技术已经取得了长足的发展，基本形成了系列配套的固井材料、工具及相应的固井工艺技术。随着勘探开发的深入，固井技术也将得到进一步的完善和发展－5－1、固井工艺深井超深井高温固井复杂天然气井及高酸性气藏固井水平井及大位移井固井盐膏层固井低压易漏失井长封固段固井多压力系统综合防窜固井稠油热采井固井注水调整井固井海洋深水固井储气库（枯竭气藏、盐穴）固井煤层气、页岩气、致密气等固井一、中石油固井取得的主要进展－6－一、中石油固井取得的主要进展深井超深井固井技术有针对性的井眼准备及通井措施套管安全下入技术高性能的抗高温、高密度水泥浆体系窄间隙高密度钻井液条件下提高顶替效率的措施固井综合压稳、平衡压力固井技术保证固井施工安全的措施复杂天然气固井技术防气窜理论防气窜评价方法防窜固井工艺防窜水泥浆体系平衡压力固井技术水泥浆防窜性测试仪器1、固井工艺－7－一、中石油固井取得的主要进展水平井及大位移井固井技术固井优化设计套管安全下入技术（漂浮下套管技术）保证套管居中及提高顶替效率的措施低失水微膨胀及胶乳水泥浆体系等大尺寸井眼大温差长封固段一次上返固井技术紊流冲洗液配合加重隔离液提高顶替效率优选强度发展快低失水微膨胀水泥浆，保证对环空的有效封隔优选高性能敏感性低的缓凝剂与降失水剂，实现了大温差长封固段固井采用双密度、双凝水泥浆，配合环空加回压技术，实现平衡压力固井1、固井工艺－8－冲洗液、隔离液体系防漏水泥浆体系MTC、多功能钻井液体系特色固井水泥浆及前置液体系高强度低密度水泥浆体系短候凝水泥浆体系高温深井水泥浆体系高密度水泥浆体系防窜水泥浆体系抗盐水泥浆体系胶乳水泥浆体系新型化学泡沫水泥浆体系2、外加剂及水泥浆体系一、中石油固井取得的主要进展－9－一、中石油固井取得的主要进展PVA（聚乙烯醇类）类降失水剂已经成熟，用量大幅上升AMPS类降失水剂克服了鼓包、包芯及高温稳定问题，抗温及综合性能得到提高，应用范围逐步拓宽4080120160200020406080100API失水(mL/30min)BHCT(℃)2、外加剂及水泥浆体系－10－10大温差及配套系列缓凝剂获得突破一、中石油固井取得的主要进展类别大温差缓凝剂性能指标国内DRH-200L、BCR-260L缓凝剂适用温度80-180℃国外AccuSET*智能缓凝剂适用温度49-121℃HR-25缓凝剂适用温度93-204℃DRH-310S、DRH-320SDRH-100LDRH-200LDRF-120LDRH-100L大温差缓凝剂，适用温度50～120℃DRH-200L、BCR-260L大温差缓凝剂，适用温度80～180℃DRH-310S、DRH-320S大温差缓凝剂，适用温度90～190℃2、外加剂及水泥浆体系－11－防CO2腐蚀水泥成本低，防腐效果良好国内常规体系F11F防腐体系国外防腐体系体系名称腐蚀前抗压强/MPa3个月强度/MPa缓蚀系数腐蚀前渗透率10-3mD3个月渗透率10-3mD国外体系12.049.04.088.400.62常规体系8.225.93.1611.851.08自研体系23.439.21.680.740.75一、中石油固井取得的主要进展－12－一、中石油固井取得的主要进展胶乳水泥浆抗温及抗盐能力得到提高抗温达190℃、抗盐达15％、密度范围为2.0～2.6g/cm3开发了增韧材料，提出了水泥石弹塑性改造方法磷酸盐水泥室内研究获得突破自修复固井材料开始研究，有初步进展2、外加剂及水泥浆体系－13－一、中石油固井取得的主要进展超高密度水泥浆及超低密度水泥浆取得重大进展，满足了复杂井眼条件下固井的要求低密度水泥浆现场应用密度1.10g/cm3超高密度水泥浆现场应用密度2.78g/cm32、外加剂及水泥浆体系超高密度隔离液体系超高密度水泥浆体系超高密度水泥浆与前置液的现场混配技术近平衡压力固井施工工艺技术超高密度井套管安全下入技术－14－系列中、高温缓凝剂系列促凝、早强剂系列抗盐降失水外加剂系列防窜外加剂系列增强材料系列胶乳、纤维改性材料系列膨胀外加剂系列冲洗液隔离液外加剂最高密度:3.1g/cm3最低密度:0.96g/cm3最高温度:190℃（BHCT）最宽温度范围:4～190℃最低弹性模量：降低50%最大应用井深:7946m最大封固段长:5305m最大温差125℃最高应用密度：2.78g/cm3最低应用密度1.10g/cm3一、中石油固井取得的主要进展2、外加剂及水泥浆体系－15－3、固井工具及附件2、国内的固井技术现状尾管悬挂器、分级注水泥器、套管扶正器、套管卡箍、水泥头、浮箍、浮鞋、钻杆/套管保护套等常规固井工具及附件已经形成系列，基本满足了国内及海外固井的需求，部分固井工具及附件的质量及可靠性已接近国外产品水平，占领了国内绝大多数市场份额，具有很强的成本优势－16－自膨胀材料及自膨胀封隔器取得突破防窜自膨胀封隔器：为解决固井后水泥环微环间隙/欠胶结引起的油气水窜问题提供新的辅助密封手段。代替固井自膨胀封隔器：为低压油气井/长水平段水平井/多分支井分段/分支封隔等提供新的技术，密封压力30MPa以上。一、中石油固井取得的主要进展3、固井工具及附件－17－尾管悬挂器开发获得新进展随位自动脱挂旋转尾管悬挂器旋转尾管悬挂器可控尾管悬挂器可膨胀尾管悬挂器获得规模商业应用常规固井工具基本满足现场需求，旋转尾管悬挂器、膨胀尾管悬挂器获得新进展一、中石油固井取得的主要进展3、固井工具及附件－18－技术特点：环空金属密封，密封压力高，不受温度影响悬挂力大，悬挂器通径大在下放和固井时可以实现旋转膨胀式尾管悬挂器商业应用在高载荷作用下，膨胀管塑性变形，内外径变大，与上层套管内壁接触和胀合，形成可靠密封，承受尾管悬重。3、固井工具及附件规格9-5/8×7-5/89-5/8×79-5/8×5-1/27×5-1/27×57×4-1/2环空密封压力，MPa15（油井）/35（气井）悬挂力，KN1000悬挂器内径，mm192136膨胀坐封压力，MPa1828一、中石油固井取得的主要进展－19－一、中石油固井取得的主要进展各油田固井装备水平（水泥车、干混及批混装置）得到进一步提高，水泥车的更新换代，特别是混浆系统的改进（从常规射流混合器逐步演变成内循环射流混合器），对水泥浆的混浆质量起着重要作用水泥干混装置4、固井装备－20－密度自动控制、批次混配系统得到普遍应用密度自动控制系统连续批量混合系统水泥浆自动混拌、密度自动控制、连续批量混合系统得到普遍应用，全自动混浆自动控制系统开始研发4、固井装备一、中石油固井取得的主要进展－21－固井质量智能化控制系统取得初步进展传感器安装位置和方式一、中石油固井取得的主要进展4、固井装备－22－一、中石油固井取得的主要进展近年来，我国油井管制造业发展迅速，油井管自给率已经从2002～2007年一直徘徊在85％左右提高到2010年的97%。主要油井管生产企业的产品在全面覆盖API5DP和5CT的基础上，也开发了系列的非API钢级和特殊螺纹接头油井管国外国内主要特点V&M公司的VM-140、VM-150、VM-155；住友的SM-140G、SM-150G、SM-155G；JFE的NK-140、NKV-150；天钢的TP140V、TP155V；宝钢的BG-140、BG-150；西姆莱斯的WSP-140、WSP-150主要用于深井和超深井，在具有高强度的同时，仍保持较高的冲击韧性深井超深井用油套管5、油套管－23－适用于山前地区7000米以上超深井塔标Ⅱ-1已在克深2等10口井应用克深202井采用塔标Ⅱ-1，测试产气71万方/日塔里木油田设计开发了一套新型尺寸系列井身结构（塔标Ⅱ），采用51/2套管完井，确保41/2套管完井，满足了勘探开发需要优化备用5、油套管一、中石油固井取得的主要进展－24－环空带压理论模型建立及技术应用环空带压主要影响因素压力、温度变化对水泥石胶结性能的影响防止环空带压水泥浆体系及水泥石力学性能防止环空带压模拟装置研制预防及处理环空带压的综合措施紧密堆积水泥浆体系研究紧密堆积数学模型建立四级紧密堆积水泥体系模型的建立紧密堆积功能性材料优选紧密堆积优化水泥浆设计及技术应用一、中石油固井取得的主要进展6、固井基础研究－25－一、中石油固井取得的主要进展水泥环不收缩及弹塑性改造脆性改造材料技术防止收缩的材料技术非水泥基新型材料技术膨胀、弹性水泥浆评价装置设计与评价方法长期稳定封隔技术固井技术的信息化、智能化、集成化固井模拟装置，模拟软件开发固井工程参数的实时采集与控制系统开发工程指挥的专家控制平台系统建立大型固井数据库及技术软件平台系统建设6、固井基础研究－26－报告提纲中石油固井取得的主要进展中石油固井面临的主要挑战下一步固井发展趋势－27－104751200012500030006000900012000150002010年2015年2020年原油产量发展目标（万吨）737121515000500100015002010年2015年2020年天然气产量发展目标（亿方）十二五油气战略规划原油稳中有升天然气快速发展非常规天然气步入接替海外油气当量2亿吨要实现“十二五”油气战略规划，必须转变发展方式，走技术发展之路。二、中石油固井面临的主要挑战－28－4大工程大庆油田4000万吨稳产长庆油田5000万吨上产，建成“西部大庆”建成“新疆大庆”（3300+1540+400）川渝地区300亿方上产3大接替领域页岩气，煤层气，海洋2个“半壁江山”天然气占总量50%海外产量占总量50%1个“牛鼻子”提高单井产量十二五CNPC上游业务的“4321”目标二、中石油固井面临的主要挑战－29－－29－中国石油2000-2008年完成井数与进尺情况对比图近几年，为满足储量高峰期工程和保持油气产量箭头朝上的需要，钻井工作量持续快速增长，屡创历史新高，2011年钻井进尺较2005年增加87.7％。中国石油近年来完成井数与进尺情况对比12807104541204513800202121878617690192291710.42477.72137.4203935453670.53439.84012.57800010000120001400016000180002000022000200420052006200720082009201020111500200025003000350040004500钻井井数(口)进尺（万米）二、中石油固井面临的主要挑战－30－－30－中国石油近几年完成的深井和超深井数量超深井钻井数量快速增长。“十一五”累计完成6000米以上超深井219口，