水平固井技术的国内外发展探究

龙源期刊网水平固井技术的国内外发展探究作者：赵志军来源：《现代商贸工业》2010年第12期摘要:对国内外水平井固井工艺技术进行了全面、细致的调研,介绍了国外水平井和大斜度井固井工艺,可供现场工程技术人员借鉴,以提高国内水平井固井工艺技术和整体效益。关键词:水平井固井;关键技术;进展中图分类号:TB文献标识码:A文章编号:1672-3198(2010)12-0326-02固井作业是油气井钻井工程中最重要的环节之一,水平井(大斜度井)固井技术由于水泥浆顶替问题等因素影响而与直井有很大的差异,固井成功率低且费用高,长水平段固井更是高难度作业。在水平井技术发展初期,国外采用后期射孔完井的水平井很少,对大斜度井和水平井固井的研究不多。但为了持续发挥水平井的综合经济效益,很多石油公司和专业固井公司开展了技术攻关,已形成了一套提高大斜度井和水平井固井质量的设计和施工新技术,研制了相关的技术装备。1国内水平井固井新技术1.1套管漂浮技术在渤海湾的6口大位移延伸钻井后固井的成功作业,说明了大位移延伸段(311.15井眼)固井的关键技术——套管漂浮技术,即用“盲板浮鞋+漂浮接箍”实现套管漂浮;用双弓扶正器保证套管居中、减少下套管的摩阻;用滚轮扶正器降低界面摩擦系数;用CemSAIDS固井仿真软件进行摩阻预测。为提高顶替效率,保证固井质量,采用双速替钻井液技术,实现紊塞流上返;采用海水顶替液,实现套管的浮力漂浮。1.2水平井固井油气层保护技术以前在用244.5技术套管固井时,油层已打开,水泥对油层污染严重,而且固技术套管时未采取油气层保护措施,产量较直井提高不明显。为解决此问题,国内研究使用了244.5技术套管固井油气层保护技术,使平均单井原油产量提高142%,取得了较好的效果。改进后的水泥伞—分级箍两级注水泥防漏固井工艺,分两级固井。一级封固,先固水泥伞以上30m,凝固后再用打开式分龙源期刊网级箍进行二级固水泥到井口。水泥伞的优点是,防止水泥浆直接冲击油气层,达到防止压漏地层、保护油气层的目的。在施工的8口井中均取得较好的效果。2国外水平井固井工艺技术HALIBURTON和EXXON公司对水平井固井提高钻井液顶替效率总结了一系列的措施:如:对于井斜角在45°以上的井眼,为满足钻井液悬浮岩屑的要求,钻井液的屈服值应达0.75-。固井前循环时间至少应该是3倍于井筒容积所需循环的时间,或者循环到进出钻井液性能达到平衡为止,尽可能使钻井液流态应达到紊流状态。注水泥前或注水泥期间,必须保持连续的循环。在大斜度井和水平井中坚持使用隔离液和冲洗液。水平井套管环空间隙至少不小于1英寸(1英寸=25.4mm),使摩阻降到最低限度。除此之外,还有一些特殊的工艺技术。2.1泡沫水泥固井技术泡沫水泥是在水泥浆中注入起泡剂、稳泡剂和氮气而形成,相对普通水泥具有如下优势:(1)在泵送过程中产生较高的动态流动剪切应力,从而提高它对钻井液的驱替能力;(2)能避免由温度和压力导致的水泥外壳剪切应力造成的破坏;(3)在凝固过程中,随着水泥浆体积收缩、气体增泡持续膨胀,水泥石内部压力在体系过渡阶段几乎能保持恒定,体系能有效地控制气体运移和地层流体的侵入;(4)具有低压缩强度,在水力压裂作业中,减轻人为增加裂缝的机会。2.2双密度冲洗液、双密度水泥浆固井工艺技术美孚石油公司应用了一种水平井固井新工艺提高顶替效率,即使用双密度冲洗液和双密度水泥浆进行水平井固井,该方法主要用于不能使用泡沫水泥浆进行紊流顶替的大斜度井中。具体方法如下。(1)首先清洗井眼。向井下循环双密度冲洗液(隔离液),循环数量和时间应保证能充分清洗干净井筒,以利于固生产套管。(2)下入带扶正器的生产套管,使套管在井眼中居中。(3)向井下套管和井壁间的环空泵入第一种水泥隔离液,注入足够量后,停止注入,让其自动进行压力平衡。冲洗液(隔离液)含氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化锌、溴化钾、溴化钠、溴化钙或溴化锌,室温下密度范围为1.0-1.4g/cm3;龙源期刊网(4)从环空注入第二种水泥隔离液,隔离液含柴油、煤油、二甲苯、氯化钾、氯化钠或氯化钙溶液,密度比第一种小0.1,在井眼温度条件下环空中两种冲洗液的表观黏度应相差100×10-3Pa•s。这样,第二种就会保持在第一种水泥隔离液的上方,在第一种清洗下部井段时清洗上部井段。(5)循环足够量后,停止注入,并使两种隔离液充分进行压力平衡。并携带杂质、循环清洗井眼。(6)向环空注入第一种水泥浆即常规水泥浆,密度比隔离液密度大。水泥浆量应足以充满整个环空。(7)向环空注入第二种低密度水泥浆或泡沫水泥浆,因此入井后位于第一种水泥浆的上方,填补了第一种水泥浆没有充填的空隙,有效地封隔套管和地层。通过上述作业,可以在固套管前高效地清除水平井段的钻井残留物。通过使用双密度水泥浆,能有效避免用一种高密度水泥浆固井形成的空隙,从而避免了串槽,有效封隔油气层。也可以简化工艺,只使用双密度水泥浆固井。具体方法为:在水平段的上部使用密度低于钻井过程中钻井液密度的低密度水泥浆,可以是泡沫水泥浆或加入低密度小球、煅制氧化硅、飞尘、硼硅酸盐小球或氮气等的水泥浆,常用密度为0.96-1.53g/cm3。将顶替井段上部的钻井液,防止井眼上段形成的残余钻井液窜槽。然后再泵入密度较高的水泥浆,该水泥浆将流入套管底部,固结套管底部环空,并有效顶替井眼环空低边的钻井液。2.3潮汐流顶替工艺在钻遇破裂压力和孔隙压力不同的多层段井时,无论钻穿的是衰竭区还是非衰竭区,大斜度井长井段固井都要求降低当量循环密度、实现合理顶替,这就给施工带来相当大的难度。研究表明,在进行双密度水泥浆固井时,如保持较低排量,限制井眼宽边的流速,能更好顶替井眼低边的流体。因此,国外开发了一项固井新技术——低排量高密度差顶替工艺,或称潮汐流顶替的固井工艺。为了使密度差达到最大,水泥浆和隔离液黏度应尽可能小。与分级注水泥和扩大井径相比,该技术作业成本更低。但潮汐流顶替工艺并不能替代紊流和有效层流顶替,它只是在这两种工艺不适合井筒条件的情况下,作为一种可供选择的固井方法。3结论和建议(1)提高大斜度井和水平井固井质量的主要技术思路是有效控制自由水、清除岩屑床、套管柱扶正、切断可能的窜槽通道;主要措施是确定合理的井身结构、套管柱居中、低析水水泥浆、隔离液和前置液优化设计以及正确的顶替排量。(2)提高水平井固井质量的关键手段是提高水泥浆顶替效率,国外研制的紊流器、刮泥器、套管扶正器和旋转尾管下入工具在实际应用中发挥了重要作用。龙源期刊网(3)国外水平井泡沫水泥固井、双密度冲洗液、双密度水泥浆固井、旋转尾管固井、潮汐流固井工艺技术值得国内同行借鉴和推广。(4)针对多产层、复杂地层的固井,管外封隔器固井、水平井分段固井完井技术是未来国内水平井固井的攻关方向。参考文献usingaremoteoperationscenter[R].SPE92605,2005.E.Preventingannularflowaftercementing,Onepulseatatime:offshoreGulfofMexicocementpulsationfieldresults[R].SPE94230,2005.andtransportingacementslurrybelowdeckundermaritimeconditions[R].SPE98894,2006.何龙,刘毅,王长等.TK108H中曲率水平井钻井技术[J].石油钻采工艺,2000,(4).杨启贞等.在水平井、大位移井中选用合适的套管扶正器[J].石油钻采工艺,2000,(4).崔军,宋本岭,廖华林等.胜利油田埕北21-平1大位移井固井技术[J].石油钻采工艺,2000,(6).边培明.草古1潜山水平井钻井完井技术[J].石油钻探技术,2000,(2).张宏军,张明昌,任腾云,等.新式分级箍在草古100区块水平井固井中的应用[J].石油钻探技术,2001,(1).丁士东,唐世春,田平,等.塔河油田深水平井固井技术[J].石油钻探技术,2001,(3).