陳懷高余建樂(lè)尚文汪月鵑

1.川慶鉆探工程公司土庫(kù)曼斯坦分公司 2.川慶鉆探工程公司井下作業(yè)公司

阿姆河右岸B區(qū)塊巨厚鹽膏層固井技術(shù)

陳懷高1余建1樂(lè)尚文1汪月鵑2

1.川慶鉆探工程公司土庫(kù)曼斯坦分公司 2.川慶鉆探工程公司井下作業(yè)公司

陳懷高等.阿姆河右岸B區(qū)塊巨厚鹽膏層固井技術(shù).天然氣工業(yè),2010,30(5):66-68.

土庫(kù)曼斯坦阿姆河右岸B區(qū)塊上侏羅統(tǒng)啟莫里階組地層分布有900～1200m巨厚鹽膏層,在鉆井和開(kāi)發(fā)初期發(fā)生了鹽膏層段井徑變化大、鹽巖的塑性流動(dòng)、擠毀套管等復(fù)雜情況,給鉆井和固井施工帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。在分析鹽膏層特點(diǎn)和固井難點(diǎn)的基礎(chǔ)上,采用了以下針對(duì)巨厚鹽膏層的固井工藝技術(shù):①優(yōu)化套管強(qiáng)度;②檢測(cè)和控制鹽膏層蠕變速度,采用欠飽和鹽水水泥漿體系,提高套管的居中度以及根據(jù)上層?339.7mm套管鞋處地層承壓情況,結(jié)合環(huán)空液柱組合優(yōu)化注水泥施工參數(shù),在井下不漏失的情況下實(shí)現(xiàn)大排量頂替,從而提高頂替效率。以San-21井的巨厚鹽膏層固井施工為例,第一級(jí)固井采用抗鹽兩凝欠飽和鹽水水泥漿體系;緩凝水泥漿密度設(shè)計(jì)為1.94g/cm3,封固井段為2267～2800m,快干水泥漿密度設(shè)計(jì)為1.97g/cm3,封固井段為2800～3614.92m;鹽膏層厚1138m,固井質(zhì)量?jī)?yōu)良。

土庫(kù)曼斯坦 阿姆河右岸 鹽膏層 鹽水水泥漿 固井 San-21井

0 引言

阿姆河右岸B區(qū)塊位于土庫(kù)曼斯坦國(guó)查爾朱市東北方向與烏茲別克斯坦國(guó)交界處,阿姆河盆地東北部的查爾朱大型斷階構(gòu)造帶(在阿姆河臺(tái)向斜),油氣富氣聚集帶。阿姆河盆地油氣勘探工作始于1929年,1953年在烏茲別克的Setalatepe首次發(fā)現(xiàn)了工業(yè)性天然氣,到現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)了130多個(gè)油氣田,其中以氣田為主,主要分布于盆地的北部和東部。上侏羅統(tǒng)啟莫里組—提塘階組鹽膏巖層是全區(qū)主要蓋層,厚度為900～1200m,分布廣泛,良好封閉了上侏羅統(tǒng)卡洛夫組—牛津階組碳酸鹽巖儲(chǔ)層中的天然氣。因此,如何安全快速地鉆穿鹽膏層是實(shí)現(xiàn)該盆地油氣勘探突破的首要問(wèn)題;而良好的固井質(zhì)量,則是油氣井順利鉆達(dá)設(shè)計(jì)井深、完成油氣勘探任務(wù)的關(guān)鍵。

1 地質(zhì)特征

阿姆河右岸B區(qū)塊上侏羅統(tǒng)啟莫里組—提塘階組潟湖相鹽膏巖層埋藏深度為2200～3600m,是該地區(qū)的鉆井復(fù)雜地層,平均鹽膏巖層厚度為1000m,局部含高壓鹽水。此外,由于鹽巖層的塑性流動(dòng)特性,極易引起井下復(fù)雜,也容易發(fā)生塑性流動(dòng)、擠毀套管等事故。

2 工程難點(diǎn)

2.1 開(kāi)發(fā)初期工程事故頻發(fā)

該區(qū)塊勘探歷程長(zhǎng),早、中期技術(shù)不過(guò)關(guān),造成已鉆的170口探井和評(píng)價(jià)井中30%左右為工程報(bào)廢井(其中大部分井未鉆遇目的層),30%左右為地質(zhì)報(bào)廢井,40%左右為勘探成功井。該構(gòu)造Pir-4井用密度為1.68g/cm3的鉆井液鉆過(guò)該井段;而Pir-3井用密度為1.45g/cm3的鉆井液鉆過(guò)該段,遇高壓鹽水強(qiáng)烈上竄,導(dǎo)致氣井報(bào)廢。

2.2 井身質(zhì)量變化大

該區(qū)塊內(nèi)鹽膏層的多樣性和復(fù)雜性,鹽層的厚度大(上鹽層平均厚度為500m,下鹽層平均厚度為200m),底部的硬石膏地層硬度大。使鉆井周期變長(zhǎng),部分鹽層井段擴(kuò)徑或石膏層井段縮徑,使井眼不規(guī)則,井徑、井斜變化大,部分井鹽膏層段平均井徑擴(kuò)大率高達(dá)15%。2.3 地層流體影響大

鹽膏層間可能存在高壓鹽水或石膏層夾氣層,鉆進(jìn)時(shí)需要考慮鹽水對(duì)鉆井液的污染及井控安全;固井時(shí)一方面要考慮水泥漿的抗鹽能力,另一方面還要考慮水泥漿的防竄能力[1-2]。

2.4 對(duì)套管強(qiáng)度和開(kāi)發(fā)壽命的影響

該區(qū)塊鹽膏層具有一定的蠕變性,鄰近Pir-21井及區(qū)塊內(nèi)多口已鉆井發(fā)現(xiàn)鉆至下石膏層至井底時(shí)起下鉆中有多處遇阻點(diǎn),其中通過(guò)鹽層段正常,通過(guò)石膏層段困難,經(jīng)反復(fù)正、倒劃眼并調(diào)整加重鉆井液后正常,通過(guò)鹽膏層段鉆井液平均密度為1.92g/cm3。鹽膏層蠕動(dòng)會(huì)嚴(yán)重破壞水泥環(huán),使套管擠毀變形,嚴(yán)重影響了后續(xù)作業(yè)和氣井壽命,甚至使氣井報(bào)廢[3-15]。

3 固井技術(shù)

3.1 合理的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在鹽膏層這類塑性流動(dòng)地層,套管承受的實(shí)際外擠力可能遠(yuǎn)大于上覆地層壓力,因而一般高強(qiáng)度套管本身的強(qiáng)度很難抵御這樣大的外擠力。因此,在鹽膏層井段采用下入具有125TT鋼級(jí),壁厚為15.88mm的?250.8mm外加厚套管并作好強(qiáng)度校核。套管鞋坐在啟莫里組—提塘階組(高爾達(dá)克層)下部硬石膏底部,完全穿越鹽膏層后完鉆。

3.2 鹽膏層蠕變速率的檢測(cè)和控制

在鉆完鹽膏層后,第一趟鉆通井,在電測(cè)前到電測(cè)后通井前安排一段靜止觀察時(shí)間,然后再下鉆通井,判斷鹽膏層蠕變速率,再下鉆到底檢查有無(wú)阻卡存在。若有阻卡存在,應(yīng)采取合理的通井措施消除并再次短起下鉆檢驗(yàn)合格后方可下套管固井。

3.3 欠飽和鹽水抗鹽水泥漿體系

在該地區(qū)鹽膏層鉆井時(shí)鉆井液密度較高,通過(guò)鹽膏層段鉆井液平均密度為1.92g/cm3。進(jìn)行該層次套管固井時(shí),當(dāng)鉆井液密度低于1.90g/cm3時(shí),采取欠飽和鹽水水泥漿體系,當(dāng)鉆井液密度大于1.90g/cm3時(shí),采取鈦鐵礦加重的高密度欠飽和鹽水水泥漿體系,拉開(kāi)鉆井液與水泥漿密度差;除要滿足正常施工所需的稠化時(shí)間、失水控制和抗壓強(qiáng)度要求外,還要充分考慮水泥漿體的沉降穩(wěn)定性和高流動(dòng)性。

3.4 合理的環(huán)空液柱組合進(jìn)行平衡壓力固井設(shè)計(jì)

認(rèn)識(shí)到巨厚虛濾餅對(duì)固井質(zhì)量的影響,施工前在藥水隔離液前注入優(yōu)質(zhì)抗鈣沖洗性能好的輕質(zhì)鉆井液,達(dá)到減少水泥漿對(duì)鉆井液的污染和增加對(duì)井壁的進(jìn)一步?jīng)_洗清潔的目的。同時(shí)結(jié)合實(shí)測(cè)井徑合理布置隔離液數(shù)量,進(jìn)行動(dòng)、靜平衡壓穩(wěn)校核。

3.5 提高套管的居中度

在?250.8mm外加厚套管段加入彈性套管扶正器,盡可能地使套管居中,提高頂替效率,從而提高固井質(zhì)量。

裸眼段扶正器安放原則:根據(jù)井徑和地層決定,在鹽膏層井徑擴(kuò)大率小并且規(guī)則段適當(dāng)加密,使套管與地層之間形成一個(gè)完整的水泥環(huán),使套管負(fù)荷均布,消除點(diǎn)載荷與不均勻載荷對(duì)套管的損壞。

3.6 了解地層承壓情況,優(yōu)化施工參數(shù),提高頂替效率

根據(jù)上層?339.7mm套管鞋處地層承壓情況,結(jié)合環(huán)空液柱組合優(yōu)化注水泥及替鉆井液施工參數(shù),做到在井下不漏失的情況下實(shí)現(xiàn)大排量頂替,從而提高頂替效率。

4 San-21井鹽膏層技術(shù)套管固井實(shí)例

4.1 該井概況

桑迪克雷氣田位于阿姆河右岸B區(qū)塊的中部地區(qū),屬于查爾朱斷階桑迪克雷古隆起帶。該井的目的是查明桑迪克雷構(gòu)造特征,探明卡洛夫組—牛津階組含油氣性,兼探中下侏羅統(tǒng)。該次第3次開(kāi)鉆?311.2mm鉆頭鉆至3616m啟莫里階組鹽膏層底中完鉆,?244.5mm+?250.8mm的復(fù)合技術(shù)套管(2325.58～3614.92m下?250.8mm125TT外加厚套管)下到3614.92m,封隔鹽膏層及鹽上含氣層。

4.2 氣井情況

1)氣測(cè)異常顯示:從3613m至井深3614m,啟莫里階組為泥巖層,氣測(cè)值最高為95.5673%,當(dāng)時(shí)鉆井液密度為1.75g/cm3,后加重鉆井液至1.85g/cm3井下正常,下套管、固井前鉆井液密度為1.85g/cm3,見(jiàn)表1。

2)鉆至3575m處遇卡,泡酸后未解,注入低黏切鉆井液后解卡,后鉆進(jìn)正常。

3)第一趟通井有多處遇阻點(diǎn),經(jīng)反復(fù)劃眼通井正常后,下套管正常。第一級(jí)固井裸眼電測(cè)平均井徑為358.49mm,井徑擴(kuò)大率為15.19%,2625m最大井徑為471.8mm,3160m最大井斜為12.9°,方位284.7°。

4.3 固井技術(shù)方案

采用雙級(jí)固井工藝,分級(jí)箍定在2267.2m。?244.5mm+?250.8mm的復(fù)合技術(shù)套管(2325.58～3614.38m下?250.8mm125TT外加厚套管)下到3614.92m。為了套管的順利下入,根據(jù)第一趟通井及電測(cè)情況,對(duì)復(fù)雜井段進(jìn)行有目的地劃眼,保證井眼通過(guò)能力。最后一趟鉆通井起鉆前,在井底至2800m墊入4%的玻璃微球鉆井液,降低摩阻,便于套管順利下入。第一級(jí)固井采用抗鹽兩凝欠飽和鹽水水泥漿體系。緩凝水泥漿密度設(shè)計(jì)為1.94g/cm3,封固井段為2267～2800m,快干水泥漿密度設(shè)計(jì)為1.97g/ cm3,封固井段為2800～3614.92m。

表1 施工前鉆井液性能表

4.4 鹽膏層段固井質(zhì)量

鹽膏層段固井質(zhì)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,鹽膏層段2476～3614m,鹽膏層厚為1138m;其中固井質(zhì)量好為719.95m,占63.26%。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)該區(qū)塊通過(guò)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、固井管串結(jié)構(gòu)、環(huán)空液柱結(jié)構(gòu),保證了鹽下鉆探作業(yè)的安全。

2)逐漸形成了該區(qū)塊有針對(duì)性的鹽膏層固井工藝技術(shù)措施,確保施工順利,提高了鹽膏層段的固井質(zhì)量。

[1]張德潤(rùn),張旭.固井液設(shè)計(jì)與應(yīng)用:下冊(cè)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000.

[2]劉崇建.油氣井注水泥理論和應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001.

[3]王樹(shù)平,李治平,陳平,等.高溫油氣引發(fā)套管附加載荷預(yù)防模型[J].天然氣工業(yè),2007,27(9):67-71.

[4]王希勇,熊繼有,鐘水清,等.川東北井漏現(xiàn)狀及井漏處理對(duì)策研究[J].鉆采工藝,2007,30(2):135-137.

[5]劉德平,付華才,吳林龍,等.川東深井固井技術(shù)[J].鉆采工藝,2005,27(1):16-17.

[6]練章華,韓建增,董事?tīng)?等.基于數(shù)值模擬的復(fù)雜地層套管破壞機(jī)理研究[J].天然氣工業(yè),2002,22(1):48-51.

[7]鉆井手冊(cè)(甲方)編寫(xiě)組.鉆井手冊(cè)(甲方)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1990.

[8]李克向.保護(hù)油氣層鉆井完井技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1993.

[9]萬(wàn)仁溥.現(xiàn)代完井工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000.

[10]劉崇建.國(guó)外油井注水泥技術(shù)[M].成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社,1992.

[11]張林海,郭小陽(yáng),李早元,等.一種提高注水泥質(zhì)量的可固化工作液體系研究 [J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào),2007,29(2):85-88.

[12]孫建成,王寶新,苗希慶.勝利油田郝科1井套管擠毀的啟示[J].石油鉆采工藝,1998,20(4):21-27.

[13]崔茂榮,馬勇.評(píng)價(jià)鉆井液濾餅對(duì)固井二界面膠結(jié)質(zhì)量影響的新方法[J].天然氣工業(yè),2006,26(12):92-93.

[14]謝應(yīng)權(quán),楊遠(yuǎn)光,彭志剛.礦渣固化鉆井液技術(shù)的高溫分散劑研究[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào),2004,26(3):65-67.

[15]張興國(guó),劉崇建,楊遠(yuǎn)光.水泥漿體系穩(wěn)定性對(duì)水泥漿失重的重要影響[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào),2004,26(3):68-70.

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.05.016

Chen Huaigao,senior engineer,is engaged in drilling research and management.

Add:No.3,Sec.1,Fuqing Rd.,Chengdu,Sichuan610051,P.R.China

Tel:+86-10-58179401 Mobile:+86-13618007674 E-mail:rqjcd@163.com

Cementing technologies for heavy thick salt-gypsum layers in the Amu Darya Right Bank Block B,Turkmenistan

Chen Huaigao1,Yu Jian1,Yue Shangwen1,Wang Yuejuan2
(1.Turkmenistan B ranch of Chuanqing Drilling Engineering Co.,L td.,CN PC,Chengdu,Sichuan610051, China;2.Dow nhole Service Company,Chuanqing Drilling Engineering Co.,L td.,CN PC,Chengdu,Sichuan610051,China)

The900-1200m thick salt-gypsum layer is discovered in the Kimmeridgian Formation of Jurassic Series in the Amu Darya Right Bank Block B,Turkmenistan.In the earlier drilling and exploration there,problems like a big variation in hole diameters, plastic flow of salt-gypsum rocks,and casing collapsing posed serious threat to the drilling and cementing construction.Based on an analysis of the characteristics of the salt-gypsum layer and the cementing difficulties,the following cementing technologies are proposed:①Optimizing the casing strength;②Detecting and controlling the creep rate of the salt-gypsum layer,improving the degree of casing center with the undersaturated salt-brine slurry system,and improving the displacement efficiency by achieving a high volume displacement without lost circulation based on the compression of the formation at upper?339.7mm casing shoe and the optimizing injection parameters of annulus fluid column combination.Taking the well San-21as a case study,we adopted the salt-resistant and undersaturated salt-brine slurry system with two-setting time in the first-stage cementing,which enables a segment of2267-2800.00m to be cemented by the slow-setting slurry with a density of1.94g/cm3and2800.00-3614.92m cemented by the quicksetting cement with a density of1.97g/cm3.The cementing quality was excellent at the salt-gypsum layer with1138.00m in thickness.

Turkmenistan,Amu Darya Right Bank,salt-gypsum layers,salt brine slurry,cementing,well San-21

book=66,ebook=522

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.05.016

2010-02-27 編輯 鐘水清)

中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司科研計(jì)劃科技現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目“土庫(kù)曼斯坦復(fù)雜鹽下氣田快速高效勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)”(編號(hào):2008-15)。

陳懷高,高級(jí)工程師;從事鉆井科研與管理工作。地址:(610051)四川省成都市府青路一段3號(hào)。電話:(010)58179401,13618007674。E-mail:rqjcd@163.com

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE5,pp.66-68,5/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)