陳福軍(中國石油遼河油田公司,遼寧 盤錦 124010)
在硬脆性泥巖層發(fā)育的區(qū)塊所鉆井井徑極不規(guī)則,易形成大段糖葫蘆井眼或“大肚子”井段。井徑擴大率大和井徑不規(guī)則直接影響固井水泥漿的頂替效率和水泥環(huán)封固質(zhì)量,同時也增加了施工風(fēng)險。
1.1 排量設(shè)計
在井徑較大段很難實現(xiàn)紊流頂替,如增大排量,上部小井徑段環(huán)空易堵塞,泵壓上升,設(shè)備難以承受。塞流適用于擴大了的井眼,實施條件:不易達到紊流頂替排量的要求;滿足控制環(huán)空流速V<0.45m/s。
對硬脆性泥巖層區(qū)塊完鉆井井徑曲線圖變化進行統(tǒng)計,固井施工時以保油層段固井質(zhì)量為主,可在油層段進行塞流頂替,上部采用正常排量實現(xiàn)大部分紊流頂替。塞流頂替設(shè)計準則為環(huán)空流速限制在0.45m/s以下。
1.2 套管居中設(shè)計
利用剛性扶正器、雙弓彈性扶正器綜合利用,保證套管居中度在67%以上,提高頂替效率。
1.3 水泥漿流變性能設(shè)計
根據(jù)水泥漿臨界返速公式,塞流:Rec=100,紊流:Rec=3470-1370n,求得
為了實現(xiàn)紊流—塞流復(fù)合頂替技術(shù),要求水泥漿必須滿足:
QW=(33-40l/s)情況下能實現(xiàn)紊流頂替;Qs=(3.3-6l/s)情況下能夠?qū)崿F(xiàn)塞流頂替。
以鉆頭尺寸為井眼計算,實現(xiàn)塞流頂替,須要保證環(huán)空返速小于0.45m/s。
當(dāng)QW、Qs確定情況下,可求n值、k值。
表1 不同井徑和不同排量條件下實現(xiàn)復(fù)合頂替水泥漿稠度系數(shù)K的要求
1.4 流體結(jié)構(gòu)及性能設(shè)計
采用低粘切鉆井液+紊流前置液+G33S水泥漿+BXF-200L水泥漿結(jié)構(gòu)。
低粘切鉆井液:固井前應(yīng)適當(dāng)降低泥漿的切力、粘度和密度,以增大其和水泥漿之間性能的差距,提高頂替效率。
紊流前置液:前置液達到紊流在提高固井質(zhì)量上有重要作用。以滿足7-IOmin接觸時間,或占環(huán)空高度300m為準,原則是不會發(fā)生嚴重氣侵或不會造成嚴重坍塌。
1.5 配套技術(shù)措施--增加水泥與井壁接觸時間
根據(jù)井徑情況,直井適當(dāng)加大水泥漿附加量,定向井按100%附加量,依靠水泥漿分層次沖刷井壁。注入三段不同密度水泥漿,1.50G33S稀水泥漿+1.88G33S主漿+1.90BXF-200L尾槳,其流體流速剖面形成層層推進之勢,有效提高頂替效率。
2.1 硬脆性泥巖層區(qū)塊鉆井基本情況
封固段井徑不規(guī)則,井徑最大段3700-4200m,井徑在300-400mm之間,最小段2400-2800m,井徑在210mm左右,封固段平均井徑251mm,平均擴大率17%,油層3900-4200m。
2.2 固井前鉆井液性能調(diào)整
完鉆時:密度1.45 g/cm3,粘度70 s,初切4 Pa,終切7 Pa,塑粘25 MPa·s,動切13 Pa;
固井前調(diào)整:密度1.44g/cm3,粘度50 s,初切2 Pa,終切3 Pa,塑粘18 MPa·s,動切5.5Pa。
以設(shè)計紊流—塞流頂替排量中的紊流排量循環(huán)至少2周以上,注入膠液,降低鉆井液屈服值、塑性粘度、初終切力。
2.3 前置液和水泥漿性能
前置液:密度1.02 g/cm3,n=0.52,K=0.5 Pa.sn;
G33S稀水泥:密度1.6 g/cm3,n=0.44,K=0.87 Pa.sn,API失水75 mL;
G33S主漿:密度1.86 g/cm3,n=0.61,K=0.38Pa.sn,API失水56 mL;
BXF-200L尾漿:密度1.9 g/cm3,n=0.62,K=0.4 Pa.sn,API失水33 mL。
2.4 紊流-塞流臨界頂替排量
前置液:紊流27 L/s,塞流3 L/s;
G33S稀水泥:紊流29 L/s,塞流3.2 L/s;
G33S主漿:紊流33L/s,塞流3.5 L/s;
BXF-200L尾槳:紊流35 L/s,塞流3.5 L/s。
2.5 現(xiàn)場施工
前置液 27 m3,水泥漿 112m3,壓塞 2m3,大排量替漿 20m3,小排量替漿、碰壓10 m3。
2.6 固井質(zhì)量
該技術(shù)在硬脆性泥巖層區(qū)塊試驗應(yīng)用11井次,固井質(zhì)量合格率98%,優(yōu)質(zhì)率55%,固井中未出現(xiàn)任何壓力異常,固井質(zhì)量得到提高,施工風(fēng)險得到降低。
3.1 通過排量設(shè)計、水泥漿n、k值的調(diào)整、套管居中設(shè)計、流體結(jié)構(gòu)及性能設(shè)計,以及其它技術(shù)措施,在水泥漿頂替過程中實現(xiàn)紊流-塞流復(fù)合頂替,井徑不規(guī)則井眼固井優(yōu)質(zhì)率得到大幅提高,同時降低了固井施工風(fēng)險;
3.2 通過復(fù)合頂替固井技術(shù)研究,提高了固井質(zhì)量,減少了固井失敗的補救時間和費用,同時為其它復(fù)雜區(qū)塊固井提供寶貴的經(jīng)驗。
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