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        插入法固井工藝在銀額盆地蒙阿左地1井的應(yīng)用

        2019-09-20 11:47:50黃曉林趙遠剛吳金生
        鉆探工程 2019年8期
        關(guān)鍵詞:井段固井插座

        黃曉林, 趙遠剛, 吳金生

        (中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所,四川 成都 611734)

        1 概況

        蒙阿左地1井是中國地質(zhì)調(diào)查局部署在銀額盆地拖萊凹陷尚丹坳陷的重點油氣調(diào)查井,位于內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善左旗烏力吉蘇木東南方向約21.8 km處,地表為戈壁灘。蒙阿左地1井于2017年7月28日開鉆,2017年10月24日完鉆,完鉆井深2520.5 m,完鉆口徑215.9 mm。

        蒙阿左地1井設(shè)計井深2500 m,一開采用?311 mm鉆頭,鉆至井深990.52 m,鉆穿新生界(第四系+新近系)及白堊系頂面風(fēng)化殼至灰色泥質(zhì)砂巖處,巖性穩(wěn)定,地層壓力約為10.5 MPa,可坐套管,一開完井井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。固井前鉆井液密度1.09 g/cm3,漏斗粘度45 s,鉆井循環(huán)排量36 L/s,泵壓3.5 MPa,固井前井徑及井斜見表1。

        圖1 蒙阿左地1井一開完井井身結(jié)構(gòu)

        井段/m平均井徑/mm最大井徑/mm最小井徑/mm最大井斜/(°)0~990.52332512.9288.50.8

        2 蒙阿左地1井固井工藝

        2.1 固井工藝的選擇

        為確保蒙阿左地1井二開鉆井及后續(xù)工作的順利進行,對表層套管進行固井施工,采用固井水泥漿加固井壁和套管,形成穩(wěn)固的水泥環(huán),保護井筒,提供穩(wěn)定的井眼。蒙阿左地1井為該區(qū)域的第1口井,半徑200 km內(nèi)無深井鉆井記錄,缺少鄰井資料作為參考,需根據(jù)實時鉆遇地層情況結(jié)束一開,進行固井施工,保證井身安全。本井鉆遇穩(wěn)定地層——灰色泥質(zhì)砂巖層時井深已達到990.52 m,導(dǎo)致表層套管固井井段較長。鉆井工程設(shè)計中要求下入的表層套管直徑為?244.5 mm,直徑較大。本井一開井段長、套管內(nèi)外環(huán)空大,采用常規(guī)固井方法作業(yè)風(fēng)險高、作業(yè)時間長,因此擬采用插入法固井工藝進行固井。

        插入法固井工藝在下入深度大的大直徑油氣井表層套管固井時,用下部連接有浮箍插頭的小直徑鉆桿插入套管的插座式浮箍(或插座式浮鞋),與環(huán)空建立循環(huán),用水泥車通過鉆桿向套管外環(huán)空注水泥漿,固井施工過程中固井水泥漿返出地面[1-4]。與傳統(tǒng)的固井施工方法相比,插入法固井工藝具有以下優(yōu)點:

        (1)能減少水泥漿在套管內(nèi)與鉆井液的摻混,縮短頂替鉆井液時間;

        (2)水泥漿可提前返出從而減少因附加水泥量過大而造成的浪費和環(huán)境污染;

        (3)固井所需替漿量較小,不但可以減少混漿使用量,而且易準(zhǔn)確計量;

        (4)不需要單獨儲備替漿用水,不需要大泵替漿;

        (5)單井可以節(jié)約30%左右的水泥,一般情況下,可以減少90%左右的替漿廢水的排放;

        (6)對于下入深度大的大直徑油氣井表層套管固井,可以有效提高固井質(zhì)量;

        (7)由于鉆桿空間較小,可大大減小水泥漿的污染,提高固井效率[5-12]。

        2.2 固井工藝設(shè)計

        2.2.1 套管串設(shè)計

        套管串結(jié)構(gòu)為:引鞋+?244.5 mm套管+插入式浮箍+磁定位器+?244.5 mm套管串,下入92根?244.5 mm套管,長986.38 m,浮鞋長0.53,下深987.28 m,使用扶正器30個,下部20根套管焊接加固,采用斷續(xù)焊,其焊縫長4~5 cm,焊縫間距2~2.5 cm,每下入20根套管灌入一次泥漿。套管柱參數(shù)見表2。

        2.2.2 鉆桿串設(shè)計

        表2 表層套管柱參數(shù)

        鉆桿串結(jié)構(gòu)為:內(nèi)插頭+?127 mm 加重鉆桿+?127 mm 鉆桿+方鉆桿,內(nèi)插頭接在鉆柱最下端鉆桿上,為保證插頭居中且順利插入插座,在鉆桿最下端的3根鉆桿接頭上分別加1個彈性扶正器。從套管內(nèi)下入鉆桿,當(dāng)插入頭接近插座5~8 m時接方鉆桿,邊循環(huán)邊下入鉆桿,下鉆至最后一個單根緩慢下放,待插座以上的沉砂沖洗干凈后,慢慢插入插座孔內(nèi),以防蹾壞密封面,并加一定壓力,形成密封。

        2.2.3 水泥漿量計算與配方

        根據(jù)套管串與鉆桿串環(huán)形容積計算得到累計容積為39.2 m3,施工時以實測井徑為準(zhǔn),按30%附加則預(yù)注水泥漿50.96 m3。

        設(shè)計水泥漿為G級油井水泥,實驗溫度45 ℃,水泥用量60 t,首漿低密度(地面-790 m)+尾漿高密度(790~986.80 m),水泥漿流變參數(shù)見表3。

        2.3 存在的風(fēng)險與預(yù)防措施

        采用插入法對蒙阿左地1井進行固井施工,若操作不當(dāng)則存在一定的風(fēng)險,主要體現(xiàn)為插頭與插座之間的密封會發(fā)生失效或防回壓失靈等事故,且這個過程不可逆,處理不當(dāng)將產(chǎn)生嚴(yán)重后果。蒙阿左地1井一開祼眼井段較長,井眼多處出現(xiàn)擴徑,加大了下入套管串的難度,增加了影響固井質(zhì)量的因素。為提高固井質(zhì)量,防止固井事故的發(fā)生,固井施工前做好充分的準(zhǔn)備工作,采取一定的技術(shù)措施和管理措施,避免事故的發(fā)生,保證插入法固井在本井的固井質(zhì)量,具體措施有:

        表3 水泥漿流變參數(shù)

        注:首漿為G級油井泥/普通漂珠(SD-96)/微硅+3.0%早強劑(G209)+1.2%降失水劑(G302)+0.1%緩凝劑(GH-1)+0.5%減阻劑(USZ)+0.05%消泡劑(SP-A)+井場水;尾漿為G級油井泥51 t+0.6%降失水劑(S901)+0.1%緩凝劑(GH-1)+0.3%減阻劑(USZ)+0.05%消泡劑(SP-A)+井場水。

        (1)細(xì)致檢查浮鞋、浮箍(含插座)、內(nèi)插頭及其密封墊質(zhì)量;內(nèi)管注水泥器屬易鉆材質(zhì),易損壞,宜輕裝輕放、勿碰撞;工具使用前做好檢查、保養(yǎng)和校核,確保井下工具、附件安全可靠。

        (2)在下套管和固井前做好通井工作,充分循環(huán)處理鉆井液,確保井內(nèi)無沉砂與井眼穩(wěn)定再下套管和注水泥,同時盡力減少回壓凡爾或回壓閥座被沖刷的時間。

        (3)做好鉆井液凈化工作,在下套管和下鉆過程中,套管柱內(nèi)和鉆具內(nèi)不得落入雜物,嚴(yán)禁有棕繩、棉紗、藥品袋等雜物進入井口和鉆具內(nèi),否則將造成插座浮鞋關(guān)閉失靈。

        (4)按照井壁巖性的結(jié)構(gòu)特點,優(yōu)化固井水泥漿(優(yōu)化水泥漿外加劑、減阻劑與早強劑的配比),對施工工序進行仔細(xì)的研究,確定最佳的水泥漿凝固時間,保證達到預(yù)期的水泥環(huán)質(zhì)量。

        (5)固井施工過程中,以固井施工設(shè)計為準(zhǔn)則,按設(shè)計要求組織施工,對固井施工過程進行實時監(jiān)控和管理。

        (6)加強環(huán)保意識,在地表對廢泥漿、水泥漿進行隔離、回收、固化處理,減小對當(dāng)?shù)丨h(huán)境的污染[13-16]。

        2.4 固井工藝流程

        按固井施工設(shè)計要求先后下入套管串和鉆桿串后,接入固井設(shè)備,檢查各器具、設(shè)備及各通道無誤后開始準(zhǔn)備注漿。

        蒙阿左地1井插入法注漿的具體流程為:注入前置液→注入水泥漿→替入頂替液→放回壓檢查回壓閥是否倒流→上提鉆桿循環(huán)出多余的水泥漿,注漿流程示意見圖2。

        圖2 蒙阿左地1井插入法注漿流程示意圖

        具體施工過程為:注前置液(清水)10 m3,注壓為1 MPa,返高約250 m;注水泥漿,水泥漿為G級油井水泥,密度為1.40~1.69 g/cm3,平均密度為1.59 g/cm3,API失水量≤150 mL,流動度≥22 cm,抗壓強度(48 h)≥12 MPa,共注水泥漿51 m3,注漿壓力2 MPa,水泥返出地面后注入密度為1.85~1.95 g/cm3的高密度水泥漿,注入2.4 m3;注頂替液(清水),共注9.5 m3,水泥塞處替0.3 m3,留0.25 m3水泥漿,置替壓力為3~9 MPa,上提鉆桿循環(huán)出多余的水泥漿,固井結(jié)束,候凝48 h。

        3 固井質(zhì)量評價

        固井結(jié)束48 h后,井壁環(huán)腔水泥漿完成凝固,采用ECLIPS5700成像測井儀下入套管內(nèi)對固井質(zhì)量進行聲波變密度測井,測量井段為0~986.80 m。從所得的聲波變密度成像數(shù)據(jù)解釋,表明測量井段內(nèi)80%左右井段膠結(jié)較好,10%左右的井段水泥膠結(jié)有缺陷,出現(xiàn)空洞。分析造成小部分膠結(jié)缺陷的原因主要是水泥灌車送水泥的速度波動,送量不均勻,兩輛灌車切換銜接不順暢,導(dǎo)致水泥漿密度出現(xiàn)波動。

        通過測井解釋蒙阿左地1井固井井段總體上膠結(jié)較好,特別是關(guān)鍵井段水泥膠結(jié)良好,一開固井質(zhì)量合格。

        4 經(jīng)濟性分析

        對蒙阿左地1井一開固井施工采用插入法和模擬常規(guī)方法固井的相關(guān)技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進行記錄與計算(詳見表4)。插入法固井施工時間為1.18 d,若采用常規(guī)注水泥施工時間為2.03 d。通過經(jīng)濟性對比分析,兩種注水泥固井施工方法相比較,插入法節(jié)約施工時間0.85 d,節(jié)約水泥2.9 t,節(jié)約施工用水3.5 t,節(jié)約柴油3.0 t,共計節(jié)約費用5.90萬元。

        表4 固井施工各項技術(shù)和經(jīng)濟指標(biāo)

        5 結(jié)論

        (1)在缺乏鄰井資料的情況下,蒙阿左地1井作為銀額盆地尚丹坳陷拖萊凹陷的首口油氣調(diào)查風(fēng)險探井,在銀額盆地區(qū)域完成大直徑、長井段表層套管固井施工,成功解決了長井段固井質(zhì)量差的難題。

        (2)插入法固井技術(shù)方法縮短了施工時間、節(jié)約了生產(chǎn)用水、油井水泥和柴油等材料,施工效率提高了42%、施工成本降低了30%。

        (3)插入法固井在下入深度大的大直徑表層套管固井中所需水泥漿量少、替漿量少,施工時間短,固井質(zhì)量可靠,在本井固井中具有較明顯的優(yōu)點,并且插入法固井技術(shù)是一種環(huán)保、高效和低成本的固井技術(shù)方法,是實施大直徑地質(zhì)調(diào)查與探采結(jié)合井表層套管固井施工的優(yōu)選方案,為后續(xù)在銀額盆地區(qū)域開展的油氣井固井施工提供參考。

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