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        尾管回接固井技術(shù)在渤海油田潛山氣藏開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

        2022-01-08 07:32:10竇蓬祝國(guó)偉鐘聲馬宏偉付常春
        關(guān)鍵詞:作業(yè)

        竇蓬,祝國(guó)偉,鐘聲,馬宏偉,付常春

        1.中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司(天津 300459)

        2.海洋石油高效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京 102249)

        3.中海油能源發(fā)展股份有限公司(天津 300459)

        0 引言

        渤中19-6 大型凝析氣田是渤海灣盆地迄今發(fā)現(xiàn)的最大的天然氣田,儲(chǔ)量超千億立方米,蘊(yùn)含巨大勘探開(kāi)發(fā)潛力,是未來(lái)渤海油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要支撐[1]。渤中19-6-X 井是區(qū)域開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的第一口生產(chǎn)井,設(shè)計(jì)井深5 073 m,垂深4 717 m。開(kāi)發(fā)主要層位為太古界潛山凝析氣藏,儲(chǔ)層溫度175 ℃,壓力系數(shù)1.15。該井為高溫氣井,為滿(mǎn)足氣井生產(chǎn)及油套管防腐要求[2-3],與產(chǎn)層流體接觸須采用高等級(jí)防腐管材,衡量比較Φ177.8 mm 尾管回接的綜合成本(管材成本、固井成本、操作成本)與Φ244.5 mm 套管整體防腐升級(jí)成本,同時(shí)考慮增加1 層井身結(jié)構(gòu)對(duì)井筒完整性的貢獻(xiàn)[4],決定采用Φ177.8 mm 尾管回接方式對(duì)潛山氣藏進(jìn)行開(kāi)發(fā),尾管扣型為T(mén)SH563氣密扣,材質(zhì)為13CrS-TN110。

        至此,確定渤中19-6-X 井的套管程序?yàn)棣?62 mm 隔水導(dǎo)管+Φ508 mm 套管+Φ339.7 mm 套管+Φ 244.5 mm 套管+Φ177.8 mm 尾管,回接筒深度3 390 m,尾管下入后采用Φ152.4 mm井眼鉆開(kāi)儲(chǔ)層,完井結(jié)束后尾管回接至井口,進(jìn)行采氣作業(yè)。

        1 尾管回接固井技術(shù)難點(diǎn)

        潛山氣藏尾管回接固井技術(shù)主要面臨深部尾管回接和固井工藝兩方面難點(diǎn)[5-6]:

        1)采用尾管回接技術(shù)開(kāi)發(fā)潛山氣藏在渤海油田尚屬首次,可借鑒經(jīng)驗(yàn)少,回接筒深度普遍在3 500 m以下,回接段長(zhǎng),作業(yè)難度大。

        2)儲(chǔ)層揭開(kāi)后再回接,裸眼暴露面積大、暴露時(shí)間長(zhǎng),儲(chǔ)層保護(hù)要求高。頂部封隔器以下長(zhǎng)時(shí)間聚集大量氣體,解封后井控風(fēng)險(xiǎn)高。

        3)井底靜止溫度高達(dá)175 ℃以上,高溫條件對(duì)水泥漿性能影響巨大,易導(dǎo)致水泥孔隙度增大,破壞固井一界面膠結(jié),降低了固井質(zhì)量。

        4)開(kāi)發(fā)潛山層位氣井,產(chǎn)氣量大,固井易發(fā)生氣竄,CO2含量高,對(duì)水泥石及套管腐蝕強(qiáng),若固井質(zhì)量不合格或回接后井筒完整性不能滿(mǎn)足要求,將存在環(huán)空帶壓或井口抬升風(fēng)險(xiǎn),影響地面設(shè)備布局,嚴(yán)重威脅油田生產(chǎn)安全[7]。

        綜上,采用尾管回接固井技術(shù),既要確?;亟映晒β?,又要提高回接位置及套管重疊段的固井質(zhì)量,同時(shí)兼顧潛山裂縫性地層氣量大、易漏失的特點(diǎn),滿(mǎn)足油田開(kāi)發(fā)需求。

        2 尾管回接技術(shù)

        2.1 作業(yè)步驟的制定

        針對(duì)上述作業(yè)難點(diǎn),對(duì)該技術(shù)開(kāi)展調(diào)研并結(jié)合國(guó)內(nèi)海上油田實(shí)際情況[8-9],制定了主要施工步驟:①215.9 mm(8?″)井眼鉆至中完井深,卡準(zhǔn)潛山界面深度,控制進(jìn)潛山頂深度在2 m 以?xún)?nèi);②下入177.8 mm(7″)尾管,內(nèi)掛在244.5 mm(9″)套管鞋以上200 m 位置,第一次固井作業(yè)封隔裸眼環(huán)空以及套管重合段;③組合152.4 mm(6″)井眼鉆具,鉆儲(chǔ)層段至完鉆井深,起鉆至井口;④儲(chǔ)層段內(nèi)下入防砂篩管;⑤為防止尾管回接期間污染儲(chǔ)層、堵塞篩管以及井控風(fēng)險(xiǎn),下入封隔器隔離儲(chǔ)層,封隔器上傾倒陶粒,陶粒上部墊稠塞;⑥轉(zhuǎn)入尾管回接作業(yè),下入回接筒磨銑工具清刮回接筒頂面;⑦下入尾管回接密封工具,尾管回接至井口,第二次固井作業(yè),封隔全部套管重合段;⑧鉆套管附件及水泥塞,鉆具下至封隔器以上位置,大排量循環(huán)沖洗陶粒至返出干凈;⑨下鉆桿解封封隔器,為防止抽吸控制起鉆速度,起至井口;⑩轉(zhuǎn)入后續(xù)完井作業(yè)。

        通過(guò)以上步驟,可以保證在后期尾管回接、鉆水泥塞期間儲(chǔ)層封隔,降低儲(chǔ)層污染及井控風(fēng)險(xiǎn)。

        2.2 尾管回接裝置

        考慮到尾管掛與回接工具的匹配性,尾管掛及回接裝置均選擇了威德福公司提供的技術(shù)方案,回接管串結(jié)構(gòu)如圖1 所示,尾管回接裝置主要包括磨銑工具、回接密封插頭、節(jié)流浮箍?;亟优涮坠ぞ?、尾管掛、浮箍、浮鞋中的橡膠密封材料的耐高溫性能在204 ℃以上,滿(mǎn)足該井的固井要求。

        磨銑工具從下至上由銑柱、銑錐、配長(zhǎng)短接組成。其中,銑柱用于清刮回接筒內(nèi)部水泥環(huán),其外徑略小于回接筒內(nèi)徑,可以有效地清刮作業(yè)后殘留的水泥環(huán);銑錐主要用于修整回接筒頂部倒角,其磨銑位置的角度與回接筒原有角度相吻合,通過(guò)小鉆壓、小轉(zhuǎn)速修整回接筒,保證回插后的密封效果。

        尾管回接密封工具由回接插頭、配長(zhǎng)短套管、節(jié)流浮箍組成。回接插頭長(zhǎng)度與回接筒相匹配,底部為斜口引鞋,下部4 道密封盤(pán)根外徑與回接筒內(nèi)徑相匹配,有效保證插入密封成功率;盤(pán)根中間位置開(kāi)有循環(huán)孔,可通過(guò)打壓后上提下放管柱使循環(huán)孔位置流道變化而產(chǎn)生壓力變化判斷插入位置。

        節(jié)流浮箍在底部凡爾座上開(kāi)有小孔,在尾管下入過(guò)程中與環(huán)空聯(lián)通實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌漿,插入后釋放下部液柱向上壓力,確保插入順利,節(jié)流浮箍采用樹(shù)脂及水泥材質(zhì),使用牙輪鉆頭充分研磨后無(wú)大塊膠塞。

        2.3 回插作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案的制定

        固井結(jié)束后的回插作業(yè)是整個(gè)尾管回接的高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié),高溫下水泥漿稠化速度快,如果在短時(shí)間內(nèi)回接插頭無(wú)法插入,井筒完整性將無(wú)法保證,意味著整個(gè)作業(yè)的失敗。

        回插作業(yè)中,泵壓和鉆壓兩個(gè)參數(shù)最為直觀(guān),可以通過(guò)這兩個(gè)參數(shù)的變化判斷井下工具的相對(duì)位置:當(dāng)鉆壓有顯示而泵壓無(wú)增長(zhǎng),表示插入頭未能插入,可嘗試?yán)^續(xù)下放1~2 t;如無(wú)效果,則旋轉(zhuǎn)套管90°,再次嘗試下放;如多次嘗試仍無(wú)法插入,則嘗試下壓旋轉(zhuǎn)套管。如泵壓上漲而鉆壓無(wú)顯示,表示下2道盤(pán)根已順利插入,泄壓后繼續(xù)下放,直至有鉆壓顯示,對(duì)比插入的距離與測(cè)量的密封長(zhǎng)度,確認(rèn)后打壓驗(yàn)封。為了進(jìn)一步避免降低固井后插入失敗風(fēng)險(xiǎn),可以將循環(huán)孔作為水泥漿流動(dòng)通道,保證插頭循環(huán)孔以下一直在回接筒內(nèi)部,膠塞碰壓后,可直接下插到位。

        考慮回接固井期間,注水泥、頂替、碰壓均將造成回接管串軸向的拉伸收縮量,可以進(jìn)一步精確控制井口方余。也可以通過(guò)固井放回水后的回水量與壓力的減少來(lái)判斷出插頭插入的情況。

        通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案的制定和對(duì)管柱長(zhǎng)度的精確預(yù)判,可以在一定程度上應(yīng)對(duì)回插作業(yè)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

        3 固井配方改進(jìn)

        3.1 低密度耐高溫防氣竄水泥漿配方研制

        根據(jù)潛山長(zhǎng)裸眼段易漏失特點(diǎn)和高溫氣井的固井要求,研制了低密度耐高溫防氣竄水泥漿體系[10-13],將其運(yùn)用于尾管固井及回接后的固井作業(yè)中。

        為提升水泥漿體系抗漏失能力,在漂珠水泥體系中添加膠乳聚合物體系以及水力尖劈堵漏材料。同時(shí)在水泥漿體系內(nèi)加入膨脹劑,降低氣竄風(fēng)險(xiǎn),提高固井質(zhì)量。

        油井水泥石高溫條件下的主要水化產(chǎn)物是硬硅鈣石,硬硅鈣石晶粒明顯粗化,進(jìn)而破壞了加砂油井水泥石原有結(jié)構(gòu),使其抗壓強(qiáng)度降低,添加硅粉可以在水化早期消耗Ca(OH)2晶體,促進(jìn)水泥水化速度與程度,填充水泥硬化漿體中的微細(xì)孔隙,改善水泥硬化漿體的微觀(guān)結(jié)構(gòu),達(dá)到提高強(qiáng)度、防止水泥石衰退的目的。該井采用了“小顆粒+大顆?!钡募?jí)配設(shè)計(jì)思路,將C-Si70 粗硅砂、C-Si100 粗硅粉、C-Si300普通硅粉和C-Si800超細(xì)硅粉進(jìn)行復(fù)配(圖2),小顆粒減小高溫結(jié)晶反應(yīng)生成物,減弱應(yīng)力分布;大顆粒表面部分反應(yīng)后,形成“骨架”結(jié)構(gòu),增加強(qiáng)度。

        圖2 “小顆粒+大顆?!奔?jí)配設(shè)計(jì)思路示意圖

        由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,溫度150 ℃,壓力62 MPa,水泥漿稠化時(shí)間為210 min,稠化曲線(xiàn)平滑無(wú)臺(tái)階,近直角稠化,水泥漿性能良好。

        3.2 前置液優(yōu)化設(shè)計(jì)

        采用抗高溫隔離液與加重沖洗液,利用逐級(jí)提高壁面剪切應(yīng)力原理,清潔井眼,提高水泥界面膠結(jié)質(zhì)量,并且前置液與水泥漿有良好的相容性。

        沖洗液配方為:17.0%PC-W40L(表面活性劑)+1.2%PC-W30S(提黏劑)+PC-D30(錳鐵礦粉)+1%PC-X60L(消泡劑),使用粗細(xì)顆粒搭配的鐵礦粉加重至泥漿密度,保證紊流沖洗大于10 min,提高沖洗效果。

        抗高溫堵漏隔離液配方為:2.5%PC-S32S(雙作用隔離液)+8.5%PC-W40L(表面活性劑)+1%PCX60L(消泡劑)+PC-SEALBOND SPACER(防漏固壁劑)+重晶石+PC-B62S(增韌堵漏劑),黏度高于泥漿黏度20 s左右,密度和泥漿密度一致。

        4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        4.1 磨銑作業(yè)

        在回接之前,首先下入磨銑工具對(duì)回接筒內(nèi)表面進(jìn)行磨銑,以保證回接筒內(nèi)無(wú)毛刺或水泥塊,提高插入回接裝置密封可靠性。

        1)在靠近回接筒頂部之前降低下鉆速度,記錄上提下放重量。

        2)連接完最后一柱鉆具后接好頂驅(qū),開(kāi)泵建立循環(huán),記錄排量0.8 m3/min時(shí)的泵壓,保持0.8 m3/min的排量緩慢下放鉆具探底,注意觀(guān)察懸重及泵壓的變化,一旦看到壓力波動(dòng),停止下放,停泵,在鉆桿上做好標(biāo)記。

        3)上提管柱7.5 m,開(kāi)泵循環(huán)(排量0.8 m3/min),同時(shí)以20~25 r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)鉆具,保持旋轉(zhuǎn)同時(shí)緩慢下放鉆具直到將鉆桿上的標(biāo)記點(diǎn)放到轉(zhuǎn)盤(pán)面位置。保持旋轉(zhuǎn)繼續(xù)緩慢下放鉆具,控制下放位置不能超過(guò)標(biāo)記點(diǎn),避免磨銑工具碰到回接筒內(nèi)底部的封隔器,下放到位后緩慢將鉆具提到標(biāo)記的位置,然后重復(fù)上述操作,磨銑回接筒。

        4)當(dāng)扭矩趨于穩(wěn)定后證實(shí)回接筒內(nèi)壁已經(jīng)清理干凈,回接筒內(nèi)壁清理完畢后將鉆具提到回接筒頂部,開(kāi)泵大排量循環(huán),將井內(nèi)碎屑循環(huán)干凈,處理鉆井液。

        4.2 回接固井作業(yè)

        1)下入回接套管串時(shí),在井口組合套管串:177.8 mm(7″)回接密封插頭+177.8 mm(7″)套管+節(jié)流浮箍+177.8 mm(7″)套管+變扣。

        2)最后一根套管提前接好固井快速接頭,下入至回接筒以上至少5 m,稱(chēng)重。開(kāi)泵循環(huán)5 min 后,開(kāi)泵0.2 m3/min 排量緩慢下放。壓力上升后,立即停泵,放壓。保持放壓閥敞開(kāi),在套管上做標(biāo)記。

        3)繼續(xù)下放并丈量下放距離,直到回接密封插頭全部插入回接筒,見(jiàn)到明顯的遇阻顯示。對(duì)比插入的距離與測(cè)量的密封長(zhǎng)度,確認(rèn)回接插頭接箍坐到回接筒頂,做標(biāo)記。

        4)回接密封插頭試壓:分別打壓3.45 MPa(500 psi)×3 min;6.90 MPa(1 000 psi)×5 min對(duì)回接密封試壓,驗(yàn)封成功后放壓到零,拆循環(huán)頭,連接套管水泥頭和固井管線(xiàn)。

        5)打壓3.45 MPa(500 psi),帶壓緩慢上提,將循環(huán)孔提到回接筒以上,壓力降到零后,停止上提,做標(biāo)記,此次為循環(huán)孔提出回接筒位置。

        6)按照正常固井設(shè)計(jì)程序進(jìn)行固井作業(yè),投膠塞,替漿碰壓,碰壓后憋壓下放,泄壓檢查回流,如無(wú)回流,說(shuō)明密封效果良好,如果產(chǎn)生回流,進(jìn)行憋壓候凝。

        4.3 應(yīng)用效果

        現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)施工順利,回接作業(yè)一次到位。通過(guò)SBT 固井質(zhì)量測(cè)試表明固井質(zhì)量良好,后續(xù)完井作業(yè)也按照既定計(jì)劃順利進(jìn)行。

        5 結(jié)論及建議

        1)尾管回接技術(shù)在渤海油田潛山氣藏開(kāi)發(fā)井中的順利實(shí)施證明了該項(xiàng)技術(shù)的可行性,工具設(shè)備及相關(guān)配件性能可靠,風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案制定合理,取得的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)成果將為后續(xù)技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

        2)采用的低密防氣竄水泥漿體系防漏失性能和防氣竄性能良好,保證了該井尾管回接后的固井質(zhì)量,適用于渤中區(qū)域高溫高壓氣藏開(kāi)發(fā)。

        3)頂部封隔器解封后上提至井口期間,滿(mǎn)眼鉆具的“拔活塞”作用強(qiáng)烈,易引發(fā)井控事件。建議進(jìn)一步對(duì)地層封隔方式開(kāi)展優(yōu)化,可進(jìn)一步壓縮工期,控制井控風(fēng)險(xiǎn)。

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