旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)在L G-A井的應(yīng)用

鄭友志劉偉余才焌馬發(fā)明唐庚謝明華蘭祥華劉洪蒲勇

1.中國(guó)石油西南油氣田公司采氣工程研究院 2.川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司3.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司川慶鉆探工程公司 4.重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院

旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)在L G-A井的應(yīng)用

鄭友志1劉偉2余才焌3馬發(fā)明1唐庚1謝明華1蘭祥華3劉洪4蒲勇3

1.中國(guó)石油西南油氣田公司采氣工程研究院 2.川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司3.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司川慶鉆探工程公司 4.重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院

鄭友志等.旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)在L G-A井的應(yīng)用.天然氣工業(yè),2010,30(4):74-76.

川渝氣區(qū)深井超深井普遍具有高溫、高壓、高含硫的特點(diǎn),保證優(yōu)質(zhì)的固井質(zhì)量是杜絕氣井生產(chǎn)過(guò)程中重大安全隱患和保證氣井有效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵之一。針對(duì)目前四川L G氣田氣井固井作業(yè)中采用常規(guī)固井工藝而造成的普遍固井質(zhì)量較差的現(xiàn)狀,提出采用旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)來(lái)提高氣井固井質(zhì)量的技術(shù)思路。介紹了旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)的基礎(chǔ)原理、優(yōu)點(diǎn)及其所需適用條件。旋轉(zhuǎn)套管固井技術(shù)在L G氣井的首次現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明:試驗(yàn)井L G-A井固井質(zhì)量合格率為86.52%,其中優(yōu)質(zhì)率為73.5%。由此證明了旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)能大大提高頂替效率、改善界面固井質(zhì)量、有效防止氣竄發(fā)生,具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

深井 超深井 水平井 旋轉(zhuǎn)套管 固井質(zhì)量 L G氣井 頂替效率

0 引言

川渝氣區(qū)深井超深井普遍具有高溫、高壓、高含硫的特點(diǎn)[1]。目前川渝氣田固井作業(yè)中存在以下影響層間封隔質(zhì)量的技術(shù)難題:①井深,一次封固井段長(zhǎng);②地層壓力復(fù)雜;③環(huán)空間隙窄;④氣竄;⑤封固段溫差大;⑥頂替效率低等。

在上述井況的氣井中使用常規(guī)的固井工藝技術(shù)很難保證固井質(zhì)量,有時(shí)甚至?xí)斐烧麄€(gè)工程的失敗[2]。為進(jìn)一步提高L G氣田氣井固井質(zhì)量,為油氣井的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)及后續(xù)增產(chǎn)工藝措施創(chuàng)造更好的條件,在L G氣田氣井中探索新的先進(jìn)固井工藝技術(shù)就顯得非常有必要。在這種情況下,旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)被逐漸受到重視。目前旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)是國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的固井工藝技術(shù)之一[3-4]。此技術(shù)能大幅度地提高頂替效率,有效改善固井質(zhì)量,這已是共識(shí)。

1 旋轉(zhuǎn)套管固井的原理

注水泥過(guò)程中,旋轉(zhuǎn)套管是提高頂替效率的有效措施之一。其機(jī)理為:當(dāng)環(huán)空窄間隙處有滯留(或流動(dòng)較慢)的鉆井液時(shí),旋轉(zhuǎn)套管可依靠套管壁拖曳力將鉆井液帶入進(jìn)環(huán)空的較寬間隙處,從而被流動(dòng)的水泥漿頂替走,提高頂替效率。圖1表示了旋轉(zhuǎn)套管提高頂替效率的原理。從圖1-(a)、(b)、(c)的演示可以直觀地看出通過(guò)旋轉(zhuǎn)套管能夠?qū)@井液盡可能地頂替掉。

圖1 旋轉(zhuǎn)套管提高頂替效率示意圖

2 旋轉(zhuǎn)套管固井的優(yōu)點(diǎn)

旋轉(zhuǎn)套管固井技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)如下:

1)有利于管柱的順利下入;在下套管過(guò)程中如果遇阻卡,可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)套管串來(lái)增加克服阻力,使套管順利下入到設(shè)計(jì)位置。

2)有利于改善頂替效率,提高固井質(zhì)量。

3)有利于提高小間隙井的固井質(zhì)量。小井眼、小間隙井的環(huán)空面積小,使環(huán)空水泥漿流動(dòng)阻力增大,導(dǎo)致固井過(guò)程中泵壓升高,甚至產(chǎn)生壓漏地層和憋泵等重大事故。而通過(guò)套管轉(zhuǎn)動(dòng),能改善水泥漿的頂替效率,提高鉆井液的流動(dòng)性能,同時(shí)可降低施工泵壓,提高井眼和井壁的清洗效果,保證水泥環(huán)與地層的膠結(jié)質(zhì)量。

4)有利于解決定向井由于套管柱偏心導(dǎo)致頂替效率偏低的問(wèn)題[5]。

5)有利于阻止環(huán)空氣竄通道的形成。套管在井中是不可能完全居中的。水泥漿一般會(huì)盡可能選擇通道寬松的一側(cè)流動(dòng),這樣一來(lái),空間小的一側(cè)往往有鉆井液滯留,頂替效率差,形成竄流通道。當(dāng)套管進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí),套管周邊均會(huì)有水泥漿通過(guò),可以在一定程度上減少和避免環(huán)空死鉆井液的形成。因此可避免竄流通道的形成。

3 旋轉(zhuǎn)套管固井適用條件

3.1 井身質(zhì)量

旋轉(zhuǎn)套管固井對(duì)井身質(zhì)量的要求嚴(yán)格,必須保證井眼狗腿度在允許范圍內(nèi)。同時(shí),保證井眼穩(wěn)定、清潔,在鉆井過(guò)程中未出現(xiàn)井壁垮塌或掉塊嚴(yán)重等現(xiàn)象。應(yīng)確保施工井井徑較為規(guī)則、無(wú)縮頸段、無(wú)垮塌段、井眼軌跡變化不大、不含塑性地層或是塑性低的層段(特別是鹽膏層)。

由于旋轉(zhuǎn)尾管固井施工過(guò)程中,套管柱的旋轉(zhuǎn)包括自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)兩種狀態(tài),所以井眼尺寸最小也應(yīng)大于套管柱尺寸,并留有一定余地,否則將在井徑最小處形成旋轉(zhuǎn)支點(diǎn),從而導(dǎo)致套管柱在井徑最小處形成較大的應(yīng)力,不利于套管柱安全。

3.2 固井軟硬件要求

川渝氣區(qū)在使用旋轉(zhuǎn)套管固井作業(yè)中存在需要保護(hù)套管掛的密封性問(wèn)題,故在施工作業(yè)過(guò)程中需要將套管掛提至防溢管處,導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)過(guò)程中上部管柱擺動(dòng)幅度增加,影響固井安全施工。

旋轉(zhuǎn)套管固井技術(shù)的核心工具為驅(qū)動(dòng)套管柱轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)套管頭,國(guó)內(nèi)與國(guó)外在該方面的技術(shù)差別主要為旋轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)軸承受力大小及使用壽命的差別。由于旋轉(zhuǎn)套管固井作業(yè)中旋轉(zhuǎn)軸承不直接承受下部套管柱重量,故國(guó)內(nèi)軸承的材料性能完全滿(mǎn)足施工要求。對(duì)于旋轉(zhuǎn)水泥頭及旋轉(zhuǎn)接頭的研制,國(guó)內(nèi)目前還處于研發(fā)階段。在L G-A井進(jìn)行旋轉(zhuǎn)套管固井前,該項(xiàng)目組自主設(shè)計(jì)與研制了?177.8mm套管旋轉(zhuǎn)頭。中國(guó)石油西南油氣田公司采氣工程研究院對(duì)旋轉(zhuǎn)固井套管柱扭矩計(jì)算分析軟件進(jìn)行了編寫(xiě),并采用此軟件對(duì)L G-A井旋轉(zhuǎn)套管固井過(guò)程中套管柱扭矩預(yù)測(cè)進(jìn)行了分析,對(duì)保證旋轉(zhuǎn)套管固井套管柱安全起到了重要作用。對(duì)旋轉(zhuǎn)扭矩的要求:應(yīng)使套管在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中扭矩在其能夠承受的范圍內(nèi),最大允許扭矩=套管最佳上扣扭矩×80%。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

L G-A井是位于四川省達(dá)州石橋鎮(zhèn)的一口預(yù)探井,構(gòu)造位置屬于儀隴—平昌L G地區(qū)稅家槽北潛伏高點(diǎn)。設(shè)計(jì)井深為2800.00m,設(shè)計(jì)勘探層位為三疊系須家河組和雷口坡組,鉆探目的是了解L G地區(qū)須家河組和雷口坡組儲(chǔ)層分布及含油氣性,兼探侏羅系。本次完鉆井深為2363.09m,擬采用套管旋轉(zhuǎn)固井。

固井設(shè)計(jì)說(shuō)明:①下塞深為55m;②采用兩凝水泥:密度為1.60～1.65g/cm3的緩凝低密度防漏水泥漿,封固0～1600m井段;密度為1.90g/cm3的快干防漏水泥漿,封固1600～2370m井段。

固井工藝流程:下套管完—座卡瓦試正轉(zhuǎn)—接套管頭、扶正器聯(lián)頂節(jié)、旋轉(zhuǎn)水泥頭—座卡瓦模擬施工轉(zhuǎn)動(dòng)—取出卡瓦—(循環(huán)鉆井液、沖管匯,試壓泵注抗污染水泥漿、車(chē)注沖洗液、投下膠塞、車(chē)注緩凝領(lǐng)漿、車(chē)注緩凝水泥漿)—車(chē)注快干水泥漿(轉(zhuǎn)動(dòng))—開(kāi)擋銷(xiāo),釋放上膠塞(停轉(zhuǎn))—車(chē)注后置液(停轉(zhuǎn))—泵替鉆井液(轉(zhuǎn)動(dòng))—車(chē)碰壓、檢查回流、候凝。

表1是L G-A井固井質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)表。統(tǒng)計(jì)井段為0～2363.0m。

表1 固井質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表

旋轉(zhuǎn)套管固井后,工程測(cè)井固井質(zhì)量合格率為86.52%,其中優(yōu)質(zhì)率為73.5%。固井質(zhì)量較差段主要在套管重合段。套管重合段固井質(zhì)量的測(cè)井解釋一直都是工程測(cè)井解釋的難點(diǎn)之一,因?yàn)槁暡ㄋ嗄z結(jié)測(cè)井測(cè)套管重合段固井質(zhì)量時(shí),聲波的傳播路徑相對(duì)單一套管要復(fù)雜得多[6]。因此,L G-A井套管重合段固井質(zhì)量測(cè)井解釋結(jié)果有待進(jìn)一步證實(shí)。

L G-A井固井質(zhì)量測(cè)井解釋如圖2所示。圖2中CBL聲幅度均較小,表明第一界面固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì); VDL圖上地層波能量顯示很強(qiáng),表明第二界面固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)。此井固井質(zhì)量高于同區(qū)塊?177.8mm套管柱固井質(zhì)量。由此例說(shuō)明:旋轉(zhuǎn)固井工藝優(yōu)于常規(guī)固井工藝,能提高水泥漿頂替鉆井液的效率,大幅度改善L G氣田氣井固井質(zhì)量。

圖2 LG-A井工程測(cè)井顯示圖注:1in=25.4mm;1ft=0.3048m

5 結(jié)論

1)旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)保證套管柱的順利下入,大幅度地提高水泥漿頂替鉆井液的程度,阻止環(huán)空氣竄通道的形成,有效地保證了固井施工安全及后期完井、增產(chǎn)措施對(duì)固井質(zhì)量的要求。

2)旋轉(zhuǎn)套管固井工藝的有效實(shí)施必須確保施工井井眼穩(wěn)定和清潔、井徑較為規(guī)則、無(wú)縮頸段、無(wú)垮塌段、井眼軌跡變化不大、不含塑性地層或是塑性低的層段(特別是鹽膏層),對(duì)狗腿度也有一定要求。

3)旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)在L G-A井進(jìn)行了成功試驗(yàn),固井質(zhì)量合格率為86.52%,其中優(yōu)質(zhì)率為73.5%,高于同區(qū)塊其余氣井固井質(zhì)量。

4)旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)在四川L G氣田氣井中的首次成功應(yīng)用證明,此技術(shù)的確能大幅度地提高固井質(zhì)量,具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.04.018

Zheng Youzhi,engineer,was born in1979.He holds a Ph.D degree,being engaged in cementing technology.

Add:Guanghan,Sichuan618300,P.R.China

Tel:+86-838-5152441 E-mail:zyz08@petrochina.com.cn

Application of rotating-casing cementing technology in the well LG-A of the LG G as Field

Zheng Youzhi1,Liu wei2,Yu Caijun4,Ma Faming1,Tang Geng1,Xie Minghua1,Lan Xianghua4,Liu Hong3, Pu Yong4
(1.Gas Production Engineering Research Institute,Southwest Oil & Gasf ield Company, PetroChina, Guanghan,Sichuan618000,China;2.Sichuan Petroleum GeophsicalProspecting Company,Chuanqing Drilling Engineering Co.,L td.,CN PC,Chengdu,Sichuan610213,China;3.Chuanqing Drilling Co., L td.,CN PC,Chengdu,Sichuan610051,China;4.College ofPetroleum Engineering,Chongqing University of Science&Technology,Chongqing401331,China)

Good performance of the cementing is critical to the prevention of potential safety hazards and the guarantee of the effective exploitation of the deep or ultra-deep gas wells with high temperature,high pressure and high sulfur content in Sichuan and Chongqing gas fields.In view of the prevalent problem of poor cementing quality in the L G gas field,Sichuan Basin,resulting from the regular cementing technology,we present an idea of using the rotating-casing cementing technology to solve such a problem there,and introduce the mechanism,advantages and its application conditions of this technology.After the first application of this technology in the well L G-A,the result showed that the quantified rate of cementing is86.52%,of which the high quality rate is73.5%.This rotating-casing cementing technology has been proved to greatly improve the displacement efficiency and the cement job quality and to effectively prevent gas migration,thus has a great application prospect.

rotating casing,cement job quality,gas well,displacement efficiency

book=74,ebook=390

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.04.018

2009-10-11 編輯 鐘水清)

中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司科研項(xiàng)目 (編號(hào):20070304-02-01)和中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司先導(dǎo)性項(xiàng)目(編號(hào):07G2030206)。

鄭友志,1979年生,工程師,博士;2001年畢業(yè)于原西南石油學(xué)院石油工程專(zhuān)業(yè);現(xiàn)從事油氣井固井方面的科研工作。地址:(618300)四川省廣漢市中國(guó)石油西南油氣田公司采氣工程研究院氣井工程研究室。電話:(0838)5152441。E-mail: zyz08@petrochina.com.cn

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE4,pp.74-76,4/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)