承壓堵漏技術在定向大斜度深井中的應用

張軍 羅健生 李智斌 王光平 姜文 張敬榮

四川綿陽仁智油田技術服務股份有限公司

承壓堵漏技術在定向大斜度深井中的應用

張軍 羅健生 李智斌 王光平 姜文 張敬榮

四川綿陽仁智油田技術服務股份有限公司

四川盆地地質構造復雜,在定向大斜度深井的鉆井過程中,往往出現阻、卡、漏、噴等多種復雜情況,特別是在壓差作用下鉆井液在低滲透層或漏失層所形成的虛厚濾餅,容易造成井眼縮小,泥包鉆頭,頻繁阻卡、托壓甚至卡鉆等,嚴重影響鉆井安全。針對在定向大斜度井的裸眼復雜井段中出現的這類情況,在總結前期承壓堵漏施工的基礎上,提出了“間歇關擠承壓堵漏技術”。該技術的關鍵是:使用各種顆粒剛柔級配的堵漏劑;采用高承壓大于等于9 M Pa的間歇關擠方式;穩壓8 h以上。通過在河飛203、大邑301等井的現場應用表明,該技術不僅徹底堵住漏層,提高了裸眼復雜井段地層承壓能力,而且消除了井下阻卡、托壓、泥包鉆頭等安全隱患,實現了負壓鉆井,為治理定向大斜度深井中出現的多種復雜事故隱患提供了安全快捷的可借鑒的實用技術。

承壓堵漏 定向大斜度深井 負壓鉆井 井漏 阻卡 承壓能力 現場應用

1 定向大斜度深井的主要難點

1)易漏且受井下工具和井身軌跡限制,堵漏成功率不高。

2)地質構造復雜,受井身結構所限,同一裸眼井段內存在多個壓力系統,為平衡該井段最高壓力層系,鉆井液液柱壓力對低壓地層滲透層產生較大的壓差,容易引起壓差卡鉆。

3)井徑不易控制,巖屑易沉積,斜井段易形成巖屑床,從而造成起下鉆摩阻大、卡鉆幾率高。

4)低壓高滲透層所形成的厚濾餅,造成井眼縮小、扭矩增大和泥包鉆頭、鉆鋌、扶正器等,導致頻繁阻卡、托壓甚至卡鉆等復雜情況。

2 承壓堵漏技術治理定向大斜度深井復雜事故隱患的機理

在定向大斜度深井的鉆井施工過程中,即使鉆井液性能(包括流變性、潤滑性、防塌性、失水造壁性等)和井身軌跡較好,鉆具組合和施工排量也較合理,但仍然有頻繁阻卡、托壓等復雜情況發生,分析原因為壓差作用使鉆井液在低滲透層或漏失層形成了虛厚濾餅[1-3]。

在同一裸眼井段中,存在多個高低壓力懸殊的壓力層系,為平衡裸眼井段的最高壓力,鉆井液液柱對壓力相對較低的地層(低壓層、漏層、氣層、水層、滲透層等)必然產生較大的正壓差。正壓差值愈大,產生的失水量愈大,鉆井液形成的濾餅就愈厚,導致井眼縮小,縱向上呈“糖葫蘆”井眼,起下鉆阻卡頻繁;虛厚濾餅還會造成泥包鉆頭與鉆鋌、起鉆倒劃眼困難、托壓,鉆壓加不到鉆頭上,嚴重時導致井眼軌跡無法控制,向深部鉆進極為困難[4-11]。

在裸眼復雜井段中全覆蓋堵漏漿,實施間歇關擠承壓堵漏技術能提高間歇關擠壓力9 M Pa以上,承壓時間8 h以上。通過各種顆粒級配、剛柔并濟的堵漏漿徹底封堵住裸眼復雜地層中的低壓漏失層、氣、水層、滲透層中的孔、洞、縫及毛細管等。人為地對裸眼復雜井段進行修整強加固,形成穩固的新井眼,并提高裸眼各低壓層段的承壓能力,使井內由正壓鉆井轉變為負壓鉆井,整個鉆具在裸眼內好比在套管內一樣安全順暢,從根本上消除井內各種復雜隱患,有利于定向大斜度深井的安全快速鉆進。

3 現場應用實例

3.1 河飛203井

3.1.1 承壓堵漏施工前的基本情況

河飛203井在嘉二段4 200 m處造斜,在4 523.10～4 890.45 m井段一個月內連續發生5次卡鉆,卡點位置不確定,并伴有井漏發生。第一次在井深4 854.87 m處接單根的過程中發生卡鉆;后續4次卡鉆是在上提鉆具過程中突發卡鉆。其中一次是蹩停頂驅后,一次是測斜后。第5次卡鉆解除后,先后調整鉆井液性能、增大洗井排量、加強劃眼處理,仍有頻繁阻卡現象,劃眼至斜深為4 799.95m(嘉二段)又先后發生4次井漏,最高漏速為9 m3/h。

借鑒鄰井河壩1-1D井的經驗:該井在鉆遇嘉二段地層曾發生惡性井漏(井深4 481.64 m發生失返性井漏時的鉆井液密度為2.17 g/cm3),經10 h高承壓堵漏后徹底堵住了漏層,并將裸眼復雜井段承壓能力提高至井內鉆井液當量密度2.31 g/cm3以上,隨后在負壓鉆井施工中無阻卡現象出現,劃眼到底恢復鉆進,由此分析經高承壓堵漏后能消除虛厚濾餅引起的阻卡井漏復雜隱患。

3.1.2 承壓堵漏施工步驟

1)配制密度為2.16 g/cm3的橋堵漿35 m3,濃度為8.5%,其中核桃殼為1 t,復合酸溶堵漏劑GD-1為1 t,LF-2為0.5 t,FLC-1為0.5 t。

2)光鉆桿下至斜深4 883.00 m,連續活動鉆具。

3)先注堵漏漿27.7 m3,后替密度為2.16 g/cm3的鉆井液32 m3和替入密度為2.41 g/cm3的加重鉆井液4 m3,此時已將堵漏漿充填在4 883～4 340 m的裸眼復雜井段內。

4)起鉆至套管鞋3 751.16 m,開泵循環返出后立即關上閘板封井器。

5)間歇關井擠壓5次,控制套壓介于9～7 M Pa,穩壓8 h,共擠入12.8 m3,放壓返出1.8 m3,共擠進11 m3堵漏漿進入復雜裸眼井段地層。

6)起鉆換劃眼鉆具劃眼順利到底,恢復正常定向鉆進。

河飛203井間歇關擠承壓堵漏壓力變化曲線見圖1。

3.1.3 承壓堵漏施工后基本情況

承壓堵漏實施后,起鉆最大摩阻為28 t,井內無漏失,掛、阻、卡狀況也明顯改善,井下情況基本正常, 4 896.41～6 191 m井段的純鉆時間僅為628.80 h,平均鉆速由施工前的1.66 m/h提高到了2.06 m/h,期間10次蹩停頂驅、多次測斜靜止均無卡鉆事故發生,鉆至飛二段6 191 m(斜深)順利完鉆。

圖1 河飛203井間歇關擠曲線圖

3.2 大邑301井

3.2.1 承壓堵漏施工前的基本情況

大邑301井從須三段4 535.75 m開始造斜鉆進,鉆至4 666 m大砂體滲透層后就頻繁出現托壓,當鉆至4 827.82 m時發生嚴重托壓,鉆頭扶正器嚴重泥包,影響定向施工無法進行。在鉆井液性能良好、增大了洗井排量的前提下,井內復雜情況仍屢次發生,分析原因為:須三段地層孔縫較發育、大砂體滲透性好,鉆井液在正壓差作用下在井壁上形成虛厚濾餅。因此,決定在須三段裸眼復雜井段進行承壓堵漏,從根本上徹底解決了定向大斜度鉆進中托壓頻繁、起鉆遇阻卡和倒劃眼的問題。

3.2.2 承壓堵漏施工后的基本情況

參照河飛203井的施工步驟,實現關擠壓力控制在9 M Pa左右,并穩壓8 h以上,提高了裸眼復雜井段的地層壓力超過液柱壓力當量密度約0.19 g/cm3,實現負壓鉆井,徹底根治井下托壓、阻卡、泥包鉆頭及定向難等復雜井況,恢復正常定向鉆進后順利完鉆。

4 認識與結論

1)間歇關擠承壓堵漏技術的關鍵是:針對裸眼復雜地層井段;使用各種顆粒剛柔級配的堵漏劑全覆蓋在復雜裸眼井段內;采用高承壓9 M Pa以上、穩壓8 h以上的間歇關擠方式。

2)在河飛203D、大邑301等幾口定向大斜度深井的現場應用中,該技術提高了關擠壓力大于等于9 M Pa,提高了裸眼復雜地層壓力高于鉆井液當量密度0.15～0.19 g/cm3。

3)現場實踐證實,該技術不僅能堵住漏層,提高復雜裸眼段承壓能力,實現負壓鉆井,而且能消除虛厚濾餅導致的阻卡、泥包、托壓等復雜隱患,加固井壁,有利于后期安全快速定向鉆井。

[1]徐同臺.鉆井工程防漏堵漏技術[M].北京:石油工業出版社,1997.

[2]張敬榮.橋堵泥漿間隙關擠堵漏工藝技術的現場應用[J].天然氣工業,1998,18(1):86-87.

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[4]錢殿存,王晴,王海濤,等.水包油鉆井液體系研制與應用[J].鉆井液與完井液,2001,18(4):3-6.

[5]徐明進,李明遠,彭勃,等.Zeta電位和界面膜強度對水包油乳狀液穩定性影響[J].應用化學,2007,6(6):140-143.

[6]張高波,徐家良,史沛謙,等.中國低密度欠平衡鉆井液研究應用現狀[J].鉆采工藝,2002,25(6):74-76.

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[8]李春霞,黃進軍,徐英.一種新型高溫穩定的油基鉆井液潤濕反轉劑[J].西南石油學院學報,2002,24(5):22-24.

[9]王平全,熊漢橋,李曉紅.烘干法用于黏土巖水合狀態的實驗研究[J].西南石油學院學報,2002,24(5):25-27.

[10]徐同臺.鉆井工程井壁穩定新技術[M].北京:石油工業出版社,1999.

[11]黃漢仁.泥漿工藝原理[M].北京:石油工業出版社,1981.

Pressurized plugging technology applied in deep high-angle wells

Zhang Jun,Luo Jiansheng,Li Zhibin,Wang Guangping ,Jiang Wen,Zhang Jingrong
(Renzhi Oilf ield Technology Service Co.,L td.,M ianyang,Sichuan 621000,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 1,pp.74-75,1/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

The Sichuan Basin is featured by comp licated geological structures.W hen drilling deep high-angle wells there,drilling p roblem s like sticking,fluid loss and well kicksoften occur.Especially the faulty filter cake form sw hen drilling through low-permeability zones or thief zones under differential p ressure often causes undergauged wellbore,bit balling,frequent sticking,and backing p ressure,etc.,all of w hich will threaten the drilling safety.Based on those potential risks at the open hole section,through the study of the p revious p lugging p ractices,a new technology called p ressurized p lugging by intermittent squeezes is thus p roposed.The key points of this technology are the adop tion of seepage controlmaterial(SCM)w ith a variety of grain grades,intermittent squeeze of mud with p ressure up to o r over 9 M Pa,and holding the p ressure over 8 hours.The app lication at the wells like Hefei 203 and Dayi 301 has demonstrated that this technology can thoroughly plug the thief zones,imp rove the load bearing capacity of the knotty fo rmations,eliminate the potential safety hazards like sticking,backing p ressure and bit balling,and help maintain the underbalanced condition during drilling.It is a p ractical technology to solve those p roblem s affecting safe and fast drilling of deep high-angle wells.

p ressurized p lugging,deep high-angle well,underbalanced drilling,lost circulation,sticking,load bearing capacity

中國石化“川東北海相碳酸鹽巖高含硫氣藏安全、高效、快速鉆井技術研究”項目(編號:P04001-T01)。

張軍,1970年生,高級工程師,碩士;1996年畢業于原西南石油學院油田化學專業;現任四川綿陽仁智油田技術服務股份有限公司副總裁兼鉆井液事業部總經理。地址:(621000)四川省綿陽市臨園路西段53號地稅大廈副樓仁智公司。電話: 13908118058。E-mail:zhangj@rzyt.cn

張軍等.承壓堵漏技術在定向大斜度深井中的應用.天然氣工業,2010,30(1):74-75.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.01.021

2009-10-28 編輯 鐘水清)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.001.021

Zhang Jun,senio r engineer,born in 1970,graduated in oilfield chemistry from Southwest Petroleum Institute in 1996.He is now vice p residentof the RenzhiOilfield Technology Service Company of M ianyang,aswell as generalmanager of the Drilling Fluid Division of this Company.

Add:No.53,West Section,Linyuan Rd.,Adjunctive Building of Land Tax(Dishui)Mall,M ianyang,Sichuan 621000,P.R.China

Mobile:+86-13778100455 or 13908118058E-mail:zhangj@rzyt.cn