提高伊拉克米桑油田CBMT固井質量的措施

李福明,劉 欣

(1．中國海洋石油國際有限公司,北京 100027;2．中海油田服務股份有限公司伊拉克分公司,伊拉克米桑省 61001)

Asmari儲層和Mishrif儲層是伊拉克米桑油田的兩個主力產層,其中Mishrif儲層埋藏較深,達3 800～4 200 m[1]。隨著油田的逐步開發(fā),高溫高壓井、含鹽膏層井占比增大,使用高密度鉆井液和水泥漿壓穩(wěn)地層、防止油氣水上竄及鹽膏層蠕變的應用越來越多,范圍介于2.0～2.6 g/cm3的高密度水泥漿體系[2]井固井結束后,大部分井測井顯示固井質量較差,對后續(xù)增產措施(如酸壓、酸化)存在一定影響[3]。

CBMT儀器是中海油田服務股份有限公司自主研制的分扇區(qū)水泥膠結成像測井儀器,測井原理與阿特拉斯公司扇區(qū)水泥膠結儀器SBT類似,采用貼井壁定向發(fā)射分扇區(qū)衰減率測量方式,評價第一界面(套管與水泥環(huán))水泥膠結狀況和固井質量。CBMT儀器由6個雙發(fā)雙收陣列覆蓋井周360°范圍,且每個陣列采集井周60°范圍內貼壁全波波形,因此能分別測量6扇區(qū)的水泥膠結質量,準確判斷井周固井質量不好的方向,也能探測竄槽位置[4-5]。與普通密度水泥體系固井后電測CBMT相比,高密度水泥固井電測CBMT對井筒的條件要求更高,更易受工程因素影響。本次研究著眼于行業(yè)發(fā)展的現狀,重點探討高密度水泥體系電測CBMT固井的影響因素,并提出相應的控制措施。

1 套管內壁清潔度影響與控制措施

與常規(guī)的水泥膠結測井(CBL)不同,CBMT測井儀器上的極板需要被推靠貼著井壁,若套管內壁沾染水泥石等,極板將不能相對于井眼軸心保持幾何平行,聲束也不再垂直于套管壁發(fā)射,影響CBMT測量結果,反映到測井圖上是測井信號受干擾,質量監(jiān)控曲線(DTMX和DTMN)出現無規(guī)則性跳動,導致衰減率曲線和水泥膠結成像圖無法反映真實的固井情況(圖1)。

圖1 套管內壁臟對CBMT測井影響

因此,電測CBMT前需要進行刮管作業(yè),清除套管內壁上殘余的水泥石、泥漿材料、泥餅等。高密度水泥漿凝固后比普通密度水泥漿體系的硬度高,例如:伊拉克米桑油田高密度水泥漿24 h抗壓強度27～30 MPa,且隨著候凝時間的增加,強度還會提高,鉆塞時機械鉆速僅4～5 m/h。因水泥石較硬,不易被刮下,倘若沒有刮干凈,起刮管鉆具時刮下的水泥會污染高密度鉆井液,變成沉淀附著于套管內壁上,也會導致鉆井液變稠,影響之后電測CBMT結果。

推薦的刮管措施有以下幾個方面:

1)接兩個刮管器,需要檢查刮管器的狀況,選擇刮管齒相對厚實、尖銳、彈力大的刮管器。

2)重點井段增加刮管次數,包括鉆塞井段、有壓塞漿(位于膠塞之上的水泥漿)井段等,反復刮管直到上提下放無顯示,必要時可開泵刮管。

3)刮管到底后大排量循環(huán)干凈,對受水泥污染的泥漿補充純堿水進行除鈣處理,起鉆前盡可能多地墊入未受污染的泥漿(鉆塞和刮管作業(yè)時維持最低需要的循環(huán)泥漿總量即可,需要為起鉆前墊漿而多留未受污染的泥漿)。

2 套管不居中影響與控制措施

CBL儀器采用單發(fā)雙收的測量方式測量固井質量,采用單極接收探頭采集到的固井質量曲線,只能反映環(huán)井周360°的固井質量的平均值[6-7],即便因套管不居中導致井眼低邊無水泥,但只要高邊封固良好,測井結果仍可能顯示較好。但采用CBMT測井能分別測井周6扇區(qū)的固井質量,若低邊固井質量差,也能清晰反映在測井圖上(圖2)。因此,CBMT測井比CBL測井對套管的居中程度要求更高,為獲得好的CBMT測井結果,固井前需要采取措施提高套管居中度。

圖2 套管不居中對CBMT測井影響

為提高套管居中度,需要根據固井軟件模擬分析、摩阻計算以及區(qū)域作業(yè)經驗,讓套管下到位,且保證套管居中,尤其是定向井。經探索、實踐,總結出M油田鹽膏層定向井φ244.475 mm套管扶正器的加放位置為:造斜點以下至井斜25°的井段采取每3根套管加1個扶正器,井斜25°以下至井底的井段采取每2根套管加1個扶正器。

3 竄槽影響與控制措施

由于CBMT能分別測井周6扇區(qū)的固井質量,若某個方位有竄槽,反映在測井圖上的聲幅值低,成像圖上可見明顯的柱狀亮區(qū)。米桑油田鹽膏層mb4層含高壓鹽水,若固井期間壓不穩(wěn),高壓鹽水易侵入井筒導致竄槽,影響固井質量,例如:某井在井段2 303～2 316 m處發(fā)生了竄槽,平均聲幅值(ATAV)僅6 dB/ft左右(按照標準,低于6 dB/ft即為固井質量不合格),成像圖上有柱狀亮區(qū)(圖3)。

圖3 竄槽對CBMT測井影響

為防止竄槽,米桑油田鹽膏層固井時采取的措施主要有以下幾個方面:

1)由于鹽膏層壓力窗口很窄,地層壓力2.20～2.22 g/cm3,漏失壓力2.40～2.44 g/cm3,固井過程中需要將井下當量密度控制在安全范圍內,既要防漏,又要壓穩(wěn);為實現精細控制,固井前需通過固井軟件精細計算固井期間井下當量密度。

2)套管管串中分級箍帶上封隔器,一級固井后,盡快坐封封隔器,以防高壓鹽水入侵。

3)坐封封隔器時密切關注回流槽返出情況,若坐封壓力穩(wěn)定且回流槽斷流,說明坐封成功,若坐封壓力持續(xù)下降、回流槽持續(xù)有返出,說明坐封不成功,此時應立即關閉防噴器,憋壓侯凝。

4)打開分級箍后,立即循環(huán)泵排量,并提升至合適排量,通過施加循環(huán)壓耗壓穩(wěn)高壓鹽水層,同時密切關注循環(huán)池液面變化情況,如果液面下降或者上漲(說明井漏或溢流),需要及時調整排量或者鉆井液密度以穩(wěn)定井筒。

5)結合井況和設備能力使用頂驅或大鉤懸吊套管串,邊固井邊活動套管。

4 微間隙影響與控制措施

作業(yè)中遇到套管內壓力波動、鉆水泥塞及套管附件、候凝期間套管內憋壓、試壓、井筒鉆井液密度降低等情況,都會在第一界面產生微間隙,在雙層套管的情況下影響更為嚴重,由于雙層套管內地層壓力的恢復較差,會出現較為明顯的微間隙[8-9]。CBMT 主要評價第一界面的膠結質量,微間隙雖然對實際的固井封隔效果影響不大,但會直接導致CBMT聲幅衰減率的大幅降低,降低電測固井質量的優(yōu)良率。

4.1 因鉆井液密度降低產生的微間隙及控制措施

一般要求,電測CBMT時井筒內的鉆井液密度不低于固井結束時井筒內的當量鉆井液密度,以防因井筒內液柱壓力降低而產生微間隙。

由于伊拉克米桑油田φ311.150 mm井眼含鹽膏層,用φ244.475 mm套管固井時采用2.35 g/cm3的高密度水泥漿體系,固井方式為雙級固井,鉆井液采用HIBDRILL高密度飽和鹽水鉆井液體系,密度2.28 g/cm3。由于固井期間需要泵入數段密度為1.10 g/cm3的半飽和鹽水,且鉆塞時受到水泥石的污染,鉆塞結束后鉆井液密度往往下降較多,例如:BUCS-139H井鉆塞結束時的鉆井液密度降至2.16 g/cm3,電測CBMT顯示固井質量較差(圖4a);之后下鉆循環(huán)加重鉆井液密度至2.28 g/cm3,復測CBMT,固井優(yōu)良率提高(圖4b);尤其是鹽膏層mb4層(井段2 410.0～2 650.0 m)含高壓鹽水,是需要封固好的關鍵井段,第一次電測結果顯示優(yōu)良率僅2.3%,加重鉆井液后第二次電測結果顯示優(yōu)良率達21.1%(表1、表2),固井質量明顯好轉(圖5)。

表1 BUCS-139H井mb4層第一次CBMT固井質量評價(加重前)

表2 BUCS-139H井mb4層第二次CBMT固井質量評價(加重后)

圖4 鉆井液加重前后的CBMT固井優(yōu)良率對比

圖5 鉆井液加重前后的關鍵層位CBMT測井圖對比(左側為加重前,后側為加重后)

4.2 因鉆塞產生微間隙及控制措施

鉆塞作業(yè)時,尤其是鉆套管附件時,對套管壁持續(xù)的敲擊、刮碰會產生微間隙,持續(xù)時間越長、鉆塞參數(鉆壓、轉速)越大,影響越大[10]。例如:BUCS-139H井碰壓塞座位于2 731.0 m,鉆分級箍時掉下的開孔彈剩余部分、一級固井碰壓塞都在此位置,鉆這些套管附件用時20 h,比以往平均時長大幅增加,導致碰壓塞座附近水泥環(huán)受到影響,產生微間隙,導致電測固井質量較差,ATAV值只有6～7 dB/ft,成像顯示亮區(qū)多(圖6);而鉆套管附件用時較短的井受影響較小,例如BUCS-102H井,碰壓塞位于2 795.0 m,僅用時5 h就鉆穿了碰壓塞,電測固井質量幾乎不受影響,ATAV值10～12 dB/ft,成像顯示無亮區(qū)(圖7)。

圖7 BUCS-102H井碰壓塞座處CBMT測井

米桑油田φ244.475 mm套管固井時采用雙級固井,需要用到分級箍、開孔彈,增加了鉆套管附件的難度和時間,為盡量減少因鉆塞產生的微間隙,采取的措施主要為以下幾個方面:

1)選用可鉆性良好的套管附件;

2)選用質量可靠、耐磨性較好的銑齒牙輪鉆頭;

3)在鉆套管附件過程中關注扭矩及泵壓變化,進尺緩慢或者長時間沒有進尺,及時調整參數;

4)鉆塞期間注意防止套管附件卡牙輪,發(fā)現異?？赏ㄟ^快速上提下放、提高轉速、大排量沖洗等方式清潔牙輪。

5 頂替效率影響及控制措施

如果固井時的頂替效率低,水泥漿不能將環(huán)空中的鉆井液頂替干凈,造成水泥漿與鉆井液混合、污染,也會降低CBMT固井質量,為提高頂替效率,采取的措施主要有以下幾個方面:

1)改善井眼清潔狀況。下套管前通井、裸眼段倒劃眼短起,以清除虛泥餅及巖屑,到達井底后充分循環(huán),并更換目數高的篩布,以降低鉆井液有害固相及粘切,為下套管及固井創(chuàng)造好的井況條件。

2)優(yōu)化流變性。優(yōu)化水泥漿/隔離液/優(yōu)質鉆井液的壁面剪切應力,提高頂替效率,減少各類流體間的混合。水泥漿、隔離液、優(yōu)質鉆井液在不同的流變性能下流變讀數呈臺階遞減,使水泥漿、隔離液、優(yōu)質泥漿壁面剪切應力遞減10%,從而提高各段流體的頂替效率,減少混合[11]。

水泥漿流變讀數:12/20/151/252/>300/>300。

隔離液流變讀數:6/8/40/59/76/128。

優(yōu)質鉆井液流變讀數:2/3/19/32/45/77。

3)優(yōu)化頂替排量。分階段調整頂替排量,在保證井下當量不超過地層漏失當量的前提下,盡量提高排量以形成紊流,提高頂替效率。

頂替水泥漿期間,開始以2 100 L/min的排量進行頂替,隔離液出管鞋時將排量提升至2 300 L/min,半飽和鹽水出管鞋后,將排量提升至2 500 L/min(圖8)。整個頂替過程中,優(yōu)質鉆井液、隔離液和沖洗液都在環(huán)空能形成紊流,提高了沖洗效果、隔離效果及水泥漿的頂替效率。根據軟件模擬,沖洗液在整個一級固井井段的紊流接觸時間均超過10 min,沖洗效果好,水泥漿的頂替效率達到100%。

圖8 頂替期間排量變化

6 結論

高密度水泥漿體系固井CBMT 測井的影響因素較多,為提高測井成功率,并真實反映良好的固井質量,應做到以下兩個方面:

1)CBMT測井前,盡可能保持井筒內鉆井液密度不降,優(yōu)選鉆頭、優(yōu)化鉆塞措施,以減少微間隙的產生,通過刮管等措施提高套管內壁清潔度,能夠提高CBMT測井真實率,改善測井質量,從而提高電測CBMT固井質量。

2)從下套管到固井作業(yè)中,需要保持套管居中度,防范固井過程中因未壓穩(wěn)而導致高壓鹽水侵入,產生竄槽,并通過改善井眼狀況、優(yōu)化流體流變性、優(yōu)化頂替排量等措施提高固井頂替效率,保證真實良好的固井質量。