控壓固井技術(shù)在高溫高壓井中的應(yīng)用

　　摘要：控壓技術(shù)基于優(yōu)化環(huán)空加重隔離液、加重水泥漿等漿體結(jié)構(gòu)，通過壓穩(wěn)計(jì)算，并結(jié)合控壓裝置，在固井作業(yè)過程中壓穩(wěn)地層，減少地層和井筒的流體交換，可控制環(huán)空壓力，更好地保障固井施工安全�？貕汗叹�主要應(yīng)用在窄密度窗口井固井、高溫高壓井固井等�？貕汗叹�技術(shù)在固井前循環(huán)、注固井液、替鉆井液及后續(xù)反循環(huán)等固井過程中，通過壓穩(wěn)計(jì)算，并結(jié)合控壓裝置精確動(dòng)態(tài)控制正注入排量和返出口流量，產(chǎn)生反向回壓，從而調(diào)節(jié)井筒液柱壓力，實(shí)現(xiàn)安全固井的技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：控壓固井技術(shù);氣竄漏失;壓穩(wěn)計(jì)算;動(dòng)態(tài)控制

　　常規(guī)固井技術(shù)通常是通過提高水泥漿密度來預(yù)防井涌和氣竄，但是高密度水泥漿和循環(huán)壓力容易壓裂地層、導(dǎo)致漏失。窄密度窗口以及淺層氣侵、水侵問題對(duì)常規(guī)固井技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。此外，固上部地層套管時(shí)，因?yàn)榫�眼尺寸較大，采用傳統(tǒng)固井技術(shù)的話，在水泥漿凝固階段，水泥漿失水及流體靜壓力的下降嚴(yán)重，很容易導(dǎo)致氣竄、水侵，破壞井筒完整性，需要進(jìn)行補(bǔ)救，嚴(yán)重時(shí)不得不棄井。控壓固井技術(shù)是在控壓鉆井技術(shù)的基礎(chǔ)上提出的，主要在固井前循環(huán)、注固井液、替鉆井液及后續(xù)反循環(huán)等固井過程中，通過壓穩(wěn)計(jì)算，并結(jié)合控壓裝置精確動(dòng)態(tài)控制正注入排量和返出口流量，產(chǎn)生反向回壓，從而調(diào)節(jié)井筒液柱壓力，實(shí)現(xiàn)安全固井的技術(shù)。

　　1控壓固井應(yīng)用現(xiàn)狀

　　控壓固井技術(shù)夠解決傳統(tǒng)固井方法遇到的窄窗口固井、高溫高壓固井、淺層水侵、氣竄和漏失難題，提高固井質(zhì)量和保證固井安全。同時(shí)控壓固井工藝復(fù)雜，對(duì)人員以及設(shè)備要求較高，并且固井施工的成功依賴于水力學(xué)模型與實(shí)際情況的符合程度。在區(qū)塊成功封固7″尾管(水泥漿密度2.15g/cm3，井底靜止溫度178℃)。2017年，成功進(jìn)行了4-1/2″尾管固井(井深7793m的超深井)。

　　2控壓固井的原理及系統(tǒng)組成

　　控壓技術(shù)基于優(yōu)化環(huán)空加重隔離液、加重水泥漿等漿體結(jié)構(gòu)，通過壓穩(wěn)計(jì)算，并結(jié)合控壓裝置，在固井作業(yè)過程中壓穩(wěn)地層，減少地層和井筒的流體交換，可控制環(huán)空壓力，更好地保障固井施工安全。不考率波動(dòng)壓力時(shí)，根據(jù)水力學(xué)原理，環(huán)空壓力=靜液柱壓力+環(huán)空循環(huán)壓耗+井口回壓。哈里巴頓公司、斯倫貝謝公司的控壓固井系統(tǒng)組成類似：都包括固井泵、控壓鉆井設(shè)備(包括旋轉(zhuǎn)控制頭，自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng))。旋轉(zhuǎn)控制頭是一種壓力控制設(shè)備，安裝在環(huán)形防噴器頂部，提供一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)，在鉆桿旋轉(zhuǎn)時(shí)可以保持井筒密封，使井筒內(nèi)返回的鉆井液流向自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)，自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)控制流入和流出的流量大小，進(jìn)而控制施加在井口的回壓大小。如突然停泵，井口回壓則由回壓泵施加，以防止在固井施工中發(fā)生井涌或漏失。

　　以挪威EnhancedDrilling公司的控壓固井技術(shù)為例，詳細(xì)闡述控壓固井原理。為了便于理解，將重漿(通常是隔離液和水泥漿)頂替鉆井液可以分成2個(gè)主要時(shí)期，5個(gè)階段。第一時(shí)期：重漿頂部達(dá)到關(guān)鍵區(qū)域之前(關(guān)鍵區(qū)域是指在固井作業(yè)前后需要保持環(huán)空壓力不變的區(qū)域，一般是指上層套管鞋處)。此階段，泵保持恒定的入口壓力。這樣保證了關(guān)鍵區(qū)域的壓力不變。在這一階段，當(dāng)重漿頂部出了套管鞋，底部環(huán)空壓力隨著環(huán)空中重漿頂替密度低的鉆井液而自然增加。在關(guān)鍵區(qū)域處，較小的壓力增加也可能導(dǎo)致發(fā)生地層漏失，因?yàn)槠屏褖毫εc環(huán)空壓力很接近。第二時(shí)期：重漿頂部達(dá)到關(guān)鍵區(qū)域之后。這一階段中，泵的入口壓力改變使得固井泵(立管壓力)保持不變。假定循環(huán)速率不變，這一措施將保持關(guān)鍵區(qū)域壓力不變。井口壓力(泵的入口壓力)應(yīng)按照固井前的設(shè)計(jì)表進(jìn)行變化，該設(shè)計(jì)表應(yīng)取決于需要被頂替的水泥漿或前置液的體積，將水泥漿的頂替分成5個(gè)不同的階段。第一階段完成時(shí)，泵入的總的液體體積可以根據(jù)地表管線的體積、鉆桿內(nèi)容積和長度推算出來。階段2：重漿頂部進(jìn)入環(huán)空開始到重漿頂部抵達(dá)上層套管鞋時(shí)(關(guān)鍵區(qū)域)結(jié)束。如同階段1,泵的入口壓力應(yīng)保持不變。在這一階段，通過SPP變化可以判斷重漿頂部位置。SPP隨著重漿進(jìn)入環(huán)空而自然增加。當(dāng)重漿頂部抵達(dá)上層套管鞋時(shí)，SPP壓力增加值為ΔP2。

　　階段3：環(huán)空中重漿頂部抵達(dá)上層套管鞋開始至重漿頂部返至井口。這一階段，需降低泵的入口壓力以抵消因環(huán)空中因重漿沿環(huán)空上升而高度增加所造成的靜液柱壓力增加。為保持上層套管鞋處環(huán)空壓力不變，應(yīng)保持SPP不變，泵的入口壓力應(yīng)相應(yīng)改變。當(dāng)重漿頂部抵達(dá)井口時(shí)，泵入口壓力應(yīng)該降低ΔP3才能保持SPP不變：如果不需要返回振動(dòng)篩或者取樣，可以選擇是否將重漿排放。階段5：鉆井液頂替水泥漿。固井作業(yè)鉆桿內(nèi)的水泥漿需要被頂替出來。需要被頂替的體積可以計(jì)算出來。在這一階段，應(yīng)控制泵的入口壓力保持不變，以保持環(huán)空壓力不變。因?yàn)槊芏鹊偷你@井液頂替鉆桿內(nèi)的密度高的水泥漿，這將導(dǎo)致SPP自然增加。以上計(jì)算僅僅為了表示控壓固井過程中壓力變化趨勢(shì)。公式中沒有考慮摩擦壓力損失和流變特性的影響，一般使用模擬軟件計(jì)算這些壓力。

　　天然氣論文投稿刊物：《天然氣工業(yè)》1981年創(chuàng)刊，是經(jīng)國家科委和國家新聞出版署批準(zhǔn)出版的全國唯一全面報(bào)道天然氣工業(yè)的綜合性科技期刊。重點(diǎn)反映天然氣工業(yè)在勘探、開發(fā)、鉆采、儲(chǔ)運(yùn)、處理、加工方面的科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)和技術(shù)應(yīng)用成果，并通過廣告促進(jìn)天然氣工業(yè)界和相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)信息交流。

　　3控壓固井系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

　　控壓固井技術(shù)可以提高固井質(zhì)量保證固井安全。控壓固井技術(shù)可以設(shè)計(jì)合理密度差和流變特性，有利于頂替鉆井液、清除鉆井液泥餅和減少混漿。采用常規(guī)固井技術(shù)，使用高密度鉆井液，壓力窗口較窄時(shí)，無法使用密度更高的水泥漿來頂替鉆井液�？貕汗叹�循環(huán)系統(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)，產(chǎn)生的井口回壓可以彌補(bǔ)因?yàn)殂@井液密度降低造成的井底壓力降低值，固井時(shí)可以設(shè)計(jì)合理的密度差和流變特性，取得更好的頂替效率和減小固井過程中鉆井液和水泥漿發(fā)生混漿。同時(shí)，降低了環(huán)空中的靜液柱壓力，可提高固井泵速，利于清除鉆井液泥餅�？貕汗叹�有助于減少固井過程中以及水泥漿候凝期間的水泥漿失水量，有助于維持環(huán)空壓力，縮短靜膠凝過渡時(shí)間，增加水泥漿的凝膠強(qiáng)度和降低地層水氣侵入的風(fēng)險(xiǎn)，提高井筒完整性。使用控壓固井可以使得環(huán)空壓力始終保持在安全密度窗口之內(nèi)，避免壓裂地層，減少井漏井涌等事故。同時(shí)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和控制漏失或井涌。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]郭繼剛.精細(xì)動(dòng)態(tài)控壓固井技術(shù)在順南區(qū)塊的應(yīng)用[J].鉆井液與完井液,2016(5):76-79.

　　[2]天工.中國石油西南油氣田公司首次精細(xì)控壓固井成功實(shí)施[J].天然氣工業(yè),2017(2):51.

　　作者：石鴻傳

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///lwbk/23847.html