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大牛地气田水平井固井技术分析与实践大牛地气田水平井固井技术分析与实践
李正国
华北石油局井下作业大队HB1401固井队
摘要:本文分析了影响水平井固井质量的因素和难点,并通过对鄂尔多斯盆地大牛地气田水平井固
井设计,施工数据和固井质量的分析对比,提出了解决水平井固井难题的技术,工艺措施,在该工
区DP3井进行了现场应用并取得了较好的效果.
关键词:水平井固井 水泥浆性能 顶替效率
水平井钻井技术是高效开发低渗薄层油(气)藏的最佳技术手段.随着大牛地气田勘探开发力
度的进一步加大,近两年开始逐步开展低孔,低渗岩性气藏水平井开发的试验性研究,以达到提高
单井产能的目的.由于水平井(大斜度井)受井眼轨迹改变和重力作用等问题的影响,增加了水平
井固井的难度,因此,系统分析影响水平井固井质量的各种因素,深入研究和探讨水平井固井技术,
对于提高水平井固井质量有着十分重要的意义.
1 影响水平井固井质量的因素和难点分析
1.1 由于井眼轨迹的变化和重力作用的影响,套管在通过大斜度井段和水平井段时与井壁之间
的摩阻增大,导致套管下放困难.
1.2 水平井固井要求水泥浆的性能不仅要有很好的防气窜效果,而且要具有低滤失,零析水,
微膨胀和很好的流动性和沉降稳定性.
1.3 在钻井过程中为了井内安全,要求钻井液密度适当过平衡,具有较高的粘度和切力,而固
井要求钻井液具有较低的粘度和切力,需要很好地解决钻井和固井对钻井液性能不同要求的矛盾.
1.4 相对直井而言,水平井的井壁稳定性较差,循环洗井时的排量控制都比较低,不利于彻底
清除水平井段低边沉积的岩屑,从而影响顶替效率.
1.5 水平井固井要提高顶替效率需要解决好以下问题:
① 由于井斜角的影响,大斜度井段和水平井段套管所受的重力方向不再是轴向而是径向,这
一重力极易导致套管偏心,使套管低边的钻井液驱动困难,容易窜槽,从而影响水泥浆的顶替效率.
② 水平井的钻井液性能偏重考虑了井壁稳定的因素,泥浆比重,粘度一般比较高,流动性差,
固井时严重影响顶替效率.
③ 水泥浆的流变性和沉降稳定性是相互制约的,水平井固井的水泥浆体系要求浆体必须具有
良好的稳定性,而浆体的流动性又是提高顶替效率的必要条件,需要借助合适的外加剂调节其性能
来满足固井的需要.
④ 合理地设计前置液性能和用量是提高顶替效率,防止各种流体之间窜槽的关键.
1
2 大牛地气田水平井固井设计,施工数据对比分析
2.1 大牛地气田水平井的井身结构对比见表1(井径扩大率按10%计算)
表1 大牛地气田水平井井身结构对比表
井身结构1 井身结构2 序号
井身
开数 结构
井眼尺寸*套管尺寸 井眼环容(l/m)井眼尺寸*套管尺寸 井眼环容(l/m)
一开井段 121/4〃*95/8〃 _____ 171/2〃*133/8〃 _____
二开井段 81/2〃*7〃 19.5 121/4〃*95/8〃 45.0
2.2 大牛地气田水平井固井水泥浆体系性能对比见表2
表2 水平井固井水泥浆性能对比
DP35-1 DF1 DF2 井号
水泥浆
开数 类型 低密度 常规浆 低密度 常规浆 低密度 常规
密度(g/cm3) 1.25 1.89 1.25 1.89 1.23 1.90
稠化时间 (70℃×30 452 124 235 139 490 2
稠化过渡时间min 170 19 39 20 15 1
可泵时间min 282 105 196 119 475 2
失水(6.9MPa×30℃)ml 38 7.2 20 4.6 40 1
抗压强度(70℃×24h) MPa 3.5 23.8 3.8 23.5 3.7 2
自由水ml 0.2 0.1 0.1 0 0.1 0
流动度mm 241 228 254 225 246 2
相容性 与前置液,钻井液相容性好
沉降稳定性 没有分层,静置后上下密度差5_o i"" #
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4.3 固井前钻井液性能
表5 固井前泥浆性能要求
切力(Pa) 密度
(g/cm3)
粘度
(S)
滤失量
(ml)
泥饼
(mm)初切终切
含砂量
%
PH值
1.19 76(马氏) 3.6 0.3 6 13 0.2 9
4.4 压力计算
① 环空静液柱压力:35.03MPa(当量密度为:1.341g/cm3 ).
② 尾浆失重时的井底静液柱压力:31.83MPa (当量密度为:1.218g/cm3).
4.5 套管串结构设计
管串结构:浮鞋+1套管+浮箍+1套管+浮箍+套管串+套管阀+套管串+水泥头
扶正器加法:该井只有在井底部位安放了6只弹性扶正器
4.6 水泥浆体系设计及性能
表6 水泥浆灰样性能检测结果
性 能 低密度 常规水泥浆
密度(g/cm3) 1.25 1.90
稠化时间 (70℃×30 MPa)min 329 213
稠化过渡时间min 15 16
可泵时间min 314 197
失水(6.9MPa×30℃)ml 9.8 10
抗压强度(70℃×24h) MPa 6.5 24.2
自由水ml 0.1 0
流动度mm 249 237
相容性 与前置液,钻井液相容性好
悬浮性 没有分层,静置后上下密度差<0.03
n 0.8784 0.7359 流性指数
K(Pa.sn) 0.1175 0.3304
4.7 顶替排量计算
低密度紊流临界排量: Vc=1.50 m/s Qc=70.2 1/s
尾浆塞流临界排量: Vc=0.12 m/s Qc=5.28 l/s
4.8 前置液的设计
用水泥浆添加剂(锁水剂,分散剂)和泥浆材料(低粘CMC)配制低失水,低粘度和流动性较
好的前置液17.0m3(占环空高度350m左右).
4.9 施工技术措施
井眼准备:通井和下完套管后要求井队大排量循环洗井,要求排量不小于钻井排量的1.2倍,
确保井眼干净,通畅,在井壁稳定的前提下调整泥浆粘度,提高泥浆的流动性.
4.10 取得的成果
6
DP3井的固井质量在验收中评价为优质井,从DP3井的声幅曲线看,我们通过对DP35-1井,DF1
井,DF2 井的分析所形成的大牛地气田水平井固井的技术措施对 DP3 井乃至今后的水平井固井具有
很好的指导意义.
表7 DP3井固井声幅结果表
井段 声幅值井段 声幅值%井段 声幅值%井段 声幅值%
2883-1886 <15 1886-1538 40 858-0 <40
5 结论与认识
① 水平井固井的水泥浆体系必须降低失水,减少和消除自由水,提高浆体的流动性和沉降稳
定性.
② 重视钻井液性能和井眼条件对顶替效率的影响,最大程度的保持井眼干净,降低钻井液的
粘度和切力,改善钻井液的流动性,提高顶替效率.
③ 设计对井壁具有良好清洗效果的前置液,最大限度清除井壁上的泥饼,提高顶替效率.
④ 正确运用流变学设计原理,在压稳防漏的前提下尽量达到紊流顶替,提高顶替效率.
⑤ 建议采用套管"漂浮"技术实现套管居中,即:增大替浆液和水泥浆的密度差,使套管在
浮力作用下处于悬浮状态;另外,下套管前可以在大斜度井段和水平井段注入加重泥浆,使套管到
达该井段后产生浮力,降低对扶正器的径向压力,减小下套管的摩阻.
参考文献:
[1] 张国仿.2002.提高水平井固井质量工艺技术.江汉石油职工大学学报
[2] 马海忠等.1996..水平井固井水泥浆技术.钻采工艺研究
[3] 李美娜.2007.最新石油固井关键技术应用手册.石油工业出版社
[4] 侯磊.1996.水平井注水泥时的钻屑清除问题.国外钻井技术
作者简介:
李正国, 1972年生,工程师,1997年毕业于中国地质大学,现在华北石油局井下作业大队1401固井队工作,
任技术副队长.电话:13325415790.E-mail: hbjxlzg@126.com
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李正国
华北石油局井下作业大队HB1401固井队
摘要:本文分析了影响水平井固井质量的因素和难点,并通过对鄂尔多斯盆地大牛地气田水平井固
井设计,施工数据和固井质量的分析对比,提出了解决水平井固井难题的技术,工艺措施,在该工
区DP3井进行了现场应用并取得了较好的效果.
关键词:水平井固井 水泥浆性能 顶替效率
水平井钻井技术是高效开发低渗薄层油(气)藏的最佳技术手段.随着大牛地气田勘探开发力
度的进一步加大,近两年开始逐步开展低孔,低渗岩性气藏水平井开发的试验性研究,以达到提高
单井产能的目的.由于水平井(大斜度井)受井眼轨迹改变和重力作用等问题的影响,增加了水平
井固井的难度,因此,系统分析影响水平井固井质量的各种因素,深入研究和探讨水平井固井技术,
对于提高水平井固井质量有着十分重要的意义.
1 影响水平井固井质量的因素和难点分析
1.1 由于井眼轨迹的变化和重力作用的影响,套管在通过大斜度井段和水平井段时与井壁之间
的摩阻增大,导致套管下放困难.
1.2 水平井固井要求水泥浆的性能不仅要有很好的防气窜效果,而且要具有低滤失,零析水,
微膨胀和很好的流动性和沉降稳定性.
1.3 在钻井过程中为了井内安全,要求钻井液密度适当过平衡,具有较高的粘度和切力,而固
井要求钻井液具有较低的粘度和切力,需要很好地解决钻井和固井对钻井液性能不同要求的矛盾.
1.4 相对直井而言,水平井的井壁稳定性较差,循环洗井时的排量控制都比较低,不利于彻底
清除水平井段低边沉积的岩屑,从而影响顶替效率.
1.5 水平井固井要提高顶替效率需要解决好以下问题:
① 由于井斜角的影响,大斜度井段和水平井段套管所受的重力方向不再是轴向而是径向,这
一重力极易导致套管偏心,使套管低边的钻井液驱动困难,容易窜槽,从而影响水泥浆的顶替效率.
② 水平井的钻井液性能偏重考虑了井壁稳定的因素,泥浆比重,粘度一般比较高,流动性差,
固井时严重影响顶替效率.
③ 水泥浆的流变性和沉降稳定性是相互制约的,水平井固井的水泥浆体系要求浆体必须具有
良好的稳定性,而浆体的流动性又是提高顶替效率的必要条件,需要借助合适的外加剂调节其性能
来满足固井的需要.
④ 合理地设计前置液性能和用量是提高顶替效率,防止各种流体之间窜槽的关键.
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2 大牛地气田水平井固井设计,施工数据对比分析
2.1 大牛地气田水平井的井身结构对比见表1(井径扩大率按10%计算)
表1 大牛地气田水平井井身结构对比表
井身结构1 井身结构2 序号
井身
开数 结构
井眼尺寸*套管尺寸 井眼环容(l/m)井眼尺寸*套管尺寸 井眼环容(l/m)
一开井段 121/4〃*95/8〃 _____ 171/2〃*133/8〃 _____
二开井段 81/2〃*7〃 19.5 121/4〃*95/8〃 45.0
2.2 大牛地气田水平井固井水泥浆体系性能对比见表2
表2 水平井固井水泥浆性能对比
DP35-1 DF1 DF2 井号
水泥浆
开数 类型 低密度 常规浆 低密度 常规浆 低密度 常规
密度(g/cm3) 1.25 1.89 1.25 1.89 1.23 1.90
稠化时间 (70℃×30 452 124 235 139 490 2
稠化过渡时间min 170 19 39 20 15 1
可泵时间min 282 105 196 119 475 2
失水(6.9MPa×30℃)ml 38 7.2 20 4.6 40 1
抗压强度(70℃×24h) MPa 3.5 23.8 3.8 23.5 3.7 2
自由水ml 0.2 0.1 0.1 0 0.1 0
流动度mm 241 228 254 225 246 2
相容性 与前置液,钻井液相容性好
沉降稳定性 没有分层,静置后上下密度差5_o i"" #
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4.3 固井前钻井液性能
表5 固井前泥浆性能要求
切力(Pa) 密度
(g/cm3)
粘度
(S)
滤失量
(ml)
泥饼
(mm)初切终切
含砂量
%
PH值
1.19 76(马氏) 3.6 0.3 6 13 0.2 9
4.4 压力计算
① 环空静液柱压力:35.03MPa(当量密度为:1.341g/cm3 ).
② 尾浆失重时的井底静液柱压力:31.83MPa (当量密度为:1.218g/cm3).
4.5 套管串结构设计
管串结构:浮鞋+1套管+浮箍+1套管+浮箍+套管串+套管阀+套管串+水泥头
扶正器加法:该井只有在井底部位安放了6只弹性扶正器
4.6 水泥浆体系设计及性能
表6 水泥浆灰样性能检测结果
性 能 低密度 常规水泥浆
密度(g/cm3) 1.25 1.90
稠化时间 (70℃×30 MPa)min 329 213
稠化过渡时间min 15 16
可泵时间min 314 197
失水(6.9MPa×30℃)ml 9.8 10
抗压强度(70℃×24h) MPa 6.5 24.2
自由水ml 0.1 0
流动度mm 249 237
相容性 与前置液,钻井液相容性好
悬浮性 没有分层,静置后上下密度差<0.03
n 0.8784 0.7359 流性指数
K(Pa.sn) 0.1175 0.3304
4.7 顶替排量计算
低密度紊流临界排量: Vc=1.50 m/s Qc=70.2 1/s
尾浆塞流临界排量: Vc=0.12 m/s Qc=5.28 l/s
4.8 前置液的设计
用水泥浆添加剂(锁水剂,分散剂)和泥浆材料(低粘CMC)配制低失水,低粘度和流动性较
好的前置液17.0m3(占环空高度350m左右).
4.9 施工技术措施
井眼准备:通井和下完套管后要求井队大排量循环洗井,要求排量不小于钻井排量的1.2倍,
确保井眼干净,通畅,在井壁稳定的前提下调整泥浆粘度,提高泥浆的流动性.
4.10 取得的成果
6
DP3井的固井质量在验收中评价为优质井,从DP3井的声幅曲线看,我们通过对DP35-1井,DF1
井,DF2 井的分析所形成的大牛地气田水平井固井的技术措施对 DP3 井乃至今后的水平井固井具有
很好的指导意义.
表7 DP3井固井声幅结果表
井段 声幅值井段 声幅值%井段 声幅值%井段 声幅值%
2883-1886 <15 1886-1538 40 858-0 <40
5 结论与认识
① 水平井固井的水泥浆体系必须降低失水,减少和消除自由水,提高浆体的流动性和沉降稳
定性.
② 重视钻井液性能和井眼条件对顶替效率的影响,最大程度的保持井眼干净,降低钻井液的
粘度和切力,改善钻井液的流动性,提高顶替效率.
③ 设计对井壁具有良好清洗效果的前置液,最大限度清除井壁上的泥饼,提高顶替效率.
④ 正确运用流变学设计原理,在压稳防漏的前提下尽量达到紊流顶替,提高顶替效率.
⑤ 建议采用套管"漂浮"技术实现套管居中,即:增大替浆液和水泥浆的密度差,使套管在
浮力作用下处于悬浮状态;另外,下套管前可以在大斜度井段和水平井段注入加重泥浆,使套管到
达该井段后产生浮力,降低对扶正器的径向压力,减小下套管的摩阻.
参考文献:
[1] 张国仿.2002.提高水平井固井质量工艺技术.江汉石油职工大学学报
[2] 马海忠等.1996..水平井固井水泥浆技术.钻采工艺研究
[3] 李美娜.2007.最新石油固井关键技术应用手册.石油工业出版社
[4] 侯磊.1996.水平井注水泥时的钻屑清除问题.国外钻井技术
作者简介:
李正国, 1972年生,工程师,1997年毕业于中国地质大学,现在华北石油局井下作业大队1401固井队工作,
任技术副队长.电话:13325415790.E-mail: hbjxlzg@126.com
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