三膠塞固井水泥頭在海上高溫高壓井中的應(yīng)用

羅黎敏

(中國海洋石油國際有限公司，北京 100027)

三膠塞固井水泥頭在海上高溫高壓井中的應(yīng)用

羅黎敏

(中國海洋石油國際有限公司，北京 100027)

高溫高壓氣井的固井是一個(gè)世界級(jí)難題，高溫高壓條件下固井存在水泥漿難以有效壓穩(wěn)地層、容易發(fā)生氣竄等問題，造成高溫高壓井段固井質(zhì)量差，進(jìn)而影響井筒完整性，不利于氣田的高效開發(fā)。其中一個(gè)原因系固井首尾漿不同體系之間相互接觸易發(fā)生污染，從而導(dǎo)致水泥漿性能變差，對(duì)此通過設(shè)計(jì)采用了三膠塞固井水泥頭裝置，利用上、中、下3個(gè)膠塞有效地將前置液、首漿、尾漿及后置液相互隔開，減少接觸時(shí)間和接觸面積，有效地保障了水泥漿的性能，實(shí)際應(yīng)用后固井質(zhì)量明顯提高，確保了海上高溫高壓井的井筒完整性，為后續(xù)高溫高壓井的勘探開發(fā)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

高溫高壓；三膠塞；固井水泥頭；水泥漿；固井質(zhì)量

東方13-1氣田是國內(nèi)首個(gè)投產(chǎn)的海上高溫高壓氣田，地處南海北部大陸架西區(qū)的鶯歌海盆地中央泥底辟背斜構(gòu)造帶的西北部，主要目的層為中深層黃流組一段，垂深約2800m，井底溫度141℃、地層壓力53MPa，壓力因數(shù)高達(dá)1.96[1,2]。前期探井作業(yè)中存在地層壓力高，水泥漿易氣竄而難以壓穩(wěn)，目的層固井質(zhì)量差的問題，為確保生產(chǎn)井的井筒完整性，提高固井的封固質(zhì)量，因此設(shè)計(jì)了三膠塞式固井水泥頭裝置，避免不同體系類型的水泥漿之間相互污染，從而有效提高了固井質(zhì)量，為高溫高壓氣田的安全生產(chǎn)提供了保障。

1 高溫高壓井固井難點(diǎn)分析

高溫高壓井有地層壓力因數(shù)高、地層溫度高、安全密度窗口窄等特點(diǎn)，由此給高溫高壓井段的固井帶來極大挑戰(zhàn)，高溫高壓條件下固井存在水泥漿難以有效壓穩(wěn)地層、容易發(fā)生氣竄等問題。以東方13-1氣田為例，地層壓力因數(shù)高達(dá)1.96，固井時(shí)極易因水泥漿失重而難以壓穩(wěn)地層等原因而引起氣竄，嚴(yán)重影響固井質(zhì)量，無法保障后期生產(chǎn)安全。在該地區(qū)前期的探井作業(yè)中，存在?9in套管固井質(zhì)量差的問題，導(dǎo)致套管鞋處承壓能力不足，給下一開高溫高壓目的層井段鉆進(jìn)帶來了困難，而且在地漏試驗(yàn)失敗，管鞋承壓難以滿足要求之后，需要重新起鉆并下入光鉆桿擠注水泥，這就增加了鉆井周期和費(fèi)用，不利于切實(shí)做好降本增效。

2 三膠塞固井水泥頭的應(yīng)用

2.1 常規(guī)固井工藝措施存在問題

為有效壓穩(wěn)地層，防止發(fā)生高壓氣竄降低固井質(zhì)量、高溫條件下套管膨脹伸長抬升井口等問題，確保后續(xù)氣田安全開發(fā)和順利生產(chǎn)，因此在該氣田生產(chǎn)井鉆井施工中應(yīng)用了全井段水泥首尾漿封固的方式進(jìn)行固井作業(yè)，其中首漿采用低密度高強(qiáng)粉煤灰水泥漿體系，設(shè)計(jì)相對(duì)密度為1.70，而尾漿采用具有“防腐、防竄、防漏、防溫變、防應(yīng)變”等五防功能的樹脂水泥漿體系，相對(duì)密度最高達(dá)到2.00，通過設(shè)計(jì)首尾漿采用不同的水泥漿體系，以達(dá)到增強(qiáng)水泥環(huán)質(zhì)量，壓穩(wěn)地層流體且不發(fā)生井漏，以及防止氣竄并降低成本費(fèi)用的目的[3]。

然而在實(shí)際固井過程中，由于首尾漿采用了不同的水泥漿體系，在固井頂替過程中兩種水泥漿處于上下兩個(gè)膠塞之間，容易因水泥漿相混而導(dǎo)致其原本性能發(fā)生變化，從而造成固井質(zhì)量變差，環(huán)空水泥易氣竄等問題，實(shí)際電測(cè)固井質(zhì)量顯示為中等偏差，不利于確保高溫高壓井的井筒完整性。對(duì)此，現(xiàn)場(chǎng)人員設(shè)計(jì)在注入沖洗液及隔離液之后，拆卸掉固井水泥頭或者簡易循環(huán)頭，手工投入第一個(gè)下膠塞；再重新安裝上固井水泥頭，注入首漿；然后打開第一個(gè)擋銷，投入第二個(gè)下膠塞，注入尾漿；最后再打開第二個(gè)擋銷，投入上膠塞，并進(jìn)行頂替作業(yè)直至碰壓。該方法采用第二個(gè)下膠塞有效地隔開了首尾漿，避免了兩者之間的相互污染問題，有利于提高水泥環(huán)封固質(zhì)量，但是固井作業(yè)流程較為繁瑣，投塞時(shí)間長，倘若水泥漿稠化時(shí)間較短，則容易因水泥過早稠化凝固而導(dǎo)致作業(yè)失敗，不利于確保固井作業(yè)過程的安全及順利，而且會(huì)在第一個(gè)下膠塞前后形成空氣柱，難以保證水泥環(huán)的封固質(zhì)量。

2.2 三膠塞固井水泥頭現(xiàn)場(chǎng)使用

針對(duì)固井工藝措施存在問題，工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)出了一種三膠塞固井水泥頭裝置，裝置示意圖如圖1所示[4,5]。在水泥頭筒狀本體的側(cè)壁連接有用于注入前置液的洗管線閥門，用于注入水泥漿的第一及第二注水泥閥門，用于注入頂替泥漿替漿閥門，閥門的入口通過管匯連接至固井管線。在下膠塞的下方、底座的上方處設(shè)置有一個(gè)指示銷，用于觀察判斷水泥頭本體內(nèi)膠塞是否已經(jīng)成功下行。

圖1 三膠塞固井水泥頭裝置示意圖

該水泥頭的使用步驟：①在鉆臺(tái)上將固井水泥頭裝置吊至已下入井內(nèi)的套管柱的頂端，通過底座與套管進(jìn)行連接，將洗管線閥門、第一注水泥閥門、第二注水泥閥門、替漿閥門與固井管線相連接并試壓；②固井管線試壓結(jié)束之后，開始固井時(shí)，首先打開洗管線閥門，泵注沖洗液及隔離液；③關(guān)閉洗管線閥門，打開下釋放擋銷及第一注水泥閥門，泵入首漿，下膠塞在首漿的推動(dòng)下開始下行；④泵注完首漿之后，關(guān)閉第一注水泥閥門，打開中釋放擋銷及第二注水泥閥門，泵入尾漿，中膠塞在尾漿推動(dòng)下開始下行；⑤泵注完尾漿之后，關(guān)閉第二注水泥閥門，打開上釋放擋銷及替漿閥門，泵入泥漿，上膠塞在泥漿推動(dòng)下開始下行；⑥當(dāng)泵注到設(shè)定的頂替量并碰壓之后，關(guān)閉替漿閥門，完成固井作業(yè)。

該水泥頭裝置安裝了3個(gè)膠塞，有效地將固井前置液、首漿、尾漿及后置液彼此隔開，最大限度地減少相互之間的接觸時(shí)間及接觸面積，減少了水泥漿之間的相互污染，從而可以有效提高高溫高壓井的固井質(zhì)量，同時(shí)保證了注水泥作業(yè)的連貫性，確保固井作業(yè)的安全及順利進(jìn)行。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

三膠塞固井水泥頭裝置在東方13-1氣田開發(fā)中初步應(yīng)用，取得了良好的效果，電測(cè)結(jié)果(圖2)顯示，某井使用了三膠塞固井水泥頭之后水泥環(huán)質(zhì)量明顯提高，有效地封固了高溫高壓地層，確保了高溫高壓井的井筒完整性，為后期氣田安全生產(chǎn)提供了保障。

圖2 使用三膠塞固井水泥頭前后?9in套管測(cè)井聲幅圖

4 結(jié)論

1)三膠塞固井水泥頭能夠有效地將前置液、首漿、尾漿及后置液彼此隔開，最大限度地減少不同漿柱之間的接觸時(shí)間及接觸面積，減少了漿液的相互污染。

2)三膠塞固井水泥頭在東方13-1氣田開發(fā)過程中得到了良好應(yīng)用，電測(cè)結(jié)果顯示高溫高壓井段固井質(zhì)量明顯提高，為后續(xù)高溫高壓氣田開發(fā)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

[1]謝玉洪，黃保家.南海鶯歌海盆地東方13-1高溫高壓氣田特征與成藏機(jī)理[J].中國科學(xué)(地球科學(xué)),2014,44(8):1731～1739.

[2]羅鳴,黃熠,陳良,等.鶯歌海盆地高溫高壓氣井水泥漿研究與應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2013,13(36):10899～10902.

[3]楊廣國,穆海鵬,高元,等.活化粉煤灰低密度水泥漿體系研究及應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2014,14(17):193～196.

[4]龍祥暉,孫國棟,馬認(rèn)琦.新型固井水泥頭的研制及應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2001,23(3):39～40.

[5]周戰(zhàn)云,張一佳,雍潔.分體式雙塞套管水泥頭的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2010,32(5): 105～106.

[編輯] 帥群

2016-08-22

羅黎敏(1979-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事海上油氣田鉆完井方案設(shè)計(jì)及作業(yè)組織管理工作，luolm@cnooc.com.cn。

TE256

A

1673-1409(2017)7-0053-03

[引著格式]羅黎敏.三膠塞固井水泥頭在海上高溫高壓井中的應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2017,14(7):53～55.