Processing math: 33%

延川南深部煤层气井防漏堵漏技术

彭兴, 周玉仓, 朱智超, 王军锋

彭兴, 周玉仓, 朱智超, 王军锋. 延川南深部煤层气井防漏堵漏技术[J]. 石油钻探技术, 2021, 49(1): 47-52. DOI: 10.11911/syztjs.2020133
引用本文: 彭兴, 周玉仓, 朱智超, 王军锋. 延川南深部煤层气井防漏堵漏技术[J]. 石油钻探技术, 2021, 49(1): 47-52. DOI: 10.11911/syztjs.2020133
PENG Xing, ZHOU Yucang, ZHU Zhichao, WANG Junfeng. Antileaking and Lost Circulation Control Technology for Deep Coalbed Methane Well in the Yanchuannan Block[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2021, 49(1): 47-52. DOI: 10.11911/syztjs.2020133
Citation: PENG Xing, ZHOU Yucang, ZHU Zhichao, WANG Junfeng. Antileaking and Lost Circulation Control Technology for Deep Coalbed Methane Well in the Yanchuannan Block[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2021, 49(1): 47-52. DOI: 10.11911/syztjs.2020133

延川南深部煤层气井防漏堵漏技术

基金项目: 中国石化科技攻关项目“低压煤系气藏地质工程一体化高效开发技术”(编号:P20074-1)资助
详细信息
    作者简介:

    彭兴(1989—),男,江苏徐州人,2012年毕业于西安石油大学石油工程专业,2015年获中国石油大学(北京)石油与天然气工程专业硕士学位,助理研究员,主要从事非常规油气钻井技术方面的研究工作。E-mail:jspx29@163.com。

  • 中图分类号: TE28+3

Antileaking and Lost Circulation Control Technology for Deep Coalbed Methane Well in the Yanchuannan Block

  • 摘要: 延川南区块深部煤层气资源丰富,但钻井过程中漏失严重。为了降低漏失发生频次及其造成的经济损失,保证该区块煤层气井安全高效成井,在分析该区块地质特征和漏失机理的基础上,研究形成了由随钻堵漏钻井液和承压堵漏工艺组成的煤层气井防漏堵漏技术。延川南区块上部地层孔隙发育,以孔隙型渗漏为主,采用加入5%复合堵漏材料的随钻堵漏钻井液进行防漏堵漏;下部地层天然裂缝发育,以裂缝性漏失为主,采用加入7%复合堵漏材料的随钻堵漏钻井液进行防漏堵漏;对于储层段等裂缝易扩展的地层,采用加入10%复合堵漏材料的随钻堵漏钻井液进行堵漏。针对煤层气井无防喷器或封井器无法实施承压堵漏的问题,研制了井口简易胶塞封隔器,形成了煤层气井承压堵漏工艺。延川南区块深部煤层气井应用防漏堵漏技术后,漏失率由41.53%降至23.07%,处理漏失的时间也大幅缩短。现场应用表明,煤层气井防漏堵漏技术可降低延川南区块深部煤层气井的漏失率,缩短钻井周期,降低钻井成本,提高该区块煤层气的开发效益。
    Abstract: The Yanchuannan Block possesses rich deep coalbed methane resources but has serious lost circulation problems during the drilling process. In order to reduce the frequency of the occurrence of lost circulation, minimize the economic losses induced by lost circulation, and ensure the safe and efficient development of coalbed methane wells,we developed a anti-leaking and lost circulation control technology. Based on the analysis of the geological characteristics and the lost circulation mechanism, the new technology incorporated plugging-while-drilling fluids and pressure-bearing plugging process was proposed. In the Yanchuannan Block where the upper formations develop pores, pore-type lost circulation predominates, 5% composite plugging materials are added to the drilling fluid for lost circulation control. The lower formations develop natural fractures, and are dominated by fracture-type lost circulation, accordingly 7% composite plugging materials are added to the plugging-while-drilling fluids for leakage prevention and plugging. For the formations where fractures can easily propagate, plugging-while-drilling fluids with 10% composite plugging materials were applied for plugging. In order to solve the problems that some coalbed methane wells have no blowout preventer or that the blowout preventer can’t perform pressure-bearing plugging, a packer with simple rubber plug at the wellhead was developed, which formed the pressure-bearing anti-leaking and lost circulation control technology for coalbed methane wells. After applying the technology to the deep coalbed methane wells in the Yanchuannan Block, the lost circulation rate was reduced from 41.53% to 23.07%, and the treatment time of lost circulation was also greatly shortened. The results also indicated that the proposed technology can lower the lost circulation rate of deep coalbed methane wells in the Yanchuannan Block, shorten drilling cycles, reduce the drilling cost, and improve the development benefits of coalbed methane in this block.
  • 南海东部恩平凹陷近年来勘探成果显著,探明石油地质储量突破1×108 t[1]。其中,恩平21−4油田韩江组和珠江组构造是受近东西走向南倾正断层F4控制的、位于断层上升盘的断鼻构造,构造近东西走向,上下层继承性好,构造幅度较低;文昌组构造是受一组北东—南西走向北倾断层复杂化的断背斜构造,构造为北东—南西走向,构造幅度较大。该油田主要油层位于珠江组上段,发育7个油藏,主要为构造油藏,底水驱动和边水驱动,主力油藏东部受2条反向断层影响。

    恩平21−4油田A1H井是主力油藏的一口开发井,完钻井深9 508.00 m,水平位移8 689.00 m,是中国海油完钻最深的大位移井。该井四开井眼直径311.1 mm,采用ϕ244.5 mm套管封固,套管下入深度8 125.00 m,裸眼段长5 125.00 m。该井实钻时钻遇3个断层,钻进期间发生漏失。随着井深增加,套管下入难度及固井难度呈指数级增加,长距离旋转下套管附件易磨损、固井面临易漏失、大位移井顶替效率低、循环温度难确定等诸多难点。为防止漏失,目前大位移井通常使用低摩阻水泥浆,以降低流动摩阻[23],但切力差往往无法满足顶替效率的要求[45]。对于套管磨损,目前尚无现成的、完善的评价方法。另外,大位移井设计、施工时需要准确的压力、温度计算方法,但各级标准提供的方法已不满足精算精度要求[6]

    基于上述现状,为解决A1H井及恩平21−4油田超深大位移井的固井问题,笔者团队从固井装备、套管附件、水泥浆体系、固井工艺等方面开展了技术攻关,创新研究了套管附件耐磨评价技术、双重悬浮超低密度低摩阻水泥浆技术、循环摩阻精准计算技术和温度场耦合技术等,最终形成了恩平21−4油田超深大位移井固井关键技术,并在A1H井取得良好应用效果。

    恩平21−4油田A1H井存在的主要固井技术难点是套管下入磨损严重、漏失风险大、提高顶替效率难度大和循环温度取准难。

    1)套管下入磨损严重。在超长裸眼段旋转下入套管过程中,对浮箍、浮鞋反向承压要求高,浮鞋旋转下入易磨损,造成浮鞋失效,导致出现下套管遇阻等问题。另外,套管在漂浮旋转下入过程中易贴井壁,易刮碰,扶正器和胶塞易磨损、失效,从而影响固井施工[712]

    2)漏失风险大。对于超深大位移井,井深增深时垂深变化小,因此在某一井深处的当量循环密度(equivalent circulating density,ECD)变化幅度较直井大。对于A1H井,ECD差异可达0.05 kg/L。该井钻遇3个断层,其中漏失压力最低的F3断层漏失压力约1.44 kg/L,钻井液密度1.27 kg/L,固井密度窗口仅为0.17 kg/L,极易在下套管、循环期间发生井漏[13]

    3)提高顶替效率难度大。A1H井套管居中度难以保证,钻井液中的岩屑易在低边沉降,顶替过程中低边钻井液驱替难度较大。同时,超深大位移井水泥浆、钻井液、前置液之间存在密度差,密度大的流体有向下运动的趋势,会造成流体混合加剧,而且可能造成流体在高低边分层,导致顶替效率较差。现场施工时通常通过提高排量来提高顶替效率,但A1H井存在漏层,地层漏失风险大,难以通过提高排量提高顶替效率,因此固井质量难以保证[14]

    4)循环温度取准难。地质预测A1H井的地温梯度为3.87 ℃/100m,井底理论静止温度为90 ℃。但该井钻至井深8 125.00 m时,随钻温度达109 ℃,比地质预测温度高19 ℃。通井到底循环期间最高温度为100 ℃,比地质预测温度高10 ℃,这与现有资料中循环温度应低于地层温度的认识相反[1518],导致难以选取水泥浆试验温度;而且大位移井无法采用传统经验公式计算循环温度[19]

    针对A1H井超长裸眼段下套管时套管附件极易磨损的问题,根据API理论,设计制造了套管附件模拟评价装置。在钻井液环境下,采用同等硬度的岩石(泥岩)和套管(L80钢级),模拟了不同行程(裸眼段6 000 m和套管段3 000 m)状况下套管附件的磨损情况。其中,一体式合金(30CrMo)弹性扶正器与对比扶正器的磨损试验结果见表1。试验表明,该合金扶正器的耐磨性好于其他材质扶正器。

    表  1  磨损试验结果
    Table  1.  Wear test result
    扶正器材质 模拟磨损长度/m 厚度/mm 磨损率,%
    试验前 试验后
    合金 3 000(L80钢) 15.12 15.07 0.33
    6 000(泥岩) 15.12 15.02 0.66
    树脂 3 000(L80钢) 14.79 14.78 0.07
    6 000(泥岩) 14.79 13.82 6.56
    树脂+陶瓷 3 000(L80钢) 15.10 15.08 0.13
    6 000(泥岩) 15.10 14.22 5.83
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    结合实际情况,经综合考虑,采取如下下套管措施:1)使用威德福公司反向承压68.95 MPa的可划眼浮鞋+2个相同承压的国产浮箍;2)使用经耐磨模拟测试合格的合金材质一体式扶正器和加长胶塞;3)一体式扶正器和树脂扶正器交替安放,特制一体式扶正器的外径由311.1 mm减小至304.8 mm,既确保套管安全下到位,又起到支撑套管的作用。

    A1H井钻穿F3断层的漏失压力约1.44 kg/L,固井窗口小,注水泥期间井内流体在环空中流动时会与井壁、套管壁面产生流动摩阻。这种摩阻会附加于静液柱压力之上增大环空压力,且流动摩阻大小与泵排量相关,如果不精确计算泵压及顶替排量,极易发生漏失,从而影响固井质量。另外,固井前后及注替期间可能存在停泵工况,如进行投胶塞、接水泥头等操作时,会导致开泵一瞬间产生较大的启动压力,从而发生漏失,因此需要精确预测启动压力。

    ECD主要由静液柱压力和循环摩阻2部分组成,影响静液柱压力的主要因素是流体的密度,影响循环摩阻的主要因素是流体的流变性。由于井底温度和压力会对非牛顿流体的密度、流变性有显著影响,特别是当对井底和地面测量结果的影响可能完全不同时,为了更准确地模拟计算油井的ECD,就必须根据井底工况下流体密度、流变性随温度、压力的变化,修正计算结果。

    针对流体密度随温度、压力的变化,通过对API方法进行改进,建立了一种新的完全高阶多项式密度模型(海油模型):

    ρ(p,t)=Nj=0Mji=0A(i,j)pitj (1)

    式中:ρ为流体密度,kg/L;p为压力,Pa;t为温度,℃;MN分别为pt的最高模型阶数,并且要求满足M(当 M > N 时为不完全高阶多项式模型,当 M = N 时为完全高阶多项式模型); {A_{(i,j)}} 为对应指标 i j 的温度压力模型系数。

    利用高温高压流变仪测试了5组(分别为钻井液、前置液、水泥浆1#—3#)配方流体在不同温度、压力条件下的密度,然后使用API模型、改进API模型和海油模型进行拟合,并对拟合结果进行了对比分析,结果见表2

    表  2  海油模型与其他模型平均误差对比
    Table  2.  Comparison of average errors between CNOOC’s model and other models
    流体API模型改进API模型海油模型温度和压力
    决定系数平均误差,%决定系数平均误差,%决定系数平均误差,%温度/℃压力/MPa
    钻井液0.9960.3430.999 70.0800.999 890.048265.56172
    前置液0.9750.3780.997 00.1430.999 980.014160.00152
    水泥浆1#0.9890.4320.997 00.2180.999 180.111262.78207
    水泥浆2#0.9580.9450.995 00.3240.999 850.052162.78172
    水泥浆3#0.9600.6610.970 00.5460.992 100.353204.44152
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    试验可知,该预测模型克服了前述API数学模型和改进型API数学模型的缺陷,随着温度升高,拟合密度逐渐减小;随着压力升高,拟合密度逐渐增大。从表2数据可以明显看出,海油模型的准确度高于其他模型。

    考虑高温高压条件下流变参数及流变模型发生改变的情况,建立了流变模型、流变参数的温压修正模型:

    K,n(t,p) = \sum\limits_{j = 0}^N {\sum\limits_{i = 0}^{N - j} {{A_{\phi (i,j)}}} } {t^i}{p^j} (2)

    式中:K为流体稠度系数,Pa·snn为流体流性指数;Aϕ(i,j)为对应指标ij的温度压力模型系数。

    为验证该温压修正模型的准确性,测试了4组流体(分别为钻井液、前置液、水泥浆1#和2#)的高温高压流变性,结果见表3

    表  3  流变修正模型误差分析
    Table  3.  Error analysis of rheological correction model
    流体决定系数平均偏差,%
    钻井液0.9973.6
    前置液0.9991.6
    水泥浆1#0.9864.6
    水泥浆2#0.9903.9
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    表3可知,该模型整体误差小于5%,准确性较高。

    产生启动压力的主要原因是,非牛顿流体存在胶凝强度,其会导致再循环时的静切力增大,效果相当于提高了静切力。这意味着启动压力的计算,理论上和(Bingham流体、Herschel-Bulkley流体)静切力导致的压力梯度起始值(或最小值)相同[11]

    环空内启动压力的计算公式:

    \Delta p_{\text{a}}=\sum_{ }^{ }\frac{2G_{\text{10min}}L}{r_{\text{w}}-r_{\text{e}}}=\sum_{ }^{ }\frac{4G_{\text{10min}}L}{D_{\text{w}}-D_{\text{e}}} (3)

    式中: \Delta {p_{\text{a}}} 为环空摩擦压降,Pa; G_{\text{10min}} 为10 min静胶凝强度,Pa; r_{\text{w}} r_{\text{e}} 分别为环空外半径、内半径,mm; {D_{\text{w}}} {D_{\text{e}}} 分别为环空外直径、内直径,mm;L为环空长度,m。

    为了进行井底循环温度(BHCT)的预测与验证,开发了BHCT预测软件、温度与压力测量短节,然后在南海东部某油田A井进行了试验。A井的井身结构数据见表4

    表  4  A井井身结构
    Table  4.  Casing program of Well A
    井深/m 套管内径/mm 环空内径/mm 环空外径/mm
    0~2 700 121.41 139.7 244.5
    2 700~3 500 108.61 139.7 244.5
    3 500~3 700 108.61 139.7 209.5
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    设计了6组试验,测量不同排量条件下井内2个测点的温度,并与计算值进行了对比。排量分别为0.5,1.0,1.5,3.0,3.5和3.8 m3/min,流态包括层流和紊流,钻井液为宾汉流体,密度1 260 kg/m3,塑性黏度18 mPa.s,屈服应力7 Pa,井底静止温度达到90 ℃。每次试验后静止2 h再进行下一次试验,以保证地层温度恢复。不同排量下的试验结果依次见表5表10

    表  5  0.5 m3/min排量下实测温度与计算温度对比
    Table  5.  Comparison of measured temperature and calculated temperature at flow rate of 0.5 m3/min
    时间/s 测点1的温度/℃ 绝对误差/℃ 测点2的温度/℃ 绝对误差/℃
    计算 测量 计算 测量
    1 500 66.46 66.85 −0.39 74.50 76.50 −2.00
    4 500 64.49 65.60 −1.11 71.73 71.90 −0.17
    7 500 64.02 63.60 0.42 70.48 68.30 2.18
    10 500 63.63 62.20 1.43 69.54 66.30 3.24
    15 000 63.16 62.20 0.94 68.53 65.50 3.03
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格
    表  6  1.0 m3/min排量下实测温度与计算温度对比
    Table  6.  Comparison of measured temperature and calculated temperature at flow rate of 1.0 m3/min
    时间/s 测点1的温度/℃ 绝对误差/℃ 测点2的温度/℃ 绝对误差/℃
    计算 测量 计算 测量
    600 58.13 58.70 −0.57 68.93 68.10 0.83
    1 800 56.92 55.60 1.32 64.57 64.90 −0.33
    3 600 56.47 55.80 0.67 62.48 62.40 0.08
    4 800 55.94 54.70 1.24 60.59 57.60 2.99
    6 600 55.48 53.20 1.28 59.42 55.60 3.82
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格
    表  7  1.5 m3/min排量下实测温度与计算温度对比
    Table  7.  Comparison of measured temperature and calculated temperature at flow rate of 1.5 m3/min
    时间/s 测点1的温度/℃ 绝对误差/℃ 测点2的温度/℃ 绝对误差/℃
    计算 测量 计算 测量
    600 58.13 58.70 −0.57 68.93 68.10 0.83
    1 800 56.92 55.60 1.32 64.57 64.90 −0.33
    3 600 56.47 55.80 0.67 62.48 62.40 0.08
    4 800 55.94 54.70 1.24 60.59 57.60 2.99
    6 600 55.48 53.20 1.28 59.42 55.60 3.82
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格
    表  8  3.0 m3/min排量下实测温度与计算温度对比
    Table  8.  Comparison of measured temperature and calculated temperature of 3.0 m3/min
    时间/s 测点1的温度/℃ 绝对误差/℃ 测点2的温度/℃ 绝对误差/℃
    计算 测量 计算 测量
    600 58.80 56.80 2.0 67.39 68.70 1.31
    1 800 57.00 54.60 2.4 62.17 63.10 −0.93
    3 600 56.20 54.60 1.6 59.89 61.60 −1.71
    4 800 55.30 54.40 0.9 57.93 60.40 −2.47
    6 000 54.70 54.40 0.3 57.06 60.00 −2.94
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格
    表  9  3.5 m3/min排量下实测温度与计算温度对比
    Table  9.  Comparison of measured temperature and calculated temperature of 3.5 m3/min
    时间/s 测点1的温度/℃ 绝对误差/℃ 测点2的温度/℃ 绝对误差/℃
    计算 测量 计算 测量
    600 57.00 58.00 −1.00 67.37 67.90 −0.53
    1 800 57.00 58.00 −1.00 63.02 64.30 −1.27
    3 600 56.63 57.50 −0.87 61.47 62.60 −1.13
    4 800 56.10 57.70 −1.60 60.37 61.90 −1.53
    6 000 55.82 58.00 −2.18 59.90 61.90 −2.00
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格
    表  10  3.8 m3/min排量下实测温度与计算温度对比
    Table  10.  Comparison of measured temperature and calculated temperature of 3.8 m3/min
    时间/s 测点1的温度/℃ 绝对误差/℃ 测点2的温度/℃ 绝对误差/℃
    计算 测量 计算 测量
    600 57.18 56.80 0.38 67.33 66.70 0.63
    1 200 57.43 57.40 0.03 64.69 64.30 0.39
    1 800 57.39 57.20 0.19 63.36 63.30 0.06
    2 400 57.26 57.00 0.26 62.60 62.40 0.20
    3 600 56.98 57.50 −0.52 61.76 62.80 −1.04
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    表5表10可以看出,不同排量条件下,BHCT预测软件预测得到的各测点温度随时间的变化与实测值比较吻合,温度最大偏差能够控制在3 ℃以内。

    结合A1H井实际情况,设计水泥浆首浆密度为1.28 kg/L,尾浆密度为1.50 kg/L。其中,首浆密度1.28 kg/L属超低密度,技术难度极大。尾浆抗压强度高、流变性要求高,也给水泥浆技术提出了挑战。由于间隙窄、压力系数低,水泥浆首浆设计密度仅1.28 kg/L且要求其具有低摩阻,且海上平台空间受限、超深井水泥浆用量大,因此要求水泥浆具有超高造浆率。同时,为保障固井质量,还需保障浆体具有良好的稳定性。针对上述难题,基于“有机高分子液相悬浮”与“无机活性颗粒填充”双重悬浮机理,开发了2种液体减轻剂,并以2种液体减轻剂为核心构建了双重悬浮超低密度低摩阻水泥浆体系,以保障超低密度、超低流变水泥浆高悬浮稳定性和零自由液,解决了低密度水泥浆体系中“低流变”与“高悬浮”的技术矛盾。

    1)浆体悬浮稳定性。以常用单一悬浮减轻剂水泥浆体系作为对照组,通过室内试验考察了双重悬浮水泥浆体系的悬浮稳定性。配制对照组和试验组水泥浆后,在90 ℃下养护30 min,静置5和30 min后观察其自由液情况,结果如图1所示(对照组配方为淡水 + 0.5%消泡剂 + 18.0%降滤失剂 + 5.0%早强剂 + 6.0% 缓凝剂 + 15.0%增强剂 + 30.0%液体悬浮减轻剂1 + 100%G级水泥,密度1.28 kg/L;试验组配方为淡水 +0.5%消泡剂 +18.0%降滤失剂 + 5.0%早强剂 +6.0% 缓凝剂 + 15.0%增强剂 + 10.0% 液体悬浮减轻剂1 + 5.0% 液体悬浮减轻剂2+ 100%G级水泥,密度1.28 kg/L)。试验发现,对照组在养护后六速黏度计3/6/100/200/300转的读数为6,10,38,49和66,试验组在养护后3/6/100/200/300转的读数为6,9,36,50和63。试验结果表明,在流变参数相近的前提下,双重悬浮水泥浆体系展现出了明显的优异性,其在温度90 ℃下能够保持零自由液。

    图  1  双重悬浮超低密度低摩阻水泥浆体系的悬浮稳定性
    Figure  1.  Suspension stability of dual-suspended ultra-low-density and low-friction cement slurry system

    2)浆体常规性能。室内对双重悬浮超低密度低摩阻水泥浆体系的各类常规性能进行了评价。评价结果显示,该水泥浆体系具有良好的滤失性、密度低至1.28 kg/L,温度90 ℃条件下稠化时间为14.3 h,温度80 ℃条件下48 h抗压强度1.59 MPa,能够满足固井施工要求,其造浆率接近300 L/100kg,能有效解决海上平台空间受限、超深大位移井水泥浆用量巨大等问题。

    考虑超深大位移井窄间隙顶替效率不佳,尾浆应具有低黏高切的流变特性。为保证高质量封固,还要求水泥浆具有优异的滤失性、悬浮稳定性和抗压性能。为保证水泥浆具有高强度,采取颗粒级配方式保证其高固相体积分数。所用材料及颗粒尺度见表11

    表  11  高固相低黏高切水泥浆体系颗粒级配
    Table  11.  Particle grading of high-solid content, low-viscosity, and high-cut cement slurry system
    材料 D10/μm D50/μm D90/μm
    水泥 1.73 14.50 47.80
    人造空心减轻材料 35.20 58.70 95.30
    火山灰材料 1.40 10.80 40.20
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    通过颗粒级配,形成了高固相低黏高切水泥浆体系。在保证合适流变性能的前提下,可使该水泥浆体系的固相含量达到43.6%。室内进行了相关性能评价,证明该体系具有低黏高切的流变特性,六速黏度计3/6/100/200/300转的读数分别为6,9,36,50和63,温度88 ℃条件下API滤失量为102 mL,无自由液;稠度达到30 Bc用时9.3 h,达到100 Bc用时9.5 h,实现了直角稠化;温度80 ℃下养护48 h后水泥石抗压强度达到14 MPa,可为高质量封固提供良好的保障。

    恩平21−4油田A1H井ϕ244.5 mm套管采用旋转漂浮方式下入,下入速度0.20~0.40 m/s,套管顺利下至设计深度。为满足合成基钻井液的有效驱替,现场用返回的实际井浆测试冲洗液的稳定性、冲洗效果、润湿反转和相容性,测试表明满足要求。

    前置液由新浆、白油、双效隔离液、油水双效冲洗液、混合水组成,套管到位后在套管内灌入新浆,实际泵入双效隔离液32.0 m3,泵入冲洗液14.3 m3。采用自研工程设计软件模拟固井期间的大钩悬重、套管居中度、ECD、井口压力、顶替效率、环空压力等6个重要参数,以指导固井施工。并进行了固井期间井筒温度分布的预测,结果如图2所示,预测最大循环温度约85 ℃。为了保证安全,进行相关固井试验时,试验温度应在预测的最大循环温度基础上提高5 ℃。

    图  2  固井循环温度预测结果
    Figure  2.  Prediction result of cementing circulating temperature

    利用注水泥防漏预测技术,预测了该井作业期间的压力变化。根据作业数据分析,顶替期间模拟的井口压力变化趋势及最终压力与现场作业基本一致(见图3)。套管外环空水泥浆填充至F3断层附近,套管鞋封固质量良好,达到该井ϕ244.5 mm技术套管固井封固目的。

    图  3  软件模拟结果与实测数据分析
    Figure  3.  Analysis of software simulation results and measured data

    采用一体式合金弹性扶正器与树脂扶正器交替安放的方式,保证套管鞋的居中度大于67%,顶替效率高于95%,如图4所示。使用了加长且抗磨的顶塞,根据计算结果,在浮鞋和碰压箍之间留了60 m的水泥塞,顶替时采用钻井泵、钻井液池、专用流量计等多种计量手段防止替空,探得水泥面比设计水泥塞面高8 m。该井未实测固井质量,但是依据石油天然气行业标准《固井质量评价方法》(SY/T 6592—2016)中附录A“固井施工质量评价表”评判,该井的固井质量为优良。

    图  4  固井顶替效率预测结果
    Figure  4.  Cementing displacement efficiency prediction results

    1)恩平21−4油田超深大位移井下套管过程中套管附件存在磨损风险,需要进行磨损评估,优选套管附件。

    2)恩平21−4油田超深大位移井注水泥时循环摩阻会导致当量循环密度增大,当量循环密度中摩阻占比大于直井,准确预测循环摩阻,能有效避免井漏发生。

    3)恩平21−4油田超深大位移井极易发生钻井循环温度接近或高于地层温度现象,固井循环温度系数较直井高。

    4)双重悬浮超低密度低摩阻水泥浆可以有效降低循环摩阻,摩阻能够比普通的低密度体系降低20%以上,同时能够实现恒流变(六速旋转黏度计不同转数的读数接近),提高顶替效率。

    5)南海东部恩平21−4油田超深大位移井固井关键技术在A1H井取得了很好的现场应用效果,建议在该海域推广应用。

  • 图  1   延川南钻井漏失情况统计

    Figure  1.   Lost circulation statistics during drilling in the Yanchuannan Block

    图  2   延川南区块煤岩微裂缝发育特征

    Figure  2.   Development characteristics of coalbed microfractures in the Yanchuannan Block

    图  3   低固相聚合物钻井液固相颗粒的粒度分布

    Figure  3.   Particle size distribution of solid particles in drilling fluids with low solid polymers

    图  4   高温高压堵漏仪

    Figure  4.   HTHP lost circulation control instrument

    图  5   井口简易胶塞封隔器的结构

    Figure  5.   Structure of a packer with simple rubber plug at wellhead

    图  6   延川南区块煤层气井漏失率及漏失处理时间占井下复杂情况处理时间的比例

    Figure  6.   Lost circulation rate of coalbed methane wells in the Yanchuannan block and the ratio of leakage treatment time to the total treatment time under downhole complex conditions

    表  1   不同排量下漏层处的当量循环密度与漏失速率

    Table  1   Equivalent circulating density and lost circulation speed in the thief zone at different displacements

    排量/
    (L·s–1
    漏层深度/
    m
    漏层动压力/
    MPa
    动压力增量/
    MPa
    ECD/
    (kg·L–1
    漏失速率/
    (m3·h–1
    03553.730 1.05不漏
    503554.250.521.20 7
    703554.530.801.2811
    下载: 导出CSV

    表  2   高温高压堵漏承压试验结果

    Table  2   Results of pressure-bearing lost circulation control experiments at high temperature and high pressure

    漏失空间类型复合堵漏
    材料加量,%
    不同压力下的滤失速率/(mL·min–1
    0.51.01.52.02.5
    ϕ5 mm钢珠床3000 2.2 5.0
    50000 0.1
    700000
    1000000
    30 μm宽裂缝300 2.4 3.0 6.0
    500 1.4 2.7 4.4
    700000
    1000000
    50 μm宽裂缝300 2.9 3.4 6.6
    500 1.8 2.9 5.7
    7000 0.2 0.4
    1000000
     注:①的单位为MPa。
    下载: 导出CSV
  • [1] 温声明,周科,鹿倩. 中国煤层气发展战略探讨:以中石油煤层气有限责任公司为例[J]. 天然气工业,2019,39(5):129–136.

    WEN Shengming, ZHOU Ke, LU Qian. A discussion on CBM development strategies in China based upon a case study of PetroChina Coalbed Methane Co., Ltd.[J]. Natural Gas Industry, 2019, 39(5): 129–136.

    [2] 庚勐,陈浩,陈艳鹏,等. 第4轮全国煤层气资源评价方法及结果[J]. 煤炭科学技术,2018,46(6):64–68.

    GENG Meng, CHEN Hao, CHEN Yanpeng, et al. Methods and results of the fourth round National CBM resources evaluation[J]. Coal Science and Technology, 2018, 46(6): 64–68.

    [3] 周梓欣,李瑞明,张伟. 新疆深部煤层气资源勘探潜力[J]. 中国煤炭地质,2018,30(7):28–31. doi: 10.3969/j.issn.1674-1803.2018.07.06

    ZHOU Zixin, LI Ruiming, ZHANG Wei. Deep part CBM resource exploration potential in Xinjiang[J]. Coal Geology of China, 2018, 30(7): 28–31. doi: 10.3969/j.issn.1674-1803.2018.07.06

    [4] 李清,赵兴龙,谢先平,等. 延川南区块煤层气井高产水成因分析及排采对策[J]. 石油钻探技术,2013,41(6):95–99. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.06.019

    LI Qing, ZHAO Xinglong, XIE Xianping, et al. Causes of high water yield from CBM wells in Yanchuannan Block and draining measures[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2013, 41(6): 95–99. doi: 10.3969/j.issn.1001-0890.2013.06.019

    [5] 赵景辉, 高玉巧, 陈贞龙, 等. 陕西延川南区块深部地应力状态及其对煤层气开发效果的影响[J/OL]. 中国地质, http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1167.P.20191231.0939.006.html.

    ZHAO Jinghui, GAO Yuqiao, CHEN Zhenlong, et al. Stress state of deep seam and its influence on development performance of CBM wells in the sorth Yanchuan Block [J/OL]. Geology in China, http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1167.P.20191231.0939.006.html.

    [6] 李辛子,王运海,姜昭琛,等. 深部煤层气勘探开发进展与研究[J]. 煤炭学报,2016,41(1):24–31.

    LI Xinzi, WANG Yunhai, JIANG Zhaochen, et al. Progress and study on exploration and production for deep coalbed methane[J]. Journal of China Coal Society, 2016, 41(1): 24–31.

    [7] 李伯尧,王洪亮,印中华,等. 织金煤层气浅层大位移水平井钻完井技术[J]. 石油钻采工艺,2019,41(4):430–434.

    LI Boyao, WANG Hongliang, YIN Zhonghua, et al. Drilling and completion technologies for extended-reach shallow CBM wells in Zhijin[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2019, 41(4): 430–434.

    [8] 赵永哲, 徐堪社, 杨哲, 等. 贵州煤层气井中上部地层钻井防漏堵漏技术[J]. 煤田地质与勘探, 2019, 47(增刊1): 113-116.

    ZHAO Yongzhe, XU Kanshe, YANG Zhe, et al. Preventing and plugging lost circulation technique for drilling CBM wells in Guizhou[J]. Coal Geology & Exploration, 2019, 47(supplement 1): 113-116.

    [9] 皇凡生,康毅力,李相臣,等. 单相水流诱发裂缝内煤粉启动机理与防控对策[J]. 石油学报,2017,38(8):947–954. doi: 10.7623/syxb201708009

    HUANG Fansheng, KANG Yili, LI Xiangchen, et al. Incipient motion mechanisms and control measures of coal fines during single-phase water flow in coalbed fractures[J]. Acta Petrolei Sinica, 2017, 38(8): 947–954. doi: 10.7623/syxb201708009

    [10]

    KANG Yili, XU Chengyuan, YOU Lijun, et al. Comprehensive prediction of dynamic fracture width for formation damage control in fractured tight gas reservoir[J]. International Journal of Oil, Gas and Coal Technology, 2015, 9(3): 296–310. doi: 10.1504/IJOGCT.2015.069014

    [11]

    KANG Yili, XU Chengyuan, YOU Lijun, et al. Temporary sealing technology to control formation damage induced by drill-in fluid loss in fractured tight gas reservoir[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2014, 20(supplement 3/4): 67–73.

    [12]

    XU Chengyuan, KANG Yili, YOU Lijun, et al. Lost-circulation control for formation-damage prevention in naturally fractured reservoir: mathematical model and experimental study[J]. SPE Journal, 2017, 22(5): 1654–1670. doi: 10.2118/182266-PA

    [13]

    IWASHITA D, MORITA N, TOMINAGA M. Shear-type borehole wall shifts induced during lost circulations[J]. SPE Drilling & Completion, 2008, 23(3): 301–313.

    [14] 苏晓明,练章华,方俊伟,等. 适用于塔中区块碳酸盐岩缝洞型异常高温高压储集层的钻井液承压堵漏材料[J]. 石油勘探与开发,2019,46(1):168–172.

    SU Xiaoming, LIAN Zhanghua, Fang Junwei, et al. Lost circulation material for abnormally high temperature and pressure fractured-vuggy carbonate reservoirs in Tazhong Block, Tarim Basin, NW China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2019, 46(1): 168–172.

    [15] 李大奇,刘四海,康毅力,等. 天然裂缝性地层钻井液漏失规律研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版),2016,38(3):101–106. doi: 10.11885/j.issn.1674-5086.2014.06.05.04

    LI Daqi, LIU Sihai, KANG Yili, et al. Dynamic behavior of drilling fluid leakage in naturally fractured formations[J]. Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition), 2016, 38(3): 101–106. doi: 10.11885/j.issn.1674-5086.2014.06.05.04

图(6)  /  表(2)
计量
  • 文章访问数:  716
  • HTML全文浏览量:  270
  • PDF下载量:  117
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-27
  • 修回日期:  2020-07-20
  • 网络出版日期:  2020-12-06
  • 刊出日期:  2021-01-29

目录

/

返回文章
返回