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页岩气超长水平井固井难点及对策分析 -捕鱼游戏网络版

来源:油媒方作者:海山科技网址:http://www.haishankj.net
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本文从页岩气超长水平井固井难题入手,系统性综述了页岩气超长水平井固井技术,旨在探寻更加高效、更加安全的页岩气超长水平井固井技术,满足日益紧张的页岩气能源开采需求,同时也为同类型的页岩气超长水平井固井方案设计提供一定的借鉴与参考。


一、超长水平段固井难点


1、套管的选择与下入问题


页岩气藏深处上覆岩层压力大,因此套管刚度选择困难。随着井深增加,意味着每一封固段较长、每一封固段下套管数有所增加,并且造斜段对下套管速度要求严格。套管居中度大于67%,即可认定为固井质量良好。


若全部采用弹性扶正器,套管下入过程中,较大的下压力可能破坏扶正器结构,无法起到扶正居中作用,反而增大下入摩阻;如果采用常规的旋流刚性扶正器,依据长宁-威远地区经验,只能使用外径205mm的刚性扶正器,管串刚性过大会阻碍下套管。为了保障套管居中度达到67%以上,需要每根套管都安装刚性扶正器,但是加密扶正器安放可能会影响套管下入。


2、油基钻井液污染问题


油基钻井液具有两面性,就钻井作业来说油基钻井液是有利的但是,就固井作业来说油基钻井液是有害的,例如残余钻井液污染水泥浆性能、高密度钻井液不利于水泥浆的顶替、附着在井壁上的泥饼严重影响水泥浆与井壁的胶结效果。


3、压裂后水泥环完整性问题

页岩气开采后期需要对整个目标区块进行大规模的压裂增产作业,这些增产作业容易引起环空压力激增或者骤降,从而导致水泥环发生形变。凝固后水泥石是一种脆性材料,形变范围较小,一旦超过水泥环的极限形变量,水泥环受到破坏并形成微裂纹。随着时间推移微裂纹进一步扩展发育,最终引起层间封隔失效,降低油气开采速率与纯度、缩短单井使用寿命、危害井口作业人员人身安全。

4、水泥浆气窜问题

超长水平段页岩气井有上千米甚至超过三千米水平段需要有效封固,在理想的钻遇率情况下,固井过程中长时间候凝、水泥硬化后发生气窜的几率都很大。一旦气窜发生,轻则气体窜出,产量流失,重则可造成环空带压,甚至导致井喷事故。水泥浆的防气窜性能受许多因素影响,包括水泥浆的密度、水泥浆的静胶凝强度、井下条件的失水量、水泥石的微膨胀与自愈性


5、固井质量评价问题

固井工程师们通常希望仅利用一条测井曲线和单一评价指标解决固井质量评价问题,理论上cbl曲线的确可以非常准确地评价固井质量,但超长水平井井眼轨迹复杂、储层岩性多变、水泥环发展强度不一致、后期作业(井筒试压、顶替钻井液、压裂增产、井筒放压)等因素都会影响测井结果,不利于固井质量解释。


二、超长水平井固井对策分析


1、套管的选择与安全下入


油层套管以钢级划分大体有以下两种:①钢级较高,壁厚较薄,能有效保证套管内通径;②钢级较低,壁厚较厚,在满足性能要求的基础上,大幅降低勘探开发的成本。


目前针对深层页岩气井下套管技术主要有漂浮下套管技术:通过在套管串结构中加入漂浮接箍,利用漂浮接箍与套管鞋中间套管内封闭的空气或低密度钻井液的浮力作用,来减小套管下入过程中井壁对套管的摩阻,以达到套管安全下入的目的,漂浮下套管技术适用于高摩阻负压固井。旋转下套管技术:旋转下套管技术,是通过旋转的方式将套管下到位,避免了破坏井壁,随时可以保持循环,更好地将井下的沉砂清洁干净。

在很多四川页岩气长水平井中,如壳牌反承包井使用cds系统连接到顶驱,下接套管并实现套管内密封,实现转动循环下套管,解决了水平井下套管的困难,即便在井眼不稳定的情况下,工具旋转、循环并结合相配套的划眼浮鞋可以打穿井眼阻力段,可确保将套管下到井底


2、超长水平段清洗液技术

为冲刷井筒内残余钻井液及泥饼,期初使用清水作为清洗液,但随着钻井液体系的发展和复杂深井的不断开发,普通清水清洗液远远达不到清洗要求,尤其是针对油基钻井液条件下的固井作业,清水无法清洗干净套管壁油滴和井壁泥饼。为了解决油基钻井液清洗问题,国内外主要采用酸性、表面活性剂、聚合物、纤维型清洗液,这些洗油型清洗液体系都已经在页岩气现场取得了成功应用,其中纤维清洗液应用范围最广

纤维清洗液是一种过向清洗液里加入一定量特制清洁纤维,增加清洗液机械携带能力的高效井眼清洁方式,1kg清洁纤维累计含有超过6000km长度的纤维,具有较高的悬浮性与挠动性,能够冲刷出“大肚子”处的黏稠油基钻井液和泥饼。清洁纤维在不影响流体性能的前提下,能够显著提升流体的携岩能力,是一种较新的井眼清洁技术。


3、超长水平井弹塑性水泥浆技术


页岩气超长水平井油层套管固井后,要进行试压、分段压裂等后续作业,易造成水泥环密封失效,对水泥石力学性能要求高,需要水泥石具备较低的杨氏模量以防止破坏失效。弹塑性水泥具有较低的杨氏模量,既可以抵御压裂、射孔等作业对附近水泥环的压力冲击,又可通过其膨胀特性补偿因压力冲击而产生的微裂纹。

页岩气现场目前使用的弹塑性水泥浆体系主要包括了橡胶、胶乳、增韧纤维、韧性微膨胀、柔性自应力弹塑性水泥浆体系,其中柔性自应力水泥浆最具代表性。柔性自应力水泥浆体系由柔性防窜剂、增韧剂、降失水剂、减阻剂、缓凝剂等外加剂组成。柔性自应力水泥浆使水泥石具有柔韧性、抗裂性和自愈性,增强了水泥石缓解外部载荷的能力,使水泥环能够在高压试压后仍具有优良的密封性

4、提高水泥浆防气窜性能

主要从水泥浆配方设计上入手,一般有3种思路:一种是从水泥灰固相材料入手,通过颗粒级配技术,增大水泥浆固相颗粒堆积密度,阻止气体侵入水泥浆;另一种是从液相入手,使用胶乳、纳米液硅等防气窜材料,在水泥浆与井壁之间形成薄而韧的致密水泥滤饼阻止气体侵入。即使少量气体侵入水泥浆,防气窜材料参与水泥浆水化反应生成膜状物质,在水泥浆内部形成保护性“隔膜”进一步阻止侵入气体在水泥浆内部运移;第三种是向水泥浆中掺入消泡材料,补偿水泥浆因气体侵入而引起的“失重”效应,平衡地层压力杜绝气窜,但此类水泥浆综合性能难以调控,目前仍处于试验阶段。因此提高水泥浆的防气体侵入能力,主要还是从水泥浆固相颗粒级配技术以及液相的防气窜处理剂角度切入进行防气窜性能优化

5、固井质量综合评价

通过收集钻井资料、固井资料、常规测井资料、常规解释成果表、外层套管固井质量测井资料,结合水泥胶结测井评价结果综合评价固井质量。其关键在于根据现场工程情况对固井质量作出预判,然后结合测井解释成果,对出现多解的层位参照预判结果,进行深入分析,得出综合评价结果。



     结论   


通过对页岩气超长水平井固井难点及对策进行深入调研及剖析,可以得出以下结论:


1、页岩气超长水平井钻井过程中使用的钻井液目前仍以油基钻井液为主,油基钻井液虽然基础性能和悬浮岩屑能力强,但是残余油滴及致密泥饼严重危害后续固井作业,弱化清洗液的清洗效果,必须针对油基钻井液设计强效型清洗液技术。

2、页岩气采气后期作业会引起井内压力急剧升高或者降低,导致水泥环产生微裂纹破坏水泥环完整性,弹塑性水泥浆固化后的水泥石极限形变量大,能够缓冲部分外部载荷,并且弹塑性水泥浆中具有微膨胀性物质,可自我修复微裂纹。

3、超长水平段测井解释图比较复杂,存在多解性,对固井质量评判的标准不一,容易引起施工误差。工程师们应针对多解性层位综合性分析,收集完善相关资料,减少固井质量评判争议。




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