动态控压固井工艺关键技术与应用

动态控压固井工艺关键技术与应用

孙兴华

中石化胜利石油工程有限公司固井技术服务中心  山东东营  257000

摘要:我国的资源勘探工作随着资源的大量开采而难度越来越大，其勘探开发目标向盆地深层､超深层发展,复杂深井､超深井受套管层序的限制,同一裸眼井段通常钻遇多个压力系统,纵向地层呈现窄安全密度窗口特征｡尽管采用控压钻井(MPD,ManagedPressureDrilling)技术保证了安全有效钻进,但给之后小间隙平衡压力固井带来了巨大的困难｡初期的平衡压力固井工艺技术主要针对浆柱结构调整､注替参数优化等方面开展研究,但仍存在一些技术难题｡为此,针对上述瓶颈问题开展技术攻关,形成了动态控压固井工艺,为类似的复杂区块窄密度窗口井况下实施近平衡压力固井提供了技术借鉴｡

关键词:控压固井;安全密度窗口;激动压力

1关键技术模块

动态控压固井工艺是以环空静液柱欠平衡工况为基础,其效果如何和相关人员对地层安全密度窗口的识别和掌控具有紧密的联系｡固井作业前,采用动态套压调整与微溢漏监测相结合的方式测定裸眼段安全作业密度窗口;基于此窗口,采用合理的固井工作液密度､性能及动态工程参数控制,确保固井作业全过程环空压力在安全作业窗口范围内｡

1.1安全密度窗口的测定

多个油井从业人员，尤其是技术人员通过多种方式开展井下压力测定或模拟,探索漏失和溢流的临界点,实现安全密度窗口的准确定位,为动态控压固井的设计和施工提供重要参数｡目前采用的方法包括PWD(PressureWhileDrilling,随钻测压)､微球井下压力测定､存储式压力计测定､微流量监测以及动态参数模拟｡

配备PWD模块的钻井系统,得以在钻进期间实时准确获取地层漏､溢压力实测数据,同时这也是一种成本高昂的技术手段｡泵送式测压微球是将其投入钻具水眼后循环一周,地面捞获后进行数据获取｡目前该方式的实测数据与井深标定还存在较大偏差｡此外,受限于钻具组合､温压系统(抗压105MPa,耐温125℃)制约,在复杂深井､超深井中推广应用局限性较大｡采用存储式压力计则存在时效性差的问题,且与PWD方式一样,只能在钻进或通井期间测试,对于压力系统时变性较强的地层并不适用｡目前技术成熟度较高､成本低廉的安全作业密度窗口测试方案是微流量监控和循环动态参数模拟计算相结合的模式,各种密度窗口测试方式的技术特点如表1所示｡

表1密度窗口测试方式的技术特点对比表

从钻井流程转化到固井流程,由于环空几何形态､钻井液密度及流变性能等变化,环空压力剖面将出现巨大差异｡采用微流量监控和循环动态参数模拟计算相结合的模式,得以在下完套管完成后,在钻井液密度､流变参数､循环排量､精细控压值等多参数影响条件下实施安全作业密度窗口的测定｡这个模块的核心在于流变学算法,该算法是固井浆柱结构设计､工艺参数优化的基础,其准确度决定了之后控压固井作业的成败｡在常规钻井液流变模型的基础上,引入温度场､居中度､小间隙等影响因素,精细计算描述固井环空动态压力剖面,并通过微流量监控井筒漏､溢平衡,准确测算裸眼段安全作业密度窗口｡

1.2多浆柱激动压力控制技术

固井下套管井漏是多压力系统地质条件下较为常见的一种井下复杂情况,其后果不仅会延长钻井周期,损失大量人力物力,造成储层损害,更会直接导致固井作业不能正常进行,严重影响固井质量,甚至诱发井筒内漏转喷,井控安全隐患极大｡业内主流工程软件如LandMark(兰德马克公司)等的下套管激动压力计算模块,是按照井筒均质钻井液来预测激动压力,可调控技术参数过少,非常不利于极端条件下安全作业激动压力的控制｡对于喷漏共存复杂井筒条件,下套管期间实施分段处理井筒流体,建立包含管柱速度､塑性黏度､当量密度等多段浆柱结构参数控制条件下的水力学计算模式和作业工艺,是防止复杂地层发生漏失､确保井控安全的必备前提｡为此,在深刻分析井漏影响因素的基础上,以井筒平衡压力设计和井控安全为准则,综合考虑地层承压能力､套管柱运移动能､环空间隙的变化､后效气窜速度以及多重钻井液浆柱结构的流变性能影响,开发出一种安全高效的下套管工艺作业模式,具有计算精度高､现场操作性强等优点｡

1.3动态近平衡压力控制技术

固井工艺由于受环空几何特征､流体介质､安全作业时间､驱替效率等因素影响,窄安全密度窗口条件的约束较钻进期间更为苛刻,主要表现为裸眼地层“提排量漏､降排量吐”｡这种动态呼吸性效应对固井而言,存在两大安全作业风险｡一是裂缝的持续传播导致漏失由可控转化为失控,彻底失去实施平衡压力固井作业的机会;二是地层回吐引发环空水泥浆窜混,制约环空高效封固｡为避免上述情况发生,采用环空ECD控制+进/出口微流量控制相结合的方式,形成“微吐—微漏”的环空压力控制技术,即水泥浆在管柱内运移时以微流量控制环空处于“微吐”状态,允许出口流量略大于入口流量,这是一种表面上的失衡状况,只是控流量释放地层圈闭压力的一种方式;水泥浆在环空运移期间,则通过强化参数控制地层微漏,此时出口流量略小于入口流量,ECD处于微过平衡状态｡这种环空压力控制技术具有更加灵敏的漏､溢探测能力,主要优势表现在允许固井动态注替期间圈闭压力控流量释放,减少问题进一步扩散的可能｡

1.4控压固井专用装备

针对固井作业小间隙环空压力控制精度要求高的特性,设计电动自动节流控制和钻井液自循环回压补偿于一体的紧凑型结构装备,节流响应时间在0.5s之内,整定调节时长在10s之内,满足固井过程压力控制“精､准､快”需求｡

2现场应用实例

动态控压固井技术在川渝油气田推广应用92井次,最深尾管作业纪录7833m(ST6井Ø184.15mm尾管),解决了困扰四川盆地､塔里木山前构造等高压气区多年的窄密度窗口固井难题,固井成功率100%,质量平均合格率由66.24%提高至86.49%,区域应用效果如表2所示｡

表2动态控压固井技术区域应用效果表

3结论

1)以井筒安全作业密度窗口为基础,所建立的下套管分段激动压力控制方法与“微吐—微漏”动态注替压力控制技术,小间隙尾管激动压力值降低50%,近平衡固井作业窗口阈值可达0.05g/cm3,实现窄密度窗口条件下固井不同作业阶段的压力精细控制｡

2)所开发的固井作业专用监控系统与装备,具备固井全参数的采集､环空压力剖面的实时计算和执行机构动态控制功能,整定调节时间小于等于10s,满足固井环空窄间隙敏感性压力剖面动态调节需求｡

参考文献

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