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精细动态控压固井技术在顺南区块的应用

文档作者：郭继刚文档来源：中石化中原石油工程有限公司固井公司		点击数：	更新时间： 2024年02月27日
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第33卷第5期
2016年9月
钻井液与完井液
DR【LLING FLUID&amp;amp;COMPLETION FLUID
、，01．33 No．5
Sept．2016
doi：10．3696／j．issn．1001—5620．2016．05．016
精细动态控压固井技术在顺南区块的应用
郭继刚
(中石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮阳457001)
郭继刚．精细动态控压固井技术在顺南区块的应用[J]-钻井液与完井液，2016，33(5)：76．79．
摘要塔中顺南区块存在油气活跃、后效严重、压力窗口窄、井深、井底温度高、地层承压能力低等固井技术难点。
为了解决顺南区块固井作业存在的问题，开展了精细动态控压固井技术现场实践，顺利完成了该区固井作业。该技术通过
有效控制井口、井底压力，防止井漏、溢流的发生．在保证施工安全的同时提高了固井质量。目前已在顺南6井、顺南7
井成功应用，效果显著。该技术对压力敏感性地层固井有推广应用前景。
关键词固井；精细控压；井漏；溢流；固井质量；顺南区块
中图分类号：TE256 文献标识码：A 文章编号：1001．5620(2016)05．0076．04
Application of Precise Dynamic Pressure Control WeU Cementing Technology in Block Shunnan
GUO Jigang
(Cementing Branch ofZhongyuan Petroleum Engineering Ltd．，Sinopec，Puyang,Henan 457001)
Abstract Well cementing operations in Block Shunnan has been encountering technical difficulties such as active oil and gas，severe
gas cut，narrow density window,de印well，high bottom hole temperature，and low pressure bearing etc．To deal with these difficulties，a
precise dynamic pressure control well cementing technology was applied in Shunnan，and well cementing was successfully performed．
In applying this technology,the pressures at the wellhead and the bottom were carefully controlled to prevent lost circulation and well
kick from occurring．The well cementing job was safely performed while the job quality was enhanced．This technology has been
successfully applied in cementing the well Shunnan-6 and the well Shunnan-7．This technology is of great importance in cementing
wells penetrating pressure-sensitive formations，and is worth applying widely．
Key words Precise pressure control well cementing；Lost circulation；Well kick；Job quality of well cementing；Application prospect；
Block Shunnan
塔中顺南区块是中石化西北油田分公司的主要
油气勘探区块，该区奥陶系碳酸盐岩储层分为上奥
陶统和中下奥陶统。上奥陶统储集空间主要为低孑L
低渗基质、次生溶蚀孔洞和构造缝。中下奥陶统一
间房、鹰山组裂缝、洞穴十分发育，缝洞一体[1-2]。
本区钻遇碳酸盐岩储层高压气层时，气侵非常严重，
后效持续时间长，全烃值居高不下，钻井液进出El
密度差较大，若采用提高钻井液密度进行压稳，又
会发生漏失。近年来，顺南5、顺南4．1等井采用
常规尾管固井方法固井，存在压漏地层或压不住油
气上窜的风险，导致固井质量较差。因此，针对顺
南区块井深、井底温度高、压力窗口极窄、压稳和
防漏难以兼顾的固井难题，采用精细控压固井技
术在该区开展了现场固井实践，通过准确计算环空
循环摩阻，提高顶替效率，进一步提高了尾管固井
质量。
1精细动态控压固井原理及设备
1．1精细动态控压固井技术原理
精细动态控压固井技术是在精细控压钻井技
术的基础上提出的，主要在固井前循环、注固井
基金项目：中国石油化工集团公司项目“中原油田深层水平井关键技术研究”(JPl2005 o
作者简介：郭继刚，工程师，1975年生，毕业于中国石油大学(北京)石油工程专业，现在主要从事固井工艺技术相关研究。
电话18503938187；E-mail：萄9921@126．tom。
万方数据
第33卷第5期郭继刚：精细动态控压固井技术在顺南区块的应用77
液、替钻井液及后续反循环等固井过程中，通过精
确动态控制，正注入排量和返出口流量控制产生反
向回压来调节井筒液柱压力，实现安全固井的技
术[3】。该技术基于优化环空加重隔离液、加重水泥
浆等浆体结构，通过压稳计算，并结合控压装置，
进行固井作业过程中压稳地层，减少固井液对井筒
的进一步侵人，且不至于压漏地层，可控制井口及
井底压力，更好地保障固井施工安全。该技术下固
井施工前循环、注隔离液、注水泥浆、替高密度钻
井液、替浆等各种工况下井底当量都有变化，各种
工况均要有精准的动态井口控压，才能确保压稳地
层且不压漏地层[4】。
1．2精细动态控压固井设备
精细动态控压固井设备与精细控压钻井基本相
同【5卅，主要有以下2种设备与常规固井不同。
1)旋转控制头。所用格瑞迪斯旋转控制头采
用整体式设计，材质满足H：S酸性气体井服务。
旋转控制头密封胶芯的材质是氨基甲酸乙酯，并且
使用Kevlar聚合物高强纤维尼龙复合材料做加强
涂层，使用时间是常规胶芯的3倍。旋转控制头轴
承总成静密封工作压力35 MPa，100 r／min下的动
密封工作压力是17．5 MPa，200 r／min下的动密封
工作压力是10．5 MPa。旋转控制头润滑和冷却系
统全过程使用油对旋转控制头进行冷却润滑，不使
用水冷却，便于操作和维修保养。
2)自动节流控制系统。利用控压仪器，数据
反馈至电脑，可实现对压力进行实时监控。具体流
程如下：钻井液等流体从井内返出后，要经过旋转
控制头及控压自动节流控制系统，自动节流控制系
统通过控制自动节流阀开度的大小，调整施加的井
口回压，调整压力变化，从而保持稳定的的预设井
底压力。控制系统额定工作压力35 MPa，节流阀
具有自动控制功能和手动操作功能。自动节流控制
系统还安装有流量计，以测量出口流量。控压设备
自动节流控制系统包括手动控制面板、进程逻辑控
制器、操作面板、报警设置和3个相互连通的节流
阀(节流阀A、B、C全开通径为西76．2 111131)。节
流阀的额定工作压力为35 MPa。数据采集系统的
传感器和自动节流控制系统整体设计在一起，在控
压设备指令接收器收到指令后，调整节流阀开度以
调节井口回压的大小。
2现场应用实例分析
目前精细动态控压固井技术已在顺南6、顺南
7井成功实施，现场实施难度极大。下面以顺南6
井四开固井(5 706---7 248．5 m)为例，介绍该技
术的具体应用情况。
2．1顺南6井基本情况
2．1．1钻井过程复杂情况
I)四开采用西215．9 rain钻头钻进至奥陶系
时钻遇异常高压气层，气侵非常严重，且后效持续
时间长，全烃值居高不下，钻井液进出口密度差大，
每次起钻都需充分循环排气，打重浆帽保证起下钻
安全。采用欠平衡钻井无法正常钻进。
2)鉴于欠平衡钻进无法满足钻进需求，提高
钻井液密度进行过平衡打钻，提高钻井液密度后，
出现不同程度的漏失。由于地层压力“窗口很窄”，
采用格瑞迪斯井口控压装置，降低钻井液密度，井
口控压、井底当量密度平衡的方式钻进。
3)鉴于储层油气上窜的后效严重，钻进过程
中都有漏失，为提高井底承压能力进行了堵漏，以
增大压力窗口。对四开已钻裸眼段进行全裸眼承压
堵漏，为后期固井施工创造有利条件。
4)通过地层承压、井口控压，井底当量钻井
液密度达到上窗口密度时，油气上窜速度可以控制
在30 m／h以内。
2．1．2其他数据
最大井斜位置为6 624 m；最大井斜为0．4910，
井底温度为178℃，井底循环温度为150℃，实验
温度为150℃。裸眼井段为6 706--一7 250 111；平均
井径为224．29 mill；扩大率为3．9％。
2．2精细动态控压固井相关计算结果
控压固井相关计算结果见表1～表3。
表1注轻浆控压计算结果
操儆容酢／m3耋患盎a兰黝nfm7訾篙7
注：·为井浆循环一周；钻井液密度为1．93 g／cm3。
万方数据
78 钻井液与完井液2016年9月
表2固井施工作业控压计算结果
操作工作p／排量／P／f／累时／累计注控压／
内容l／m39／cm3 m3／min MPa min min替量／m3 MPa
替到量后关闭环空，加回压，井底当量钻井
液密度为1．98 g／cm3时加回压2．6 MPa
注：打开环空，拔中心管，起钻5柱，上提钻柱要平
稳，防止抽吸；进行反循环，设定井底当量钻井液密度为
2．03 g／cm3，压力及排量根据现场情况进行适当调整。
表3 固井施工作业控压计算结果
操作工作p／ 排量P／ ∥累时累计注
内容量／m3 g／cm3 m3／min MPa rain／min替量／m3
注井浆58．5 1．93 0．58 3．70～6．10 100 100 58．5
注井浆8．0 1．93 0．63 5．67 13 113 66．5
注井浆7．0 1．93 0．63 5．07 11 124 73．5
注井浆7．0 1．93 0．72 5．57 10 134 80．5
注井浆21．6 1．93 0．72 5．57 30 164 102．1
注：起钻2柱，关闭环空，采用间歇式挤水泥法挤入
5 m3水泥浆，浆达到静胶凝强度后分段增加回压ll MPa，
吃入量不超过500 L，暂定候凝72 h，实际根据领浆水泥石
强度养护结果进行确定。
2．3顺南6井固井技术措施
2．3．1精细控压固井技术措施
1)通过优化环空加重隔离液、加重水泥浆等
浆体结构，进行压稳计算，并结合控压装置，使固
井作业过程中压稳地层。
2)在井眼循环、起钻、下套管、进行悬挂器
投球坐挂倒扣、安装水泥头等作业时，要求井底当
量密度大于1．98 g／cm3，确保压稳地层。
3)施工过程中控制井底当量密度为2．05 g／cm3，
调节施工排量和控压压力。①注前置液、领浆、尾浆
时，施工排量为0．6 m3／min，并控压5．5 MPa；②替
浆时前置液未出套管前保持施工排量为0．8 m3／min，
并控压4．3 MPa；③前置液和水泥浆出套管过程中，
环空静液压力不断增加，保持施工排量，降低控压
值；替量达到49 m3时，控压值降为1．4 MPa；④
替浆最后8 m3时降低排量至0．3 m3／min，采用塞流
顶替并井口控压4．0--．2．6 MPa，同时防止井漏；计
量误差实际最后5 m3降低排量至o．3 m3／min，控压
4．0 MPa；⑤起钻5柱，反循环，反循环控制排量，
使井底当量密度控制在2．05 g／cm3。现场反循环排
量0．6～0．9 m3／min，控制反循环压力10．0 MPa。
2．3．2防窜固井技术措施
①采用控压固井技术，有利于降低密度差，提
高水泥浆顶替效率，控制气层气窜。②采用双凝抗
高温液硅胶乳防气窜水泥浆，有利于水泥浆在失
重时对气层的压稳。③在保证施工安全的条件下尽
可能缩短尾浆稠化时间，在水泥浆中加人防气窜剂，
提高固井质量【7】。④根据防气窜压稳计算，确定双
凝界面为6 750 m；领浆封固段5 906 6 750 m，
密度为2．15 eCcm3，稠化时问为330～400 min；尾
浆封固段6 750～7 250 m，密度为2．15 g／cm3，稠
化时间为150～240 min。
2．3．3防漏固井技术措施
①进行地层承压试验，使全裸眼段(动态)承
压能力当量密度大于2．05 g／cm3，保证固井作业有
足够的安全窗口。②实际地层承压能力试验结果为：
在全井钻井液密度为1．98 g／cm3条件下井口憋压5
M-Pa不漏，井底当量钻井液密度为2．05 g／cm3。
2．3．4提高重叠段顶部固井质量技术措施
①确保重叠段顶部200 ITI套管居中度大于
70％。②附加一定量的水泥浆，以提高顶部水泥浆
接触时间，提高水泥浆顶替效率。③采用抗高温液
硅胶乳防气窜水泥浆，提高水泥浆阻止气窜的能力，
同时添加的增韧剂SFP．3和胶乳有利于提高水泥石
的弹塑性。④替浆到位后，进行反挤作业，设计挤
入5 m3水泥浆，有利于保障封固质量。⑤候凝期间，
进行憋压候凝，补偿水泥浆失重时的压力损失。
2．3．5提高底部封固段固井质量技术措施
①优化硅粉颗粒及加量，防止水泥石在超高温
万方数据
第33卷第5期郭继刚：精细动态控压固井技术在顺南区块的应用79
下强度衰退，提高水泥环的强度。②采用抗高温液
硅胶乳防气窜水泥浆，利用纳米级的液硅和胶乳提
高气体运移阻力，从而提高水泥浆阻止气窜的能力。
③确保封固段底部200 m套管居中度大于70％。④
替浆作业后期采用塞流顶替，提高水泥浆顶替效率。
3 固井质量评价
测井资料解释认为未使用精细动态控压固井的
顺南501、顺南4．1井固井质量较差，裸眼段封固
质量不理想。而顺南6井固井质量明显较好(见图
1)，裸眼段封固质量提升明显，管鞋封固质量理想。
其中顺南6井重叠段也有200 m左右的优良封固段。
说明精细动态控压固井在解决顺南区块咖177．8 mm
尾管固井难题上，起到了较好的应用效果。
4结论及建议
1．精细控压固井技术在塔中顺南区块咖177．8
rain尾管固井取得了较好效果，为该区块提供了新
的固井方法，也为精细控压固井技术积累了的经验。
2．精细动态控压固井在顺南区块的应用也存在
着一些问题：现场施工中环空压耗理论计算结果与
实际值存在一定的偏差，可通过现场的循环排量，
泵压等现场数据倒推出循环摩阻，优化循环摩阻的
计算，为精细控压提供更为符合实际的计算依据；
控压设备中缺少回压泵，在井队大泵不开的情况下
控压无法进行，现场施工中装水泥头，投球坐挂，
起钻等工序无法做到控压，在这些工序中难免会有
油气窜出，如果能够加装回压泵装置进行独立加压，
可以有效控制这些工序施工的后效，也免除了后续
的挤水泥作业工序；井底没有压力实时监控设备，
井底压力变化及控压操作均由理论计算得出，与实
际现场施工中存在一定的误差。因此，该技术的进
一步推广还需要进一步的研究与实践。
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(收稿日期2016．4．21；HGF=1604N10；编辑王小娜)

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