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彭水页岩气水平井固井工艺技术_图文

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页岩 水平 井固井 工艺技术 图文
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第37卷第6期 7 钻 采 工 艺 21· 彭水页岩气水平井固井工艺技术 冯大鹏,崔 躁,童胜宝 (中石化华东分公司石油工程技术研究院) 冯大鹏等.彭水页岩气水平井固井工艺技术.钻采工艺,2014,37(6):21—23 摘要:页岩气藏具有储层物性差、孔隙度低和渗透率低等特点,一般采用水平井配合后期大型分段压裂技 术才能获得产能,这就对页岩气水平井固井质量提出很高的要求。为提高彭水页岩气水平井固井质量,在彭页 2页3页4用了高套管居中度等工艺技术,为 今后彭水区块提高页岩气水平井固井质量积累了经验。 关键词:页岩气;水平井;固井;前置液;弹性水泥浆 10.3969/J.006—768X.206.07 页岩气是指储集在富含有机质的细粒碎屑岩中 的天然气,一部分以游离态存在于孔隙和裂缝中,一 部分吸附于有机质和黏土矿物内表面,可以是生物 成因、热解成因或混合成因,在一定地质条件下聚集 成藏并达到经济开采价值,属于非常规天然气范 畴…。彭水页岩气目的层位为志留系下统龙马溪组, 其上部以灰色粉砂泥岩、灰色泥岩为主,下部为灰黑 色页岩及黑色炭质页岩,孔隙度为4.4%~4.9%, 渗透率为91.5—139.8 有低孔、特低渗致密 的物性特征,后期需进行大型分段压裂作业,对固井 质量具有很高的要求。为此,采用了能提高页岩气 水平井固井质量的前置液体系、水泥浆体系及配套 施工工艺,并在彭水页岩气区块3口页岩气水平井 上进行了现场应用,取得了良好的应用效果。 一、下套管工艺技术 1.井眼准备 井眼准备是水平井下套管及固井施工作业的重 要环节,最后一次通井要利用短起下,使得井眼畅通 无阻,对起下钻遇阻的地方要认真划眼,采用不低于 套管刚度的管串通井至井底,对于起下钻遇阻、遇卡 情况较多的井要采用两次通井,两次通井时分别携 带一个及两个扶正器。适当提高钻井液黏度,并且 大排量循环,确保井下无沉砂、垮塌、漏失,针对主要 遇阻点注入润滑性封闭浆,降低摩阻和扭矩,为套管 下入创造有利井眼条件。 2.下入摩阻及套管居中度软件分析 彭水页岩气水平井套管串结构为:浮鞋+短套 管×1根+短套管×1根(弹扶)+套管×1根+浮 箍(1)+套管×2根(弹扶)+浮箍(2)+套管串(扶 正器)+联顶节,该套管串结构在前段增加了两根 短节并安放了一个弹性扶正器,保证了套管下人过 程中浮鞋“抬头”,有利于套管串的顺利下人。 为保证套管居中度,需优化扶正器类型及安放 位置,提高水泥浆的顶替效率。鉴于彭水页岩气水 平井水平段相对较长,水平段选择适合长水平段井 的整体式双弓扶正器,该扶正器居中能力强,由于整 体式结构,在下入过程中不容易损坏,对井壁和自身 均能起到有效的保护。相比于水平段,造斜段侧向 力较大,所以斜井段选择刚性旋流扶正器。结合实 钻井眼轨迹,利用固井分析软件进行套管居中度及 套管下入摩阻的模拟计算,在保证套管串]下入 的同时尽量提高套管居中度在67%以上,为提高水 泥浆顶替效率及固井质量创造条件。经软件模拟计 算优化扶正器安放间距为:水平段每根套管放一只 整体式双弓扶正器,井斜30。~80。每根套管放一只 刚性旋流扶正器,其余井段每四根套管放置一只整 体式双弓扶正器,如图1所示套管居中度基本在 67%以上,水平段居中度大于90%,如图2所示套管 下人摩阻及大钩载荷情况显示套管能够顺利下人。 收稿日期 2014—06—28;修回日期:2014—11—05 作者简介:冯大鹏(1983一),助理工程师,硕士,2011年毕业于西南石油大学,主要从事固井技术研究工作。地址:(210031)江苏南京市 浦口区新马路182号,电话:(025)58869237,13914792998,E—63.22· 钻 采 工 艺 014年11月 014 0 套管居中度 3O 60 90 120 ’‘’ j J, 1 : 图1套管居中度 大钩载荷/摩阻, 6O 12O 180 240 300 360 420 480 540 600 图2 大钩载荷及摩阻分析 二、前置液及水泥浆技术 1.前置液体系 由于彭水页岩气水平井目的层段在钻井过程中 采用的是油基钻井液体系,会在固井前井壁上黏附 一层油膜,导致水泥胶结质量差,要求前置液能有效 地冲洗、携带油膜、油浆 J。因此采用了具有针对 性的前置液体系,主要包括:稀释液、转隔离液、稀释液主要成份是柴油,柴油的使用降低了固 井施工过程中的液柱密度当量,减小了固井施工过 程中漏失风险,同时还隔离了油基钻井液与润湿反 转液,保证润湿反转隔离液浓度及表面活性。 所采用的配方基本一致,主要区别在于冲洗润湿 反转隔离液中加入了一定量的重晶石,其主要目的 首先在于可以形成与柴油之间良好的密度分层,其 次调高密度可以防止大段水基隔离液冲洗造成井壁 失稳。%~10% .5%+0.3%+60%重晶 石。 该前置液体系实现了对油基钻井液的有效驱替 和油一水润湿界面的翻转,优化了浆柱结构,保证了 固井质量,在现场取得了良好的应用效果。 2.低密度水泥浆体系 彭水页岩气目的层位龙马溪组属硬脆型地层, 天然裂缝发育较好,钻井液密度窗口窄,在钻进过程 中发生多次漏失,因此固井时采用双密度双凝水泥 浆体系,水平段及以上200 113采用1.88 g/规 密度水泥浆,上部则以低密度水泥浆充填。低密度 水泥浆密度根据具体井下承压能力确定,一般在 1.28~1.39 g/彭水页岩气水平井部分低密度 水泥浆配方如下:0%5%微硅十4% %+1.1%6%该水泥浆体系水泥浆主要性能表现为:易润湿、 易混合、高强度、稳定性好等特点,通过调整水泥、 硅的混合比例可获得理想的低密度水泥浆 体系,实验证明该水泥浆体系近直角稠化,侯凝72 h 水泥石强度较高,为后期压裂创造条件。表1为彭 水页岩气3口水平井低密度水泥浆的性能指标。 表 号 实验条件 p 流动度 自由液 £3o赫 ℃ p/, 页25 40 1.30 21 0.1 365 380 ;页38 43 1.39 2O 0 289 3页45 40 1.28 22 0.1 29O 324 3.水页岩气水平井后期采用分段压裂技术,而 大型分段压裂对水泥石易造成严重的破坏作用,主 要集中在两个方面:一是水泥石与套管存在力学性 能差异,压裂过程中套管内壁承受高内挤压力及冲 击力,套管发生变形对水泥石产生挤压,使水泥石产 生周向拉应力,由于水泥石为脆性材料,抗拉强度远 低于抗压强度,当水泥石所受周向拉伸力大于其抗 拉强度时,水泥石产生断裂;二是压裂的冲击作用大 于水泥石破碎吸收能时,水泥石会破碎 J。因此要 求水泥石具有较低的弹性模量,较好的韧性和较高 的抗压强度。彭水页岩气水平井在水平段采用了由 中石化石油工程总院开发的保证了水平段的固井质量,为后期压裂提供了保障。 改善水泥石弹性的关键技术在于弹性粒子的选 择及用量,一般选用橡胶粉作为弹性粒子,但橡胶粉 在油井水泥浆中属于一种杂质,在改善水泥石弹性 性能的同时也会带来一些不利的因素,橡胶粉加量 过多会使水泥石的抗压强度降低,加量适合时橡胶 粉会充填水泥石内的孔隙,增加水泥石的密实度,对 0 加 ∞ ∞ 舳 ∞ 甜 Ⅲ/越 第37卷第6期 7 钻 采 工 艺 23· 水泥石的影响不大。验,综合考虑降低水泥石弹性模量及保证水泥石 抗压强度两个方面,得出弹性粒子合适加量应在 3%~6%之间(占水泥质量百分比)。由实验结果 可以看出常规水泥石弹性模量仅为14 图 3),彭水页岩气弹性水泥浆体系的弹性模量为8 图4),将弹性模量降低了40%,提高了水泥 石的可塑性形变能力 J。同时通过采用表面活性 剂对弹性粒子的表面亲水处理,解决了弹性粒子在 水泥浆中憎水和团聚的现象,使其具有分散性好、无 漂浮的特点。 应力/3常规水泥石弹性模量 应力/4 降低分段压裂过程中水泥石发生多点开裂、 水泥石破碎的现象,的聚丙烯纤维作为增韧材料。聚丙烯纤维的加人 如同在水泥石中增加了“钢筋”使水泥水化物紧密 的黏结起来,从而起到“搭桥”作用和微粒的“拉筋” 作用,由此传递应力负荷、改善水泥石力形变能力, 解决了水泥浆固化后的脆性问题 J,提高水泥石抗 内压强度、抗拉强度以及减少射孔时微裂纹的数量。 表2为彭水页岩气水平井所采用的能,水泥浆配方为:%.15%2+7%+1.5%.1%44%三、现场应用 彭页2页3页4气水平井分别于2012年,完钻井深分别为3 990 m、4 190 113、3 652 m,水平 段长分别为1 650 150 247 m,水平段井斜 角均大于80。。在水平段长、井眼轨迹复杂、井径较 差、井下易漏的情况下,固井一次合格率达到了 100%,水平段优良率达到80%以上(见表3)。 表2 验条件 p 流动度 自由液 号 ≯ g.页25 40 1.89 20 0 209 216 彭页38 43 1.88 21 0 230 243 彭页45 40 1.88 22 0 225 238 表3彭水页岩气水平井固井质量 固井质量 井号 优良率 合格率 (一界面/二界面) (一界面/二界面) 彭页25.6/67.9 2.7/28.1 彭页33.7/60.2 4.5/39.8 彭页41.5/50.9 14.5/46.2 四、结论及建议 (1)液井壁润湿反转、提高顶替效率、提高固井胶结质 量的要求。 (2)水泥石弹塑性和抗压强度,流动性好、直角稠化等 特点保证了水平段的固井质量。 (3)彭水页岩气水平井固井的成功实施,实现 了页岩气水平井固井技术国产化,节约了成本。 (4)由于彭水页岩气水平井目的层位承压能力 较弱,建议研制并开发密度在1.70—1.80 g/ 弹性水泥浆体系,将对推动彭水页岩气开发具有重 要意义 参考文献 [1]张金川,金之钧.页岩气成长藏机理和分布[J].天然气 工业,2004,24(7):15—17. [2]徐鑫,彭志刚.胜利油田水平井固井新技术[J].钻井液 与完井液,2009,26(6):37 39. [3]谭春勤,刘伟.用[J].石油钻探技术,2011,39(3):53 54 [4]陶谦,丁土东.页岩气井固井水泥浆体系研究[J].石油 机械,2011,39(17~19. [5]张颖,陈大钧.塑性低密度水泥浆体系的室内研究[J]. 钻井液与完井液,2011,28(2):63—64. (编辑:黄晓川) m 8 64 2 O 0、衄 教 9 8 7 6 5 4 3 2 l O 戳
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