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渤海油田含油构造多被断层分隔, 各个构造之间断层十分发育, 从浅部地层到深部地层都存在不同断距的断层, 一口井的钻井作业常需要钻穿多个断层, 井漏情况时有发生。轻微漏失会使正常施工中断, 严重漏失会耽误大量生产时间、耗费大量人力、物力和财力[1]。高渗透性地层漏失和裂缝性漏失由于地层承压能力薄弱, 经过堵漏承压后, 在后续钻进或固井作业过程中仍有漏失风险, 造成固井过程中水泥浆返速低、返高不够, 对地层的封固质量不佳[2]。因此, 通过选择堵漏材料, 有针对性开展固井设计校核解决此问题。
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通过对渤海中部、西部、南部等浅部、深部地层漏失机理的研究, 对渗透性、裂缝性、溶洞性各种不同类型漏失的模拟、分析、实验, 开发、优选出多种固井用堵漏材料, 其中包括有机纤维和无机纤维混合材料PC-B62、片状堵漏材料PC-B64及颗粒堵漏材料PCB66等。通过实验测试, 各类新选堵漏材料均通过堵漏测试及水泥浆性能测试, 性能参数如表 1所示。
表 1 堵漏材料堵漏测试及水泥浆性能测试结果
由表 1数据可以看出, 当缝或孔尺寸为1.02 mm时, 采用复合纤维材料PC-B62可以有效封堵, 承压能力达到2 MPa, 且对水泥浆常规性能无不良影响; 当缝或孔扩大至1.98 mm时, 采用复合纤维堵漏材料PC-B62与颗粒堵漏材料PC-B66复配的堵漏材料可以对缝或孔进行封堵, 且没有降低水泥浆的常规性能; 当针对3.05 mm以及26.92 mm的中大型孔进行封堵时, 使用复合纤维堵漏材料PC-B62、颗粒堵漏材料PC-B66与片状堵漏材料PC-B64进行搭配应用, 可以对孔进行有效封堵, 承压能力依然可达2 MPa, 且对水泥浆抗压强度以及流变性能影响较小, 片状堵漏材料和长纤维同时存在水泥浆中时, 存在缠绕稠化杯浆叶的现象, 所以水泥浆稠化实验未进行。
通过以上实验数据分析可知, 通过在水泥浆中直接加入复合纤维堵漏材料PC-B62、颗粒堵漏材料PC-B66或者片状堵漏材料PC-B64, 配制成堵漏水泥浆, 可以实现不同类型漏失点的有效封堵, 增强了水泥浆的防漏与堵漏能力。其中纤维类堵漏材料通过架桥作用, 形成一定的结构强度, 适合用于裂缝型的地层漏失[3-5], PC-B62主要是长短结合、软硬结合的亲水型混合纤维, 长度在12 mm左右, 经过特殊处理, 其中的纤维不结团, 混配在水泥浆和隔离液中均具有良好的分散性, 便于现场作业过程中的混配, 避免了以往常规堵漏材料在加入过程中抱团不分散的弊端, 易于充分混配和加入[6]。PC-B66颗粒类堵漏材料的选用主要应用了颗粒级配理论实现非理想情况下的颗粒紧密堆积, 实际应用中材料颗粒需要在一定范围内连续级配, 搭配不同粒径级别的材料, 同时需要根据孔隙度大小进行相应调整, 不同粒径级别材料的加量比例, 通过综合考虑不同的情况, 使颗粒间达到紧密堆积的合理状态[7]。
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针对钻井期间发生过井漏且地层存在多处断层的复杂情况, 考虑到使用冲洗液会对地层泥饼有冲蚀作用[7], 此类固井作业取消了冲洗液并优化隔离液, 最终采用双作用堵漏隔离液。
双作用隔离液本身具备一定的承压能力, 其流变性和稳定性相对表现出色, 且隔离液还具有良好的携砂及清洁井眼的作用, 保证井眼干净, 减少环空憋压的可能性[8]。同时, 双作用隔离液中使用了堵漏材料(主要成分为改性多糖羧水基团)。改性多糖羧水基团在形成胶团后会在吸附和分解中达到动态平衡, 在压差较大处形成一层不可渗透的密封层[9], 最终固井期间达到堵漏防漏的作用。
通过调试合适的隔离液配方, 筛选出高温流变性、悬浮性、稳定性均优良的隔离液。在陆地化验室调配过程中, 该堵漏型隔离液表现出良好的性能。实际作业中, 通过ECD井底模拟计算, 在取消了冲洗液的情况下将堵漏隔离液的用量由8 m3增加为25 m3, 适度降低隔离液密度和黏度, 相当于裸眼环空长度719.88 m(环空容积按照64.09 L/m计算)的情况下, 既能降低静液柱压力达到堵漏效果, 又能保证水泥浆封固质量[10]。
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在有断层或易漏地层, 固井设计阶段水泥浆会根据井下情况、地层情况、测井曲线等作优化设计。
领浆使用低密度高强度水泥浆体系(水泥浆密度1.50 g/cm3)+防窜增强剂+水力尖劈堵漏材料(PC-B62、PC-B66), 封固下部漏失层以上至上层管鞋以上100 m; 尾浆使用硅粉水泥(水泥浆密度1.90 g/cm3)+聚合物胶乳体系+防窜增强剂+水力尖劈堵漏材料(PC-B62、PC-B66), 封固井底至下部漏失层位。如此设计既能防止漏失层发生漏失, 又保证本层次管鞋的封固长度和质量, 还能对上层套管鞋处进行封固。
这只是其中一种设计方案, 针对每口井的具体情况不同还能修改、优化, 针对每口井作具体设计。但是总体的降静液柱压力、封堵漏失层、保证关键层位封固质量的思路不变。
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在固井方案确定、设计阶段, 利用现场通井时的循环情况, 结合参数, 对固井中需要的数据进行计算、校核并进行调整, 确定固井水泥浆施工方案。
根据通井循环排量, 计算出钻具环空最大返速, 由此计算出固井前循环时的最大排量。通过软件模拟完钻通井循环与固井前循环断层处ECD, 精确控制固井循环排量, 降低固井期间漏失风险。
将通井的循环参数导入软件进行模拟推演, 计算得出最大固井前循环排量, 确定为1.20 m3/min; 留25.00 m3顶替液低速顶替, 排量0.38 m3/min, 最后6.06 m3再次降排量至0.20 m3/min进行顶替, 降低慢替时断层漏失与井底ECD。调整参数并精确控制顶替排量, 降低井漏风险。
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以同区块探井BZ1井和BZ2井为例。BZ1井Ø311.15 mm井段未采用上述固井措施, 固井期间漏失钻井液及水泥浆共230 m3, 作业结束后固井泵从Ø346.08 mm套管头翼阀挤注水泥, 影响钻井时效达24 h; 而BZ2井Ø311.15 mm井段同样预测有断层, 并在钻进期间多次发生失返性漏失, 但是采用上述措施后, 固井过程中未发生漏失等复杂情况, 后期也未影响钻井时效。水泥浆候凝后SBT测固井质量合格。该新堵漏水泥浆体系在渤海应用成功。
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(1) 所选取材料及设计实操方法能够确保渤海部分易漏地层顺利固井作业, 实现了防漏堵漏目的。
(2) 固井水泥浆的返高及封固质量达到要求, 保证了油层不受侵害及井筒的完整性, 为后续的完井开发做好了前期准备。
Cementing technology for leaky formation in the Bohai Oilfield
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摘要: 海上油气勘探开发属于高风险作业。渤海地区易漏地层对固井质量及作业时效都影响颇大，一旦固井期间发生漏失，作业风险会增加，而且会因为处理复杂情况而影响作业时效，增加作业成本。为此，针对渤海易漏地层进行堵漏材料研究，在隔离液中加入优选的堵漏材料，研发具备良好堵漏效果的双作用隔离液和水泥浆体系，再通过软件计算校核并调整每个步骤的具体施工参数，控制固井过程中的井底ECD。最终在实际作业中，确保整个固井过程不发生井下漏失，顺利完成漏失井段的固井作业，并获得较好的固井质量，满足井控及后续开发要求。Abstract: Offshore oil and gas exploration and development is a high-risk operation with high operation cost.In the Bohai Sea, thief zones have a great impact on the cementing quality and operation efficiency.Once the leakage occurs during cementing, the operation risk will be increased.Furthermore, the treatment of downhole complication will decrease the operation efficiency and increase the operation cost, which runs counter to the guiding principle of cost reduction and efficiency increase.The lost circulation materials were studied, and the design of cement slurry was modified and innovated based on the situation of thief zones in the Bohai Sea.Then, the construction plan of the cementing operation of absorption wells was refined and optimized by conducting experimental studies.The double-acting spacer fluid and cement slurry system with good plugging performance was developed by adding the optimized lost circulation material into the spacer fluid.Afterwards, the specific construction parameters of each step were checked and adjusted through software calculation to control the bottom hole ECD in the process of cementing.Finally, these technologies were applied in the actual operation.Thanks to their application, downhole leakage is prevented in the whole process of cementing, the cementing of leakage sections is completed smoothly, the cementing quality is improved and the requirements of well control and oil reservoirs are satisfied.
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Key words:
- Bohai Oilfield /
- cementing /
- lost circulation material /
- spacer fluid /
- cement slurry
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