泡沫水泥浆固井工艺技术

1、泡沫水泥浆固井工艺技术唐登峰 南步银( 中原石油勘探局钻井三公司 ,河南濮阳 457001)摘要 花土沟油田是青海石油管理局 1 个开发多年的主力油田 ,井深为 1300m 左右 ,现在所钻的井多为调整井 ,地层压力系数很低 ,仅为 0. 60. 8 ,油层分布特点是薄 、散 、多 ,且上部 80150m 还有浅气层 ,油层固井要求全 井封固 ,水泥返至地面 。该区块原来油层固井合格率为 92 % ,优质率仅为 48 % ,固井质量严重影响了该油田的产能 建设和合理开发 。为了解决这一固井难题 ,对泡沫水泥浆固井技术进行了研究 ,并对 5 口井进行了油层封固 ,固井施工顺利 ,未发现漏失现象

2、,经声幅测井证实 ,5 口井水泥均返至地面 ,油层固井优质率高达 100 % 。实践证明 :这种新型的低密度化学泡沫水泥解决了低压易漏井 、长封固段井和稠油热采井的固井难题 ,提高了固井质量 ,缩短了建 井周期 ,节约了成本 ,经济效益十分显著 。主题词 花土沟油田 固井 泡沫水泥浆 低密度 发气剂 稳泡剂作者简介 唐登峰 ,1963 年生 。1983 年毕业于长庆石油学校钻井专业 ,现从事固井工作 ,工程师 。 南步银 ,1961 年生 。1983 年毕业于长庆石油学校钻井专业 ,现从事固井工作 ,工程师 。1 . 10g/ cm3 。以前采用常规水泥浆固井 ,水泥浆密度为1 . 851 .

3、 90g/ cm3 ,由于静压差太大和“u 型管”效 应的影响 ,固井漏失在所难免 。3 . 固井易窜槽花土沟油田浅气层埋深 80 150m ,且异常活跃 ,固井候凝时 ,环空易窜槽 。二 、采取的技术措施1 . 根据钻井时漏失量的大小 ,在下套管前要求 预堵漏 ,保证井眼畅通 ,井下安全 。2 . 下套管时严格控制下放速度 ,及时灌钻井液 ,下完套管后先灌满钻井液 ,单凡尔顶通 ,待返出 、泵 压正常逐渐增大循环排量 ,防止压力激动造成井漏 。3 . 下完套管后充分循环钻井液洗井 ,确保井眼通畅 ,并在保证井 下 安 全 的 前 提 下 , 调 整 钻 井 液 性 能 ,使其达到低粘度 、低

4、切力 、低固相 、低失水 ,且具有良好的流动性 。4 . 选择配浆量大的低密度新型泡沫水泥浆 ,既 可以大幅度地降低水泥用量 ,又能降低静压差和流动阻力 ,防止井漏 。5 . 由于花土沟油田的井未装封井器 ,所以固井 前装好井口卡瓦 ,焊好接头管线 ,装好闸门 ,固井后 关好闸门 ,防止油气上窜 。6 . 选用优质隔离液 ,提高顶替效率 。对于漏失严重的 井 采 用 塞 流 顶 替 , 控 制 环 空 返 速 小 于 等 于0 . 50m/ s ,减轻“u 型管”效应 。花土沟油田是青海石油管理局的主力油田 ,且是开发多年的老油田 ,该油田井深在 1300m 左右 ,现 在所钻的井多为调 整

5、井 , 油 层 井 身 结 构 为 216mm钻头 139 . 70mm 套管或 216mm 钻头 177 . 8mm 套 管 。该 区 块 地 层 压 力 系 数 很 低 , 仅 为 0 . 6 0 . 8 ,要求钻井液密度 小 于 等 于 1 . 10 g/ cm3 。该 油 田 油层分布特点是薄 、散 、多 ,且上部 80150m 还有浅气层 ,油层固井要求水泥返至地面 ,全井封固 。该区块近几年油层固井几乎都发生不同程度的漏失 ,声 幅测井证实 ,发生井漏的井少则低返 100m 左右 ,多则低 返 500m 左 右 , 有 些 井 需 要 射 孔 挤 水 泥 补 救 。 该油田 原 来

6、 油 层 固 井 合 格 率 为 92 % , 优 质 率 仅 为48 % ,固井质量严重影响了油田的产能建设和合理 开发 ,为解决这一固井难题 ,开展了泡沫水泥浆固井工艺技术研究 。一 、影响固井质量的主要原因通过对固井资料进行整理 ,结合声幅图和施工 情况进行了分析 ,找出了影响花土沟油田固井质量的主要原因 。1 . 地层易漏失花土沟油田地层压力系数很低(仅为 0 . 60 . 8) ,封固段长 ,水泥量大 ,环空流动阻 力大 ,易诱发井漏 。2 . 水泥浆体系选择不当花土沟油田地层很脆 弱 ,承压能力很低 ,钻进时要求钻井液密度小于等于唐登峰等 :泡沫水泥浆固井工艺技术31三 、优选水泥

7、浆配方化学泡沫水泥是一种新型的低密度水泥 ,是靠 化学反应形成的 。化学 剂 主 要 由 发 气 剂 fca 、fcb 和稳泡剂 fcf 组成 ,其中 fca 与 fcb 和水接触在常 温常压下就可发生反应生成氮气 。发气量的大小与发气剂的配比和加量有关 。稳泡剂的加量主要受发 气量大小 (即发气剂加量) 的影响 。试验结果证明 , fca 、fcb 与 fcf 的最佳配比为 737 。泡沫水泥浆 成本和综合性能使发气剂 fca 与 fcb 的加量受到 一定限制 。因此为了获得密度更低的水泥浆 ,必须 在水泥中加入减轻剂以降低水泥基浆密度 。经过筛选 ,发现漂珠具有密闭 、粒细 、质轻和活性等

8、特点 ,且 只需要用较少的水润湿其表面 ,就可使漂珠水泥浆 具有一定的流动性 ,所以选择漂珠做为基浆的减轻 剂 。为了提高该新型泡沫水泥浆的综合性能 ,使其 满足不同井的工程要求 ,可加入适量的增强剂 fcp 、 缓凝剂 fcr 及降失水剂 fcw ,调节水泥浆的性能 ,使它具有更广泛的用途 。 结合花土沟区块地下特征和具体情况 ,通过多次室内试验 ,优选出的水泥浆配方为 : g 级嘉华水泥+ 1 . 5 %fca + 1 % fcb + 2 % fcf + 10 % pz。试验条 件 :水灰比 0 . 6 ,40 / 20mpa ,温度上升速度 1 . 5 / min 。试验结果 :初始稠度

9、 8bc ,造浆率68 . 75l/ 袋 ;稠化时 间 : 30bc , 110min ; 50bc , 127min ; 100bc , 147min ;流变性 :40 时 , n = 0 . 77 , k = 0 . 18 。抗压强度见表 1 ,表中测定抗压强度 p1 为 24h不控制水泥浆失水 ;测定抗压强度 p2 为 48h 控制水 泥浆失水量在 100ml 以下 ;空白表示未测 。表 1 泡沫水泥浆的抗压强度化学充氮新型泡沫水泥是利用化学剂在水泥浆中发生化学反应形成的 。它与机械充气泡沫水泥不 同 ,化学泡沫水泥 是 以 化 学 外 加 剂 , 主 要 由 发 气 剂fca 与 fc

10、b 在水泥浆中反应产生氮气 ,并加入表面活性剂 (稳泡剂 fcf) 稳定气泡形成一种均匀稳定的 泡沫水泥浆 。漂珠是从火电厂燃煤炉排出的粉煤灰中分选出来的微珠 ,大部分为实心 ,少量为空心 ,颗 粒直径为 1080m ,密度为0 . 61 . 20g/ cm3 ,主要化学成份是 sio2 和 al2o3 ,另外还有少量的 fe2o3 。由于漂珠本身具有密封 、粒细 、质轻和活性等特点 ,且 只需要用较少的水润湿其表面 ,就可使漂珠水泥浆 具有一定的流动性 ,所以选择漂珠作为基浆的减轻剂 。利用化学剂发气制备泡沫水泥时 ,由于发气剂和稳泡剂分别预先混匀于水泥和水中 ,所以产生的 泡沫比较均匀 ,

11、在常压下 ,泡沫在水泥浆中分布得非 常均匀 ,呈球状 ,大小基本相等 ,均为 163m ,而且泡沫之间相互独立 ,密封性好 。泡沫水泥的这种结构 ,有利于提高泡沫的稳定性 ,增加强度 ,减少渗透率 , 防止气窜 。基浆中加入漂珠后 ,气泡在高压条件下 变得很小 ,存在于水泥颗粒之间的空隙中 。部分漂 珠破碎严重 ,水泥颗粒进入了漂珠内 。这是由于制备水泥浆时高速搅拌和漂珠有限的承压能力所致 。因此在井底压力大于 60mpa 时 ,单纯靠加漂珠来降 低水泥浆密度 ,是非常有限的 ,再加入泡沫 ,是一项 有效的补充措施 。研究还发现 ,泡沫水泥是一种低渗透性水泥 ,可以有效地防止地层腐蚀性流体侵蚀

12、套管 ,且泡沫水泥具有一定的保温性 ,水泥石的导热 系数随水泥浆密度降低而降低 ,随孔隙度增大而降 低 ,提高了稠油热采井的热采效率 ,泡沫水泥室内密 度计算及施工密度的控制都是 在 地 面 条 件 下 进 行的 ,计算公式为f=h0m - ( h- h)w / ( h0 - h)3式中 ,f 为 环 空 中 泡 沫 水 泥 浆 平 均 密 度 , g/ cm ; h0为漏失层底界深度 ,m ;m 为固井前钻井液密度 ,g/cm3 ; h为泡沫水泥返高 ,m ; h为前置液返高 ( 也是 钻井液的高度) ,m ;w 为前置液密度 ,g/ cm3 。由公式求出泡沫水泥浆在井下的实际平均密度 后

13、,可根据密度随压力变化的曲线推算出泡沫剂的加量 ,即基浆配方 。根据花土沟油田的实际情况 ,通过在基浆中加 入漂珠 ,发 气 剂 fca 、fcb 和 稳 泡 剂 fcf 的 联 合 作用 ,经过调节加量 , 泡 沫 水 泥 浆 地 面 密 度 最 低 可 达0 . 68g/ cm3 ,当密度为 0 . 84g/ cm3 ,24h 抗压强度可达从优选出的水泥浆配方所 具 有 的 性 能 可 以 看出 ,该体系 的 水 泥 具 备 了 以 下 条 件 : 1 . 良 好 的 流 变 性 ;2 . 足够的水泥石强度 ; 3 . 可控的稠化时间 ; 4 . 较低的失水 。因而该体系的水泥浆完全满足现

14、场施工的要求 。四 、水泥外加剂作用机理探讨 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 密度/ gcm - 3p1 / mpap2 / mpa40 70 90 70 90 120 1. 481. 351. 201. 030. 8410. 87. 65. 85. 23. 515. 210. 48. 07. 24. 220. 518. 09. 28. 66. 58. 86. 26. 05. 85. 09. 696. 15. 95. 313.

15、 2石油钻采工艺2001 年 (第 23 卷) 第 6 期323 . 5mpa ,完全可 以 满 足 固 井 施 工 要 求 。实 际 上 , 花土沟油田要求的泡沫水泥浆地面密度为 1 . 03g/ cm3即可满足井下要求 。五 、现场应用及效果根据室内试验优选的配方 ,并采取上述措施 ,在 花土沟油田共固油井 5 口 ,井号分别为 : xn6 - 4 井 、qn7 - 3 井 、xs2 - 4 井 、xn3 - 21 - 1 井 、xn3 - 21 - 3井 ,这 5 口井在钻井时都存在不同程度的漏失 ,特别 是 qn7 - 3 井和 xn6 - 4 井 ,钻井时漏失钻井液多达760m3 (

16、钻 井 液 密 度 分 别 为 1 . 06g/ cm3 、1 . 08g/ cm3 ) , 其余 3 口井漏失钻井液也在 100m3 以上 。当采用泡 沫水泥浆固井技术后 ,5 口井固井施工顺利 ,未发现 漏失现象 ,经声幅测井证实 ,水泥均返至地面 ,固井 质量全 优 。5 口 井 采 用 的 泡 沫 水 泥 浆 体 系 的 配 方 为 : g 级水泥 + 10 %漂珠 + 60 %水 + 1 . 5 %fca + 1 %fcb + 2 %fcf 。现场应用结果表明 , 采用新型泡沫 水泥固井技术 ,可提高低压易漏井 、长封固段井的固 井质量 ,解决水泥返高不足的问题 ,减少不必要的挤 水

17、泥作业或其它补救措施 ,并通过 1 次常规固井工 艺实现全井封固 ,从而简化了施工工艺 ,节约了大量资金 ,经济效益和社会效益十分显著 。 现场施工应注意以下几点 :1 . 发气剂 fca 和漂珠按优选的配方比例干混 于水泥中 ,倒罐 34 次 ,混拌均匀后装车上井 。施 工前将发气剂 fcb 、稳泡剂 fcf 按配方比例倒入注泡沫剂水泥车上的水柜中 ,并加水至设计注入总量 ,搅拌使其均匀 。2 . 发气剂 fca 和 fcb 与水会立即发生化学反 应生成氮气 ,为避免气泡对泵上水和下灰速度产生 影响 ,施工工序可分为 2 部分 。一路注水泥 ,可采用单打单 抽 或 双 打 双 抽 , 由 于

18、 水 泥 中 只 含 有 发 气 剂fca ,打水泥时不会产生氮气 , 如同打纯水泥一样 ;另一路注泡沫剂 , 内含发气剂 fcb 和稳 泡 剂 fcf 。 两路均经过管汇车或三通后混合入井 ,这样发气剂 在管内反应的同时 ,注入井内 ,形成泡沫水泥浆 。3 . 注剂车水柜中泡沫 中 含 有 发 气 剂 fcb 和 稳泡剂 fcf ,其注剂排量直接关系到泡沫水泥浆发气 量的大小 ,泡沫水泥浆密度和水灰比 。排量太小 ,入 井泡沫水泥浆密度偏高 ;排量太大 ,入井泡沫水泥浆 密度低 ,影响水泥环的强度 。因此 ,注剂车的排量控 制至关重要 。4 . 泡沫水泥的施工工艺技术 ,除与一般注水泥 工序

19、有所不同外 ,还在于地面注入量的控制 。5 . 为了测试泡沫水泥浆密度 ,可以在井口接旁 通管取样 。六 、认识与结论1 . 优选出的泡沫水泥浆配方中的各种外加剂之 间相容性好 ,配伍性可靠 ,混拌方便 。2 . 用该体系配制的泡沫水泥细小均匀 ,密封独 立 ,稳定性好 ,是良好的超低密度水泥 。3 . 新型泡沫水泥系列外加剂 ,包括发气剂 fca 、fcb 、稳泡剂 fcf 、缓凝剂 fcr 、降失水剂 fcw 及增 强剂 fcp 等 , 可根据需要选择使用 , 以满足各种不 同井的施工要求 。4 . 该体系的泡沫水泥浆浆体稳定 ,水泥石渗透 率低 ,具有良好的防气窜性能 。5 . 新型泡沫

20、水泥应用于低压易漏失井 、长封固 段井及热采井的固井作业 ,效果显著 。( 收稿日期 2001208214)编辑 张振清f. a. s. t 胎体 pdc 钻头可大幅降低钻井成本美国向丹佛能源公司提供了一种 fm2763f. a.s. t 胎体 pdc 钻头 。这种钻头通常被用于难钻进的 地区 。该钻头在 f. a. s. t 胎体结构上配置有坚固的碳化钨体 ,钻头上装有先进的深环爪形齿 ,这种齿比 标准的 pdc 齿 具 有 更 好 的 耐 磨 性 和 抗 冲 击 性 , 而 且 ,钻头上经优化的喷嘴能够提供更好的水力效果 。丹佛能源公司所钻的一口定向天然气井 ,地层由砂 岩 组 成 , 井

21、 深 近 5640m 。使 用 该 钻 头 钻 速 达12 . 6m/ h ,而一般机械钻速仅为 5 . 4m/ h 。另外 ,这种 pdc 钻头的可靠性是传统钻头可靠性的 4 倍 。这口 井使用该钻头 ,为丹佛能源公司降低钻井成本超过50 % ,节约资金达 14 . 5 万美元 。(审守庆供稿) 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. abstract well j ingping - 2 is the first horizont

22、al well drilled by changqing petroleum exploration bureau indepen2 dently. as this well has special casing program , low kick - off point , short distance of hitting target , and long horizontal interval , field operation is very difficult , and thus deviation control fast drilling technology is app

23、lied. the geological condition and well trajectory control , especially trajectory control in the deviated interval , its difficulties , requirements and solving measures are described in detail . the technical achievements in drilling this well , and some recommendations are also presented in this

24、paper .subject hea dinghorizontal wellengineering design well trajectorynavigational drillingbottom hole assem2blyho rizo ntal well d rill ing tec hnolo gy in well y un2 - ping1by xu renqi , chen liping (no . 3 production plant of zhongyuan petroleum exploration bureau) ,tang zelanabstractstrip faul

25、t - block reservoirs exist in block yun2 , and the geological condition is complex , e . g. , multi2ple inter - beds , active edge water , and high productivity. to improve the development efficiency in this block , a hori2zontal well , yun2 - ping1 was drilled. it was the first medium radius horizo

26、ntal well in zhongyuan oilfield , with a well2bore profile of vertical - building - building - building - horizontal , and an azimuth of 31 . 7was required in the horizon2tal section. well configuration of three target points was selected , and mmh polymer drilling fluid was used duringdrilling. dou

27、ble - bow casing centralizer and elastic float collar were used in completion of this well , and drill pipe con2veying mwd horizontal well logging technology was applied. by fully use of the geo - steering technology , and strictly control of the well trajectory , this horizontal well was successful

28、ly drilled.subject hea ding horizontal well well trajectory mud property control azimuth adjustment horizontal well logging horizontal well completionmec hanics analysis of the singl e stabil izer bha and its field appl icatio nby shi guolin , ding chuan , wang aifang , sun ganghong , qiu guohu (dri

29、lling engineering technology researchinst . of zhongyuan petroleum exploration bureau)abstractthe mechanics characteristics of the single stabilizer bha in directional well was thoroughly analyzedbased on the theory of vertical - lateral bending , and the building , holding and dropping bhas of sing

30、le stabilizer wereselected according to the analysis. its characteristics were described from four aspects , and the relationship between the stabilizer od , wob , hole inclination and bit deviating force was also illustrated. the influence of drill collar to the per2 formance of single stabilizer b

31、ha was further investigated. the selected bhas were used in over 200 directional and cluster wells in longdong and shanbei , and remarkable improvement on drilling performance was found , moreover , it met the requirements of trajectory control in directional well , and realized the goal of safe and

32、 fast drilling.subject hea dingbottom hole assemblystabilizercharacteristics analysisdirectional wellwell trajectory controlcementing tec hnolo gy of foam cement sl urryby tang dengfeng , nan buyin (no . 3 drilling company of zhongyuan petroleum exploration bureau)abstracthuatugou oilfield has been

33、developed for years , thus the formation pressure coefficient is extremely low , only of 0 . 60 . 8 ; moreover , shallow gas exists in the zone of 80150m to the surface , therefore complete zonal isola2tion is required for the pay zone cementing , with cement top at the surface . adjustment wells ar

34、e drilled for further devel2 opment , and most of the wells are around 1300m. cementing quality was poor in this area , and it severely limited the de2 velopment of this oilfield. to solve this problem , the foam slurry cementing technology was studied and used in the pay zone isolation of 5 wells.

35、the cementing operation was smooth and no lost circulation was found , and acoustic amplitude logging proved that the cementing qualities were excellent . . this novel lightweight cement solves such problems as ce2 menting the low pressured and lost circulation well , long interval isolation and hea

36、t production well ; furthermore , it im2 proves the cementing quality , shortens the well construction period and cuts down the cost .subject hea dinghuatugou oilfieldcementingfoam cement additivelightweight cementfoaming agentcementpresent state and d eveloping trend of ho rizo ntal well compl etio n tec