旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)在LG-A井的應(yīng)用

摘 要

摘要：川渝氣區(qū)深井超深井普遍具有高溫、高壓、高含硫的特點，保證優(yōu)質(zhì)的固井質(zhì)量是杜絕氣井生產(chǎn)過程中重大安全隱患和保證氣井有效開發(fā)的關(guān)鍵之一。針對目前四川LG氣田氣井固井
摘要：川渝氣區(qū)深井超深井普遍具有高溫、高壓、高含硫的特點，保證優(yōu)質(zhì)的固井質(zhì)量是杜絕氣井生產(chǎn)過程中重大安全隱患和保證氣井有效開發(fā)的關(guān)鍵之一。針對目前四川LG氣田氣井固井作業(yè)中采用常規(guī)固井工藝而造成的普遍固井質(zhì)量較差的現(xiàn)狀，提出采用旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)來提高氣井固井質(zhì)量的技術(shù)思路。介紹了旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)的基礎(chǔ)原理、優(yōu)點及其所需適用條件。旋轉(zhuǎn)套管固井技術(shù)在LG氣井的首次現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明：試驗井LGA井固井質(zhì)量合格率為86.52%，其中優(yōu)質(zhì)率為73.5%。由此證明了旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)能大大提高頂替效率、改善界面固井質(zhì)量、有效防止氣竄發(fā)生，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：深井；超深井；水平井；旋轉(zhuǎn)套管；固井質(zhì)量；LG氣井；頂替效率
0 引言
    川渝氣區(qū)深井超深井普遍具有高溫、高壓、高含硫的特點[1]。目前川渝氣田固井作業(yè)中存在以下影響層間封隔質(zhì)量的技術(shù)難題：①井深，一次封固井段長；②地層壓力復(fù)雜；③環(huán)空間隙窄；④氣竄；⑤封固段溫差大；⑥頂替效率低等。
    在上述井況的氣井中使用常規(guī)的固井工藝技術(shù)很難保證固井質(zhì)量，有時甚至?xí)斐烧麄€工程的失敗[2]。為進一步提高LG氣田氣井固井質(zhì)量，為油氣井的開發(fā)生產(chǎn)及后續(xù)增產(chǎn)工藝措施創(chuàng)造更好的條件，在LG氣田氣井中探索新的先進固井工藝技術(shù)就顯得非常有必要。在這種情況下，旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)被逐漸受到重視。目前旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)是國內(nèi)外最先進的固井工藝技術(shù)之一[3～4]。此技術(shù)能大幅度地提高頂替效率，有效改善固井質(zhì)量，這已是共識。旋轉(zhuǎn)套管固井的原理
    注水泥過程中，旋轉(zhuǎn)套管是提高頂替效率的有效措施之一。其機理為：當(dāng)環(huán)空窄間隙處有滯留(或流動較慢)的鉆井液時，旋轉(zhuǎn)套管可依靠套管壁拖曳力將鉆井液帶入進環(huán)空的較寬間隙處，從而被流動的水泥漿頂替走，提高頂替效率。圖1表示了旋轉(zhuǎn)套管提高頂替效率的原理。從圖1-(a)、(b)、(c)的演示可以直觀地看出通過旋轉(zhuǎn)套管能夠?qū)@井液盡可能地頂替掉。
 

2 旋轉(zhuǎn)套管固井的優(yōu)點
   旋轉(zhuǎn)套管固井技術(shù)的主要優(yōu)點如下：
   1) 有利于管柱的順利下入；在下套管過程中如果遇阻卡，可以通過轉(zhuǎn)動套管串來增加克服阻力，使套管順利下入到設(shè)計位置。
   2) 有利于改善頂替效率，提高固井質(zhì)量。
   3) 有利于提高小間隙井的固井質(zhì)量。小井眼、小間隙井的環(huán)空面積小，使環(huán)空水泥漿流動阻力增大，導(dǎo)致固井過程中泵壓升高，甚至產(chǎn)生壓漏地層和憋泵等重大事故。而通過套管轉(zhuǎn)動，能改善水泥漿的頂替效率，提高鉆井液的流動性能，同時可降低施工泵壓，提高井眼和井壁的清洗效果，保證水泥環(huán)與地層的膠結(jié)質(zhì)量。
   4) 有利于解決定向井由于套管柱偏心導(dǎo)致頂替效率偏低的問題[5]。
    5) 有利于阻止環(huán)空氣竄通道的形成。套管在井中是不可能完全居中的。水泥漿一般會盡可能選擇通道寬松的一側(cè)流動，這樣一來，空間小的一側(cè)往往有鉆井液滯留，頂替效率差，形成竄流通道。當(dāng)套管進行旋轉(zhuǎn)時，套管周邊均會有水泥漿通過，可以在一定程度上減少和避免環(huán)空死鉆井液的形成。因此可避免竄流通道的形成。
3 旋轉(zhuǎn)套管固井適用條件
3.1 井身質(zhì)量
    旋轉(zhuǎn)套管固井對井身質(zhì)量的要求嚴格，必須保證井眼狗腿度在允許范圍內(nèi)。同時，保證井眼穩(wěn)定、清潔，在鉆井過程中未出現(xiàn)井壁垮塌或掉塊嚴重等現(xiàn)象。應(yīng)確保施工井井徑較為規(guī)則、無縮頸段、無垮塌段、井眼軌跡變化不大、不含塑性地層或是塑性低的層段(特別是鹽膏層)。
    由于旋轉(zhuǎn)尾管固井施工過程中，套管柱的旋轉(zhuǎn)包括自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)兩種狀態(tài)，所以井眼尺寸最小也應(yīng)大于套管柱尺寸，并留有一定余地，否則將在井徑最小處形成旋轉(zhuǎn)支點，從而導(dǎo)致套管柱在井徑最小處形成較大的應(yīng)力，不利于套管柱安全。
3.2 固井軟硬件要求
    川渝氣區(qū)在使用旋轉(zhuǎn)套管固井作業(yè)中存在需要保護套管掛的密封性問題，故在施工作業(yè)過程中需要將套管掛提至防溢管處，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)過程中上部管柱擺動幅度增加，影響固井安全施工。
    旋轉(zhuǎn)套管固井技術(shù)的核心工具為驅(qū)動套管柱轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)套管頭，國內(nèi)與國外在該方面的技術(shù)差別主要為旋轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)軸承受力大小及使用壽命的差別。由于旋轉(zhuǎn)套管固井作業(yè)中旋轉(zhuǎn)軸承不直接承受下部套管柱重量，故國內(nèi)軸承的材料性能完全滿足施工要求。對于旋轉(zhuǎn)水泥頭及旋轉(zhuǎn)接頭的研制，國內(nèi)目前還處于研發(fā)階段。在LG-A井進行旋轉(zhuǎn)套管固井前，該項目組自主設(shè)計與研制了Ø177.8mm套管旋轉(zhuǎn)頭。中國石油西南油氣田公司采氣工程研究院對旋轉(zhuǎn)固井套管柱扭矩計算分析軟件進行了編寫，并采用此軟件對LG-A井旋轉(zhuǎn)套管固井過程中套管柱扭矩預(yù)測進行了分析，對保證旋轉(zhuǎn)套管固井套管柱安全起到了重要作用。對旋轉(zhuǎn)扭矩的要求：應(yīng)使套管在轉(zhuǎn)動過程中扭矩在其能夠承受的范圍內(nèi)，最大允許扭矩一套管最佳上扣扭矩×80%。
4 現(xiàn)場應(yīng)用實例
    LG-A井是位于四川省達州石橋鎮(zhèn)的一口預(yù)探井，構(gòu)造位置屬于儀隴-平昌LG地區(qū)稅家槽北潛伏高點。設(shè)計井深為2800.00m，設(shè)計勘探層位為三疊系須家河組和雷口坡組，鉆探目的是了解LG地區(qū)須家河組和雷口坡組儲層分布及含油氣性，兼探侏羅系。本次完鉆井深為2363.09m，擬采用套管旋轉(zhuǎn)固井。
    固井設(shè)計說明：①下塞深為55m；②采用兩凝水泥：密度為1.60～1.65g/cm3的緩凝低密度防漏水泥漿，封固0～1600m井段；密度為1.90g/cm3的快干防漏水泥漿，封固1600～2370m井段。
    固井工藝流程：下套管完—座卡瓦試正轉(zhuǎn)—接套管頭、扶正器聯(lián)頂節(jié)、旋轉(zhuǎn)水泥頭—座卡瓦模擬施工轉(zhuǎn)動—取出卡瓦—(循環(huán)鉆井液、沖管匯，試壓泵注抗污染水泥漿、車注沖洗液、投下膠塞、車注緩凝領(lǐng)漿、車注緩凝水泥漿)—車注快干水泥漿(轉(zhuǎn)動)—開擋銷，釋放上膠塞(停轉(zhuǎn))—車注后置液(停轉(zhuǎn))—泵替鉆井液(轉(zhuǎn)動)—車碰壓、檢查回流、候凝。
    表1是LG-A井固井質(zhì)量的統(tǒng)計表。統(tǒng)計井段為0～2363.0m。
表1 固井質(zhì)量統(tǒng)計表
質(zhì)量
累計長度/m
所占比例/%
優(yōu)
1665
73.50
中
295
13.02
差
305
13.48
旋轉(zhuǎn)套管固井后，工程測井固井質(zhì)量合格率為86.52%，其中優(yōu)質(zhì)率為73.5%。固井質(zhì)量較差段主要在套管重合段。套管重合段固井質(zhì)量的測井解釋一直都是工程測井解釋的難點之一，因為聲波水泥膠結(jié)測井測套管重合段固井質(zhì)量時，聲波的傳播路徑相對單一套管要復(fù)雜得多[6]。因此，LG-A井套管重合段固井質(zhì)量測井解釋結(jié)果有待進一步證實。
    LG-A井固井質(zhì)量測井解釋如圖2所示。圖2中CBL聲幅度均較小，表明第一界面固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)；VDL圖上地層波能量顯示很強，表明第二界面固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)。此井固井質(zhì)量高于同區(qū)塊Ø177.8mm套管柱固井質(zhì)量。由此例說明：旋轉(zhuǎn)固井工藝優(yōu)于常規(guī)固井工藝，能提高水泥漿頂替鉆井液的效率，大幅度改善LG氣田氣井固井質(zhì)量。

5 結(jié)論
    1) 旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)保證套管柱的順利下入，大幅度地提高水泥漿頂替鉆井液的程度，阻止環(huán)空氣竄通道的形成，有效地保證了固井施工安全及后期完井、增產(chǎn)措施對固井質(zhì)量的要求。
    2) 旋轉(zhuǎn)套管固井工藝的有效實施必須確保施工井井眼穩(wěn)定和清潔、井徑較為規(guī)則、無縮頸段、無垮塌段、井眼軌跡變化不大、不含塑性地層或是塑性低的層段(特別是鹽膏層)，對狗腿度也有一定要求。
    3) 旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)在LG-A井進行了成功試驗，固井質(zhì)量合格率為86.52%，其中優(yōu)質(zhì)率為73.5%，高于同區(qū)塊其余氣井固井質(zhì)量。
    4) 旋轉(zhuǎn)套管固井工藝技術(shù)在四川LG氣田氣井中的首次成功應(yīng)用證明，此技術(shù)的確能大幅度地提高固井質(zhì)量，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。
參考文獻
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(本文作者：鄭友志1 劉偉2 余才悛3 馬發(fā)明1 唐庚1 謝明華1 蘭祥華3 劉洪4 蒲勇3 1.中國石油西南油氣田公司采氣工程研究院；2.川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司；3.中國石油天然氣集團公司川慶鉆探工程公司；4.重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院)