摘 要

摘　要：阿姆河右岸氣田是土庫曼斯坦每年向中國供應(yīng)300×108m3天然氣的重要氣源地。該氣田2008年之前投產(chǎn)的天然氣井固井質(zhì)量均較差，環(huán)空帶壓井比率高達40％。為此，針對氣井

摘　要：阿姆河右岸氣田是土庫曼斯坦每年向中國供應(yīng)300×10⁸m³天然氣的重要氣源地。該氣田2008年之前投產(chǎn)的天然氣井固井質(zhì)量均較差，環(huán)空帶壓井比率高達40％。為此，針對氣井帶壓形成的不同原因，根據(jù)不同的壓力系統(tǒng)分別應(yīng)用了微硅水泥漿體系，常規(guī)G級水泥漿體系和加重水泥漿體系。在6口井開展了適合該氣田特點的固井前的井筒準(zhǔn)備、水泥漿性能控制和注水泥工藝的配套技術(shù)應(yīng)用試驗，通過采用多凝水泥漿柱結(jié)構(gòu)、多級注水泥工藝、先懸掛后回接固井工藝及提高套管內(nèi)外壓差，補償環(huán)空水泥漿失重所導(dǎo)致的液柱壓力損失，保證固井候凝期間的壓力平衡。在總結(jié)試驗成果的基礎(chǔ)上，開展了39口井的推廣應(yīng)用，CBL測井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率達到45.27％，合格率達到77.31％，大幅度提高了該氣田的固井質(zhì)量，環(huán)空帶壓情況由2008年之前的40％下降到目前的6％，并形成了一套能有效預(yù)防該氣田固井作業(yè)氣竄發(fā)生的綜合固井技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：土庫曼斯坦  阿姆河右岸  油層套管  防氣竄  固井工藝  水泥漿

Cementing technology with the prevention of gas channeling in production casing tubes in the gas field on the Right Bank of the Amu Darya River，Turkmenistan

Abstract：The gas field on the Right Bank of Amu Darya River is a major gas source from Turkmenistan to China，with an annual volume of 300×l0⁸m³．The gas wells put into production before 2008 have poor well cementing qualities：the ratio of wells with sustained casing pressure(SCP)is up to 40％．In order to solve this problem，a micro-silicon slurry system，a conventional Class-Gslurry system，and a heavy-weight slurry system were applied respectively according to the specific pressure system and the formation reason of the SCP．A complete set of technical application experiments was conducted on 6 wells，including the welibore preparation before cementing，the control of slurry properties，and the cementing process in accordance with the characteristics of this field．The technologies adopted were as follows：the slurry column structure with asynchronous solidification，muhi-stage cementing process,suspension to tieback liner cementing process，and pressure difference increasing between the inner casing and the annulus．Therefore，the liquid column pressure loss caused by the weight loss of the annular cement was compensated，and the Dressure during the solidification period of the cementing process was kept balanced．On the basis of the experimental resuIts，the above-recommended cementing process is popularized and applied in 39 wells．Upon the cement bond logging，45.27％of the wells have excellent cementing quality and 77.31％are at acceptable levels．The results indicated that the cementing quality of this block is significantly improved．The ratio of wells with SCP has decreased from 40％before 2008 to 6％at present．Moreover，a complete set of integrated well cementing technological measures is established，effectively preventing the gas channeling in the cementing process of wells in this block．

Key words：Turkmenistan，Right Bank，Ainu Darya River，production casing，gas channeling prevention，well cementing，slurry

土庫曼斯坦阿姆河右岸天然氣開發(fā)項目是中國石油天然氣集團公司在海外投資運營的最大天然氣項目之一，項目區(qū)塊位于土庫曼斯坦東部阿姆河與烏茲別克斯坦邊界之間的狹長區(qū)域，是中國—中亞天然氣管道的源頭和重要的氣源地。

在阿姆河右岸天然氣田勘探開發(fā)的早、中期，由于技術(shù)不過關(guān)，該地區(qū)的鉆井成功率只有40％，鉆井成功的井同井后環(huán)空帶壓率高達40％。提高閻井質(zhì)量，減少環(huán)窄氣竄的發(fā)生，是保證阿姆河右岸天然氣田的順利開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

1　阿姆河右岸氣田地質(zhì)概況

阿姆河右岸項目區(qū)塊大部分地區(qū)為沙漠和半沙漠，僅部分為阿姆河綠洲。構(gòu)造位置位于阿姆河盆地東北部(圖1)，從北東向南西橫跨阿姆河盆地查爾朱臺階、別什肯特坳陷和西南基薩爾山前沖斷帶3個二級構(gòu)造單元，構(gòu)造類型復(fù)雜多樣^[1-2]。

 

阿姆河右岸天然氣田從下向上分別由侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系組成，其中，中下侏羅統(tǒng)濱海相碎屑巖為本區(qū)主力烴源巖，上侏歲統(tǒng)下部卡洛夫組—牛津階組為一套碳酸鹽巖，厚度介于250～410m，是天然氣勘探的重點層系，其他層系尚未發(fā)現(xiàn)工業(yè)性氣層?？宸蚪M—牛津組儲集空間類型主要是孔隙、溶洞及裂縫；粒間孔和品間孔是主要孔隙類型之一；儲集類型主要為孔隙—溶洞型，局部構(gòu)造裂縫相對發(fā)育，為裂縫  孔隙型；氣藏類型主要有堤礁相塊狀高孔滲氣藏、點礁相透鏡狀中—高孔滲氣藏和灘相層狀中—低孔滲氣藏^[3-4]。

2　固井防氣竄面臨的主要挑戰(zhàn)

本區(qū)卡洛夫組  牛津組儲層埋藏深度介于2300～4100m，A、B區(qū)塊第三次開鉆Æ311.2 mm鉆頭鉆至啟莫里階組鹽膏層底，下入Æ244.5mm+Æ250.8mm的復(fù)合技術(shù)套管封隔長段鹽膏層及鹽上含氣層；第四次開鉆采用Æ215.9mm鉆頭鉆開主要目的層的牛津—卡洛夫階儲層，下入Æl77.8mm套管(或備用方案的Æ127.0mm套管)作產(chǎn)層牛產(chǎn)套管，確保產(chǎn)層實行專打和儲層保護^[4]，但牛津—卡洛夫階儲層厚度在500～700m，固井作業(yè)仍面臨如下技術(shù)挑戰(zhàn)。

1)由于沉積環(huán)境的不同，阿姆河右岸區(qū)塊卡洛夫組—牛津組儲層壓力存在巨大差異，西部區(qū)域為低壓正常壓力系統(tǒng)，壓力系數(shù)為0.85～1.08，同井施工過程中易發(fā)生漏失，固井質(zhì)量難以保證；東部及東南部區(qū)域為異常高壓壓力系統(tǒng)，壓力系數(shù)為l.65～1.90，水泥漿在膠凝失重階段易發(fā)生地層氣體竄流^[5]。

2)產(chǎn)層套管同井采用傘井水泥封同，水泥漿柱較長，候凝階段水泥漿膠凝失重導(dǎo)致的環(huán)空靜液壓力下降值較大，地層氣體會在環(huán)空液柱壓力降至低于地層壓力時溢出形成竄槽^[6-8]。

3)殘留在環(huán)空中的鉆井液和被鉆井液污染的水泥漿是形成氣竄的重要因素。

4)水泥漿凝固過程中的體積縮小會導(dǎo)致在水泥環(huán)與井壁、水泥環(huán)與套管之間出現(xiàn)微環(huán)隙，地層氣體容易通過這些微環(huán)隙形成竄流。

5)氣藏中含有CO2和H2S等酸性腐蝕氣體，易造成水泥環(huán)腐蝕破壞，形成氣竄通道。

3　主要防氣竄固井技術(shù)措施

3．1　固井施工準(zhǔn)備

3．1．1井筒準(zhǔn)備

在鉆井階段確保井身質(zhì)量，井徑能保證套管順利下入，盡量減少井內(nèi)的“糖葫蘆”井段和“大肚子”井段；井斜、方位、狗腿度等數(shù)據(jù)有助于保證套管居中。

3．1．2下套管

鉆井隊確保下套管前井內(nèi)壓力平衡，沒有漏失或溢流等復(fù)雜情況。加入適量的扶正器，確保套管居中度達到67％。

3．1．3鉆井液性能調(diào)整

套管下至設(shè)計深度后，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)鉆井液并調(diào)整性能，降低鉆井液的屈服值：若鉆井液密度小于1.30g／cm³，屈服值宜小于5Pa；若密度在1.30～1.80g／cm³，屈服值宜小于8Pa；若密度大于l.80g／cm³，則屈服值宜小于l5Pa。同井施工前鉆井液進出口密度差應(yīng)小于0.02g／cm³，確保井筒清潔，井壁穩(wěn)定。

3．2　水泥漿性能控制

3．2．1密度設(shè)計

根據(jù)地層壓力確定水泥漿密度，固井施工過程中，環(huán)空液柱壓力必須高于地層流體壓力，低于地層破裂壓力。從提高水泥漿頂替效率方面考慮，要求水泥漿密度大于鉆井液密度。為此研制出了3套水泥漿體系，包括有密度范圍在1.40～1.50g／cm³的微硅水泥漿體系，密度范圍在1.85～2.00g／cm³的常規(guī)G級水泥漿體系，以及密度范圍在2.00～2.30g／cm³的加重水泥漿體系^[9]等。對于破裂壓力系數(shù)較低，低于或非常接近地層流體壓力系數(shù)的地層，必須在同井施工前采取相應(yīng)措施，提高地層的承壓能力和防漏失能力，否則會造成儲層污染，并且固井質(zhì)量難以保證。

3．2．2直角稠化

同井形成的水泥環(huán)需要滿足不同氣田的地質(zhì)條件對力學(xué)性能及界面膠結(jié)性能的要求，各個油氣田做了大量研究試驗工作^[10]，在該氣田采用了SD系列固井水泥添加劑，該體系使水泥漿具有很好的直角稠化性能，在水泥漿從液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)的過渡階段，地層流體在環(huán)空形成竄流的風(fēng)險大大降低(圖2、表l)。

 

 

3．2．3防腐性能

H2S等酸性介質(zhì)對水泥環(huán)的腐蝕行為研究已不斷深入，得到了水泥石強度與H2S分壓值、接觸時間的關(guān)系^[11]，為了阻止H2S對水泥石的腐蝕，在水泥中加入活性硅(SDl00)等抗腐蝕材料，活性硅材料SDl00能與Ca(OH)2反應(yīng)生成水化硅酸鈣新物相，減少水泥中的鈣硅比，并且新物相結(jié)構(gòu)致密，能大大提高水泥石的抗CO2和H2S腐蝕能力。在水泥漿中混入的SDl0、SDl2或SDl8高分子聚合物吸附于水泥顆粒表面形成致密的高分子材料膜，能降低水泥石滲透率，也提高了水泥石的抗腐蝕能力。

3．2．4其他性能

在水泥中混入高分子聚合物材料SDl0、SD12或SDl8，能在水泥漿中形成高分子凝膠膜，將水泥漿的API失水降至50mL以下，自由水降至零，降低水泥漿因“橋堵失重”和失水體積縮小而發(fā)生氣竄的可能性。膨脹劑SDP-1能使水泥石發(fā)生微膨脹，消除水泥石與套管、水泥石與環(huán)空之間的微環(huán)隙，阻止地層流體竄流。在水泥中混入防漏增韌材料SD66，能夠有效降低固井施工過程發(fā)生漏失的可能，并能夠提高水泥石的韌性和抗沖擊載荷能力。

3．3　固井工藝技術(shù)

3．3．1優(yōu)化的前置液結(jié)構(gòu)

采用SD80沖洗液+SD83隔離液+領(lǐng)漿的前置液結(jié)構(gòu)。注入紊流接觸時間達到7～10 min的沖洗液SD80能充分清除井壁和套管上的膠凝物質(zhì)、虛泥餅，提高水泥與套管和地層的膠結(jié)質(zhì)量。密度介于鉆井液和水泥漿之間的SD83加重隔離液能充分隔離鉆井液和水泥漿，消除鉆井液對水泥漿的污染，保證施工安全。注入l5m³、低于設(shè)計水泥漿密度0.10～0.20g／cm³的水泥漿作為領(lǐng)漿，使水泥漿與地層和套管壁之間達到足夠的接觸時間，能夠大幅度提高頂替效率和固井質(zhì)量^[12-13]。

3．3．2采用多凝水泥漿柱結(jié)構(gòu)

調(diào)節(jié)水泥漿的稠化時間，使水泥漿從下到上逐漸凝固，下部封固產(chǎn)層段的速凝水泥漿出現(xiàn)失重，直至降至水柱壓力時，上部井段的緩凝水泥漿仍保持較高的靜液壓力；當(dāng)上部緩凝段降至水柱壓力時，下部速凝段水泥已經(jīng)凝固^[13]。緩凝和速凝水泥的封同長度之比為1.5～2，稠化時間差值一般為2～2.5h。

3．3．3采用多級注水泥工藝

土庫曼阿姆河右岸氣田產(chǎn)層套管固井普遍采用全井水泥封固，為了減小水泥漿膠凝失重導(dǎo)致的環(huán)空液柱壓力損失，井深超過3000m的產(chǎn)層套管固井采用雙級固井工藝，或者采用先懸掛尾管固井^[14]，再回接至井口的同井工藝。

3．3．4提高套管內(nèi)外壓差

采用密度較低的液體頂替水泥漿，使頂替結(jié)束后套管在彈性范圍內(nèi)產(chǎn)生軸向擠壓作用，補償水泥漿凝固后的收縮量，可消除水泥環(huán)與套管間因此形成的微間隙^[13]。對于采用雙級工藝的固井施工，水泥漿被頂替到位后，關(guān)閉井口防噴器，分階段進行環(huán)空憋壓，補償水泥漿失重引起的環(huán)空液柱壓力下降。根據(jù)水泥漿的傳壓特性，憋壓在候凝20min時，能達到較高的傳壓率。

3．3．5采用管外封隔器

地層易漏和發(fā)生氣竄風(fēng)險較高的固井施工，采用帶有管外封隔器的固井工具。Æl77.8mm尾管固井施工中，使用帶有管外封隔器的尾管懸掛器(圖3)。頂替水泥漿過程結(jié)束后，座封管外封隔器，在Æ177.8mm尾管與上層Æ244.5mm套管之間的環(huán)空實現(xiàn)完全封隔，循環(huán)洗井過程增加的壓力無法傳遞到裸眼段，同時還可阻止地層流體進入封隔器以上的Æ244.5mm套管。

 

4　現(xiàn)場應(yīng)用情況

2008年川慶鉆探土庫曼分公司在阿姆河右岸應(yīng)用上述防氣竄固井技術(shù)先期進行了6口井的先導(dǎo)性試驗，提高固井質(zhì)量效果明顯?？偨Y(jié)應(yīng)用試驗結(jié)果后，中國石油川慶鉆探工程公司井下作業(yè)公司對固井技術(shù)做了進一步優(yōu)化，截止到2011年l2月，在39口井中應(yīng)用情況良好，CBL測井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率達到45.27％(圖4)，合格率達到77．31％，目前該區(qū)塊環(huán)空帶壓情況由2008年之前的40％下降到目前的6％。

 

5　結(jié)論

1)針對阿姆河右岸固井施工預(yù)防氣竄面臨的挑戰(zhàn)，通過在井筒準(zhǔn)備、水泥漿技術(shù)、固井工藝等方面采取綜合措施，提高了固井質(zhì)量，顯著降低了環(huán)空帶壓井的比率。

2)預(yù)防固井氣竄是一個世界性難題，目前尚未有一套能夠適用于所有氣田、完全防止氣竄的方法，只有根據(jù)當(dāng)?shù)貐^(qū)塊特點和鉆井情況，采用針對性措施預(yù)防氣竄。

 

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本文作者：孫紅偉  柳世杰  聶世均  李兵  賓國成  張穎梅

作者單位：中同石油川慶鉆探工程公司井下作業(yè)公司

  中同石油川慶鉆探工程公司國際工程公司