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缅甸D区块Y_1井高压防气窜固井技术_宋健

第33卷第4期2011年7 月

石油钻采工艺

OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGY

Vol. 33 No. 4

July 2011

文章编号：1000 – 7393（2011 ） 04 – 0109 – 04

缅甸D区块Y-1井高压防气窜固井技术

宋　健1，2　金　衍1　陈　勉1　柳贡慧1

（1.中国石油大学，北京　102249；2.中国石化国际石油勘探开发公司，北京　100083）

摘要：Y-1井是缅甸D区块最深的一口探井，固井时存在高压油气层、地层漏失与垮塌严重、压力窗口窄等难题，可借鉴的邻井资料有限。为确保达到良好的固井质量，通过颗粒级配和优选添加剂等措施筛选出具有良好沉降稳定性的高密度防气窜水泥浆体系，并通过停机试验等方法全面评价了水泥浆性能，确保其能够适应井下各种工况条件。现场作业中，采取先导钻井液技术提高顶替效率，采取井口压力控制以防止漏失的发生，采用封隔式悬挂器、井口憋回压等措施增强防气窜效果。该井现场施工顺利，测井结果显示固井质量良好，达到测试等后期完井作业要求。Y-1井固井作业的成功，为该区块的油气勘探工作打下良好基础。

关键词：缅甸D区块；固井；气窜；漏失；水泥浆优化；压力控制

中图分类号：TE256 文献标识码：B

High pressure and gas migration control cementing techniques for well Y-1 in block D Myanmar

SONG Jian1, 2, JIN Yan1, CHEN Mian1, LIU Gonghui1

（1. China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. SINOPEC Internation Petroleum E&P Corporation, Beijing 100083, China）

Abstract: Well?Y-1?is?the?deepest?exploration?well?in?block?D?Myanmar?The?cementing?job?is?very?difficult?on?the?well,?because?of?high?pressure,?fluid?loss?and?serious?collapse,?narrow?weight?window,?etc,?and?there?is?limited?data?for?reference.?To?overcome?these?difficulties,?through?optimizing?particles?of?cement?and?additives,?the?high?density?gas?crossing?proof?slurry?was?developed.?The?slurry?performance?was?tested?by?machine-stop?method?to?ensure?its?fitness?for?all?the?cementing?status.?In?the?field?tests,?pilot?slurry?technique?was?taken?to?improve?displacing?efficiency.?Wellhead?pressure?was?controlled?to?prevent?leakage.?Liner?hanger?with?packer?and?back?pressure technique was applied to enhance the cement slurry performance on gas migration and avoiding loss in cementing job. The cementing?job?was?finished?successfully,?without?gas?migration?and?loss?in?pumping?and?displacing?job,?and?the?cement?quality?met?the?requirement of well completion. The job sets an excellent example for the block in cementing job.

Key words: Block D Myanmar; cementing; gas crossing; slurry loss; slurry optimization; pressure control

D区块位于缅甸伊洛瓦底盆地西缘。该区块发育有篷当、塔本和提林组多套储集层，是以浅海相—三角洲为主的砂岩和泥岩交互沉积地层，属于高陡构造，地层倾角大，气层压力高，纵向上多套压力体系共存，井涌井漏频繁交互发生，钻井施工难度大。该区块于20世纪70年中期与90年代初期先后由缅甸石油公司与日本一家石油公司钻探了5口井。进入21世纪后，中国石化在该区块钻探2口井，Y-1井是该区块目前完钻井深最深的一口探井，设计井深5612 m。该井钻井过程中多次发生漏失，漏失钻井液超过2000 m3；气侵水侵严重，有不同程度的掉块、垮塌现象；起下钻阻挂现象严重，并发生过卡钻等复杂情况。

1　Y-1井固井难点

（1）油气层活跃，地层压力高，防窜难度大。Y-1

基金项目：中国石化集团科研项目“缅甸D区块复杂地层钻井技术研究”（编号：JP09003）部分内容。

作者简介：宋健，1970年生。1994年毕业于石油大学（华东）钻井专业，中国石油大学（北京）在读博士，主要从事固井作业的技术管理与研究工作，高级工程师。电话：010-********。E-mail：jsong@https://www.wendangku.net/doc/db18748879.html,。

110石油钻采工艺　2011年7月（第33卷）第4期

井先后钻遇多层油气显示，钻进中后效明显，全烃值最高达到了70%。气层压力在1.98 g/cm3左右，且有多个气层分布在裸眼段，无论采用双凝还是多凝，水泥浆发生胶凝失重时，环空液柱压力都无法实现对全部油气层的压稳，防窜难度大。

（2）井眼条件差，漏失频繁，通井循环排量低，固井作业风险高。在四开上部井段，坍塌、掉块较多，起下钻挂卡现象严重；多次发生漏失，具有明显的裂缝性漏失特征，漏失量达到了2000 m3，因此固井中发生漏失的风险极高。再者，通井循环排量仅能提高到0.9 m3/min（立管压力达到了12.5 MPa），固井前清洗井眼的目的难以实现，井眼中较多沉砂会影响水泥环的胶结甚至在上返过程中发生桥堵，造成固井失败。

（3）安全窗口窄，作业难度大。四开井段的地层漏失当量密度为2.08 g/cm3，而地层压力的当量密度为1.98 g/cm3，安全作业窗口仅为0.1 g/cm3；水泥浆密度设计为2.05 g/cm3，为防止固井中发生漏失，井内压力波动范围不能超过0.03 g/cm3，这对于井深接近5000 m、钻井液密度高达2.00 g/cm3的井眼条件来说，作业的难度大、风险高。

（4）受井眼条件和流体性能的影响，难以实现有效驱替。由于提高循环排量可能会产生较高泵压而导致漏失的发生，因此顶替排量只能维持0.9 m3/min 左右。同时，水泥浆与钻井液密度差只有0.05 g/cm3，密度差小，浮力效果差，顶替效率低。再者，钻井液黏度高（135 s）、切力大（21/42 Pa）、固相含量高（35%），不易被水泥浆驱替。

由于该区块勘探程度低，可借鉴资料只有在Y-1井之前钻探的P-1井。P-1井在三开中完固井中先后发生漏失和气窜，固井质量较差，对Y-1井有很好的借鉴意义。

2　邻井资料分析

P-1井设计井深4100 m，采用四开井身结构，由于四开无油气发现而采用裸眼完井。三开钻头直径?311.1 mm，井深3037 m，?244.5 mm套管下深3035 m，三开裸眼段长1125 m，平均井径扩大率15.9%。

该井在下完套管循环处理钻井液过程中发生漏失，降低钻井液密度至1.83 g/cm3、排量为1.5 m3/min 时井眼恢复正常，进出口密度稳定，无漏失。固井时，在替浆中途发生气侵，最大气测烃含量37%，后通过增加顶替排量，气侵有所缓解。经声幅检测，固井质量较差，油气水段没有被有效封隔。

造成该井三开固井质量较差的原因是：（1）水泥浆体系不能满足高压防气窜的要求，过渡时间长，没有实现双凝效果，流变性能不合理；（2）顶替效率低，水泥浆在环空中充填效果差，且钻井液与水泥浆混合后，水泥石强度降低，从而造成固井质量差；（3）防气窜措施效果差，没有实现压力平衡，致使固井前发生漏失，固井和候凝中发生气窜。

Y-1井与P-1井相比，井眼条件更差，气层压力更高，防漏与压稳矛盾更加突出，要实现理想的封固质量，必须从水泥浆优化设计、防气窜工艺措施等方面充分考虑平衡压力固井原则，以提高顶替效率，实现理想的封固质量。

3　水泥浆体系优化设计与评价

3.1　提高水泥浆中颗粒材料的堆积密度

高密度水泥浆的实现一般是通过减少水灰比、提高固体材料的堆积密度、提高配浆水的密度和外掺加重材料等方式来完成。提高固体材料的堆积密度，即采用颗粒级配原理，使水泥中的各种颗粒大小分布合理、堆积紧密，降低水泥材料中的胶空比，实现良好的孔隙充填，并相应提高颗粒间的范德华力，从而提高水泥石的综合性能［1，2］。借鉴国内高密度水泥浆设计的经验，选用了赤铁矿作为加重剂、微硅作为稳定剂，赤铁矿与微硅、水泥颗粒间合理的颗粒堆积，不仅提高了水泥浆密度，也提高了水泥浆的沉降稳定性和流动性［3-5］。

3.2　防气窜剂优选

为满足缅甸D区块高压气井固井要求，选用FSAM作为防气窜剂。FSAM非渗透防气窜剂降低滤失量和防气窜的主要机理不是增黏作用，而是通过初期瞬间滤失，使聚合物浓度急剧升高，并通过交联作用在滤饼下面的滤失层表面形成一层有一定韧性的完整致密聚合物膜，这种膜对液体和气体的渗透率非常小，不仅具有优异的降滤失作用，而且可以有效阻止气窜。实验结果表明，采用FSAM防气窜剂的水泥浆体系，可以把失水降至50 mL以下，水泥浆沉降稳定性好，析水为0，具有较好的防气窜效果［6-8］。3.3　水泥浆性能评价

Y-1井是缅甸D区块第1口深井，没有可以参考的固井资料。为确保该井固井作业的成功，采用了多种水泥浆试验方法，对水泥浆性能进行全面评价，以验证其是否满足设计要求。现场作业中，除

111宋　健等：缅甸D区块Y-1井高压防气窜固井技术

了进行正常的水泥浆大小样复核试验（稠化、失水、

沉降试验）外，还进行了水泥浆高密度点的稠化试

验、变温度稠化试验以及水泥车混配水泥浆的稠化

试验等。这些试验工作及时发现了水泥浆在低温

下稠化时间反常缩短、湿混膨胀剂影响稠化时间等

事故隐患，避免了固井复杂情况的发生。经过全面

评价与性能调整，水泥浆性能达到了设计要求（见

表1）。领浆配方为嘉华G级水泥+35%铁矿粉

+5%微硅+6%FSAM+1%膨胀剂DZP+1.5%分散

剂ZF-1+1.5%缓凝剂ZH-6+0.3%消泡剂XP-1+水；

尾浆配方为嘉华G级水泥+40%铁矿粉+30%硅粉

+5%微硅+5%FSAM+1%膨胀剂DZP+1.5%分散

剂ZF-1+1.2%缓凝剂ZH-6+0.3%消泡剂XP-1+水。

水泥浆具有明显的直角稠化特征，防气窜性能良好，

稠化曲线见图1。

表1　水泥浆性能

浆体名称温度

/℃

密度

/g·cm-3

稠化时间

/min

失水

/mL

过渡时间

/min

领浆100 2.05437382

领浆高点100 2.10281423

领浆变温实验100/86 2.05411443尾浆100 2.05334234

尾浆高点100 2.10259212

水泥车配领浆100 2.0531146

图1　领浆和尾浆稠化曲线

4　防气窜与防漏措施

4.1　井口压力控制

Y-1井四开所做地层承压试验表明，地层破裂压力当量密度只有2.08 g/cm3，在注水泥和顶替过程中，应控制井内循环当量密度不超过2.08 g/cm3。为了便于现场作业，将井眼中流体压力简化，并假设井内流体是均匀的，为保证不发生漏失，取最高的流体密度，即水泥浆的密度，因此，对于某一井深处的循环当量密度，需满足以下公式

H =

ecd

+ ≤

（1）

式中， H为某一井深处循环当量密度，g/cm3； ecd为某一井深处动态当量密度，g/cm3；为水泥浆密度，g/cm3；

为某一井深处地层破裂压力当量密度，g/cm3。

此时井口压力表值为

ecd

×H×0.00981+p f（2）式中，p s为井口压力表值，MPa；p f为流体摩阻，MPa。

将式（2）带入式（1）可得

ecd

×H×0.00981+p f≤（ c? ）×H×0.00981+p f

（3）p

根据经验公式求得，在Y-1井取10 MPa。根据不同井深的计算结果可以得出，施工作业中井口压力表应控制在12 MPa以内。

4.2　先导钻井液

由于钻井液密度高、黏度高，不易被顶替，而降低黏度又存在着漏失的风险，为了能实现较好的顶替效率，固井前注入了黏度、密度都较低的先导钻井液30 m3。先导钻井液的密度为1.98 g/cm3，黏度小于85 s，先导低黏钻井液可以提高顶替效率，增强防气窜效果。

4.3　封隔式悬挂器

Y-1井油气层较多，四开上部接近?244.5 mm 套管鞋的井段有油气显示，即使采用多凝水泥浆体系，也因水泥浆失重难以实现在整个候凝过程中对油气层的压稳。为此，选用带封隔器的悬挂器，以实现防漏和压稳油气层的双重目的。在顶替结束、封隔器胀封后，能够阻断油气上窜通道；同时，悬挂器以下形成封闭空间，借助水泥浆的膨胀，增加了地层流体侵入水泥浆的阻力，增强了防窜效果［9］；封隔器胀封后还可以减少上部液柱对裸眼段薄弱地层的压力，避免漏失的发生。

4.4 井口憋回压

为防止封隔器不能胀封或胀封效果不好，采用井口憋回压的方法进行弥补。井口憋压值应满足下式要求

>p s+ p l>p p（4）式中，p c为破裂压力，MPa；p s为为井口压力表值，

MPa；p

为尾浆失重后井内液柱压力，MPa；p p为地层压力，MPa，

通过对不同井深处压力的计算可以得知，候凝期间井口压力值应控制在2~3 MPa。

5　现场施工

5.1　Y-1井简况

Y-1井设计井深5610 m，完钻井深5152 m。最

112石油钻采工艺　2011年7月（第33卷）第4期

初设计采用四开井身结构，因为钻进过程中钻遇高

压地层，提前下入了?339.7 mm技术套管。为钻至

设计井深，增加了?149.2 mm的五开，因为未发现

油气显示而裸眼完井，该井设计与实际井身结构见

表2。

表2　Y-1井井身结构

序号井眼尺寸

/mm

井深/m套管尺寸

/mm

套管下深/m 设计实际设计实际

一开660.4320311508318310.5二开444.518021655339.718001653

三开311.239403220244.539383216

四开215.956124938177.856094936

五开149.256125152

5.2　施工过程

?177.8 mm尾管下至设计位置后，开泵循环钻井液，循环排量0.6 m3/min，压力7.5 MPa。悬挂器坐挂后，继续循环钻井液。施工作业前注先导浆30 m3，密度1.98 g/cm3；然后注隔离液12 m3，密度2.0 g/cm3；泵注领浆33 m3，入井平均密度2.02 g/cm3；泵注尾浆10 m3，入井平均密度2.03 g/cm3；注后置液1.2 m3，密度1.03 g/cm3，注水泥过程中最高压力8 MPa。替浆60 m3，密度2.00 g/cm3，排量0.4~0.6 m3/min，压力5.98~8.85 MPa，碰压11.17 MPa，回压阀工作正常。

起出井内钻具20个立柱，循环洗井2周，循环出隔离液、钻井液和水泥浆的混浆30 m3。继续起钻5个立柱后，关井憋压2.64 MPa，候凝期间注意观察井口压力变化，当压力超过3 MPa时，井口泄压到2~3 MPa。

5.3　固井质量

CBL/VDL测井结果显示，封固段总长1855 m，优质段1185 m，合格段长170 m，不合格段长500 m。优质率63.9%，合格率64.9%，不合格率35.1%，主要油气层段封固优良，达到了后期测试作业的要求。

6　结论

（1）Y-1井是缅甸D区块第1口井深超过4000 m的深井，该井的成功经验可以作为今后D区块固井作业的参考，为D区块的勘探开发顺利开展打下良好基础。

（2）对Y-1井水泥浆性能进行了系统评价，全面掌握了水泥浆性能，这是安全顺利完成固井作业的首要条件。Y-1井所采用的水泥浆性能评价方法，值得在一些重点井尤其是可参考资料少的情况下加以推广。

（3）尽管Y-1井固井存在的困难较多，但由于采用了合理的防窜防漏技术措施，保证了施工顺利和对油气层的压稳，不仅避免了漏失的发生，也提高了水泥封固质量。

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7-11.

（修改稿收到日期　2011-06-13）

〔编辑　朱　伟〕