旋轉套管固井工藝技術在LG-A井的應用

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)質的固井質量是杜絕氣井生產過程中重大安全隱患和保證氣井有效開發(fā)的關鍵之一。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)質的固井質量是杜絕氣井生產過程中重大安全隱患和保證氣井有效開發(fā)的關鍵之一。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量較差的現(xiàn)狀，提出采用旋轉套管固井工藝技術來提高氣井固井質量的技術思路。介紹了旋轉套管固井工藝技術的基礎原理、優(yōu)點及其所需適用條件。旋轉套管固井技術在LG氣井的首次現(xiàn)場應用結果表明：試驗井LGA井固井質量合格率為86.52%，其中優(yōu)質率為73.5%。由此證明了旋轉套管固井工藝技術能大大提高頂替效率、改善界面固井質量、有效防止氣竄發(fā)生，具有廣闊的推廣應用前景。
關鍵詞：深井；超深井；水平井；旋轉套管；固井質量；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量的技術難題：①井深，一次封固井段長；②地層壓力復雜；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)的固井工藝技術很難保證固井質量，有時甚至會造成整個工程的失敗[2]。為進一步提高LG氣田氣井固井質量，為油氣井的開發(fā)生產及后續(xù)增產工藝措施創(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就顯得非常有必要。在這種情況下，旋轉套管固井工藝技術被逐漸受到重視。目前旋轉套管固井工藝技術是國內外最先進的固井工藝技術之一[3～4]。此技術能大幅度地提高頂替效率，有效改善固井質量，這已是共識。旋轉套管固井的原理
    注水泥過程中，旋轉套管是提高頂替效率的有效措施之一。其機理為：當環(huán)空窄間隙處有滯留(或流動較慢)的鉆井液時，旋轉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套管能夠將鉆井液盡可能地頂替掉。
 

2 旋轉套管固井的優(yōu)點
   旋轉套管固井技術的主要優(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，可以通過轉動套管串來增加克服阻力，使套管順利下入到設計位置。
   2) 有利于改善頂替效率，提高固井質量。
   3) 有利于提高小間隙井的固井質量。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，導致固井過程中泵壓升高，甚至產生壓漏地層和憋泵等重大事故。而通過套管轉動，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)與地層的膠結質量。
   4) 有利于解決定向井由于套管柱偏心導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流動，這樣一來，空間小的一側往往有鉆井液滯留，頂替效率差，形成竄流通道。當套管進行旋轉時，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 旋轉套管固井適用條件
3.1 井身質量
    旋轉套管固井對井身質量的要求嚴格，必須保證井眼狗腿度在允許范圍內。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)。
    由于旋轉尾管固井施工過程中，套管柱的旋轉包括自轉與公轉兩種狀態(tài)，所以井眼尺寸最小也應大于套管柱尺寸，并留有一定余地，否則將在井徑最小處形成旋轉支點，從而導致套管柱在井徑最小處形成較大的應力，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，導致旋轉過程中上部管柱擺動幅度增加，影響固井安全施工。
    旋轉套管固井技術的核心工具為驅動套管柱轉動的旋轉套管頭，國內與國外在該方面的技術差別主要為旋轉頭的旋轉軸承受力大小及使用壽命的差別。由于旋轉套管固井作業(yè)中旋轉軸承不直接承受下部套管柱重量，故國內軸承的材料性能完全滿足施工要求。對于旋轉水泥頭及旋轉接頭的研制，國內目前還處于研發(fā)階段。在LG-A井進行旋轉套管固井前，該項目組自主設計與研制了Ø177.8mm套管旋轉頭。中國石油西南油氣田公司采氣工程研究院對旋轉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井旋轉套管固井過程中套管柱扭矩預測進行了分析，對保證旋轉套管固井套管柱安全起到了重要作用。對旋轉扭矩的要求：應使套管在轉動過程中扭矩在其能夠承受的范圍內，最大允許扭矩一套管最佳上扣扭矩×80%。
4 現(xiàn)場應用實例
    LG-A井是位于四川省達州石橋鎮(zhèn)的一口預探井，構造位置屬于儀隴-平昌LG地區(qū)稅家槽北潛伏高點。設計井深為2800.00m，設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，擬采用套管旋轉固井。
    固井設計說明：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—接套管頭、扶正器聯(lián)頂節(jié)、旋轉水泥頭—座卡瓦模擬施工轉動—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、車注緩凝領漿、車注緩凝水泥漿)—車注快干水泥漿(轉動)—開擋銷，釋放上膠塞(停轉)—車注后置液(停轉)—泵替鉆井液(轉動)—車碰壓、檢查回流、候凝。
    表1是LG-A井固井質量的統(tǒng)計表。統(tǒng)計井段為0～2363.0m。
表1 固井質量統(tǒng)計表
質量
累計長度/m
所占比例/%
優(yōu)
1665
73.50
中
295
13.02
差
305
13.48
旋轉套管固井后，工程測井固井質量合格率為86.52%，其中優(yōu)質率為73.5%。固井質量較差段主要在套管重合段。套管重合段固井質量的測井解釋一直都是工程測井解釋的難點之一，因為聲波水泥膠結測井測套管重合段固井質量時，聲波的傳播路徑相對單一套管要復雜得多[6]。因此，LG-A井套管重合段固井質量測井解釋結果有待進一步證實。
    LG-A井固井質量測井解釋如圖2所示。圖2中CBL聲幅度均較小，表明第一界面固井質量優(yōu)質；VDL圖上地層波能量顯示很強，表明第二界面固井質量優(yōu)質。此井固井質量高于同區(qū)塊Ø177.8mm套管柱固井質量。由此例說明：旋轉固井工藝優(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氣田氣井固井質量。

5 結論
    1) 旋轉套管固井工藝技術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、增產措施對固井質量的要求。
    2) 旋轉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) 旋轉套管固井工藝技術在LG-A井進行了成功試驗，固井質量合格率為86.52%，其中優(yōu)質率為73.5%，高于同區(qū)塊其余氣井固井質量。
    4) 旋轉套管固井工藝技術在四川LG氣田氣井中的首次成功應用證明，此技術的確能大幅度地提高固井質量，具有廣闊的推廣應用前景。
參考文獻
[1] 伍賢柱.川渝氣田深井和超深井鉆井技術[J].天然氣工業(yè)，2008，28(4)：9-13.
[2] 賀林.深井鉆具穩(wěn)定器失效分析及設計研究[D].成都：西南石油學院，2003.
[3] 張慶豫，張紹先，鄭殿富，等.旋轉尾管固井工藝技術現(xiàn)狀[J].鉆采工藝，2007，30(4)：53-63.
[4] 丁士東，高德利，于東.不同套管井眼組合下旋轉套管速度分析研究[J].石油鉆探技術，2006，34(6)：33-34.
[5] 嚴焱誠.旋轉尾管固井技術在川西高溫高壓深井的應用[J].天然氣技術，2008，2(2)：35-38.
[6] 鄭友志，郭小陽.影響聲波水泥膠結測井結果的因素[J].國外測井技術，2007，22(6)：44-47.
 
(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.重慶科技學院石油工程學院)