本文摘要：摘要：控壓技術(shù)基于優(yōu)化環(huán)空加重隔離液、加重水泥漿等漿體結(jié)構(gòu)，通過壓穩(wěn)計(jì)算，并結(jié)合控壓裝置，在固井作業(yè)過程中壓穩(wěn)地層，減少地層和井筒的流體交換，可控制環(huán)空壓力，更好地保障固井施工安全。控壓固井主要應(yīng)用在窄密度窗口井固井、高溫高壓井固井等。控
摘要：控壓技術(shù)基于優(yōu)化環(huán)空加重隔離液、加重水泥漿等漿體結(jié)構(gòu)，通過壓穩(wěn)計(jì)算，并結(jié)合控壓裝置，在固井作業(yè)過程中壓穩(wěn)地層，減少地層和井筒的流體交換，可控制環(huán)空壓力，更好地保障固井施工安全。控壓固井主要應(yīng)用在窄密度窗口井固井、高溫高壓井固井等。控壓固井技術(shù)在固井前循環(huán)、注固井液、替鉆井液及后續(xù)反循環(huán)等固井過程中，通過壓穩(wěn)計(jì)算，并結(jié)合控壓裝置精確動態(tài)控制正注入排量和返出口流量，產(chǎn)生反向回壓，從而調(diào)節(jié)井筒液柱壓力，實(shí)現(xiàn)安全固井的技術(shù)。
關(guān)鍵詞：控壓固井技術(shù);氣竄漏失;壓穩(wěn)計(jì)算;動態(tài)控制
常規(guī)固井技術(shù)通常是通過提高水泥漿密度來預(yù)防井涌和氣竄，但是高密度水泥漿和循環(huán)壓力容易壓裂地層、導(dǎo)致漏失。窄密度窗口以及淺層氣侵、水侵問題對常規(guī)固井技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。此外，固上部地層套管時，因?yàn)榫鄢叽巛^大，采用傳統(tǒng)固井技術(shù)的話，在水泥漿凝固階段，水泥漿失水及流體靜壓力的下降嚴(yán)重，很容易導(dǎo)致氣竄、水侵，破壞井筒完整性，需要進(jìn)行補(bǔ)救，嚴(yán)重時不得不棄井。控壓固井技術(shù)是在控壓鉆井技術(shù)的基礎(chǔ)上提出的，主要在固井前循環(huán)、注固井液、替鉆井液及后續(xù)反循環(huán)等固井過程中，通過壓穩(wěn)計(jì)算，并結(jié)合控壓裝置精確動態(tài)控制正注入排量和返出口流量，產(chǎn)生反向回壓，從而調(diào)節(jié)井筒液柱壓力，實(shí)現(xiàn)安全固井的技術(shù)。
1控壓固井應(yīng)用現(xiàn)狀
控壓固井技術(shù)夠解決傳統(tǒng)固井方法遇到的窄窗口固井、高溫高壓固井、淺層水侵、氣竄和漏失難題，提高固井質(zhì)量和保證固井安全。同時控壓固井工藝復(fù)雜，對人員以及設(shè)備要求較高，并且固井施工的成功依賴于水力學(xué)模型與實(shí)際情況的符合程度。在區(qū)塊成功封固7″尾管(水泥漿密度2.15g/cm3，井底靜止溫度178℃)。2017年，成功進(jìn)行了4-1/2″尾管固井(井深7793m的超深井)。
2控壓固井的原理及系統(tǒng)組成
控壓技術(shù)基于優(yōu)化環(huán)空加重隔離液、加重水泥漿等漿體結(jié)構(gòu)，通過壓穩(wěn)計(jì)算，并結(jié)合控壓裝置，在固井作業(yè)過程中壓穩(wěn)地層，減少地層和井筒的流體交換，可控制環(huán)空壓力，更好地保障固井施工安全。不考率波動壓力時，根據(jù)水力學(xué)原理，環(huán)空壓力=靜液柱壓力+環(huán)空循環(huán)壓耗+井口回壓。哈里巴頓公司、斯倫貝謝公司的控壓固井系統(tǒng)組成類似：都包括固井泵、控壓鉆井設(shè)備(包括旋轉(zhuǎn)控制頭，自動節(jié)流系統(tǒng))。旋轉(zhuǎn)控制頭是一種壓力控制設(shè)備，安裝在環(huán)形防噴器頂部，提供一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，在鉆桿旋轉(zhuǎn)時可以保持井筒密封，使井筒內(nèi)返回的鉆井液流向自動節(jié)流系統(tǒng)，自動節(jié)流系統(tǒng)控制流入和流出的流量大小，進(jìn)而控制施加在井口的回壓大小。如突然停泵，井口回壓則由回壓泵施加，以防止在固井施工中發(fā)生井涌或漏失。
以挪威EnhancedDrilling公司的控壓固井技術(shù)為例，詳細(xì)闡述控壓固井原理。為了便于理解，將重漿(通常是隔離液和水泥漿)頂替鉆井液可以分成2個主要時期，5個階段。第一時期：重漿頂部達(dá)到關(guān)鍵區(qū)域之前(關(guān)鍵區(qū)域是指在固井作業(yè)前后需要保持環(huán)空壓力不變的區(qū)域，一般是指上層套管鞋處)。此階段，泵保持恒定的入口壓力。這樣保證了關(guān)鍵區(qū)域的壓力不變。在這一階段，當(dāng)重漿頂部出了套管鞋，底部環(huán)空壓力隨著環(huán)空中重漿頂替密度低的鉆井液而自然增加。在關(guān)鍵區(qū)域處，較小的壓力增加也可能導(dǎo)致發(fā)生地層漏失，因?yàn)槠屏褖毫εc環(huán)空壓力很接近。第二時期：重漿頂部達(dá)到關(guān)鍵區(qū)域之后。這一階段中，泵的入口壓力改變使得固井泵(立管壓力)保持不變。假定循環(huán)速率不變，這一措施將保持關(guān)鍵區(qū)域壓力不變。井口壓力(泵的入口壓力)應(yīng)按照固井前的設(shè)計(jì)表進(jìn)行變化，該設(shè)計(jì)表應(yīng)取決于需要被頂替的水泥漿或前置液的體積，將水泥漿的頂替分成5個不同的階段。第一階段完成時，泵入的總的液體體積可以根據(jù)地表管線的體積、鉆桿內(nèi)容積和長度推算出來。階段2：重漿頂部進(jìn)入環(huán)空開始到重漿頂部抵達(dá)上層套管鞋時(關(guān)鍵區(qū)域)結(jié)束。如同階段1,泵的入口壓力應(yīng)保持不變。在這一階段，通過SPP變化可以判斷重漿頂部位置。SPP隨著重漿進(jìn)入環(huán)空而自然增加。當(dāng)重漿頂部抵達(dá)上層套管鞋時，SPP壓力增加值為ΔP2。
階段3：環(huán)空中重漿頂部抵達(dá)上層套管鞋開始至重漿頂部返至井口。這一階段，需降低泵的入口壓力以抵消因環(huán)空中因重漿沿環(huán)空上升而高度增加所造成的靜液柱壓力增加。為保持上層套管鞋處環(huán)空壓力不變，應(yīng)保持SPP不變，泵的入口壓力應(yīng)相應(yīng)改變。當(dāng)重漿頂部抵達(dá)井口時，泵入口壓力應(yīng)該降低ΔP3才能保持SPP不變：如果不需要返回振動篩或者取樣，可以選擇是否將重漿排放。階段5：鉆井液頂替水泥漿。固井作業(yè)鉆桿內(nèi)的水泥漿需要被頂替出來。需要被頂替的體積可以計(jì)算出來。在這一階段，應(yīng)控制泵的入口壓力保持不變，以保持環(huán)空壓力不變。因?yàn)槊芏鹊偷你@井液頂替鉆桿內(nèi)的密度高的水泥漿，這將導(dǎo)致SPP自然增加。以上計(jì)算僅僅為了表示控壓固井過程中壓力變化趨勢。公式中沒有考慮摩擦壓力損失和流變特性的影響，一般使用模擬軟件計(jì)算這些壓力。
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3控壓固井系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)
控壓固井技術(shù)可以提高固井質(zhì)量保證固井安全。控壓固井技術(shù)可以設(shè)計(jì)合理密度差和流變特性，有利于頂替鉆井液、清除鉆井液泥餅和減少混漿。采用常規(guī)固井技術(shù)，使用高密度鉆井液，壓力窗口較窄時，無法使用密度更高的水泥漿來頂替鉆井液。控壓固井循環(huán)系統(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)，產(chǎn)生的井口回壓可以彌補(bǔ)因?yàn)殂@井液密度降低造成的井底壓力降低值，固井時可以設(shè)計(jì)合理的密度差和流變特性，取得更好的頂替效率和減小固井過程中鉆井液和水泥漿發(fā)生混漿。同時，降低了環(huán)空中的靜液柱壓力，可提高固井泵速，利于清除鉆井液泥餅。控壓固井有助于減少固井過程中以及水泥漿候凝期間的水泥漿失水量，有助于維持環(huán)空壓力，縮短靜膠凝過渡時間，增加水泥漿的凝膠強(qiáng)度和降低地層水氣侵入的風(fēng)險，提高井筒完整性。使用控壓固井可以使得環(huán)空壓力始終保持在安全密度窗口之內(nèi)，避免壓裂地層，減少井漏井涌等事故。同時可以及時發(fā)現(xiàn)和控制漏失或井涌。
參考文獻(xiàn)：
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[2]天工.中國石油西南油氣田公司首次精細(xì)控壓固井成功實(shí)施[J].天然氣工業(yè),2017(2):51.
作者：石鴻傳
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