CN105019859B - 提高高温高压井固井质量的压稳工艺 - Google Patents

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本发明公开了一种提高高温高压井固井质量的压稳工艺，该压稳工艺主要包括如下两个步骤：一方面根据预测或实际测量的地层压力情况，确定合理的加重前置液（冲洗液、隔离液）比重，实现平衡地层压力的目的；另一方面采用双凝或多凝水泥浆柱结构，水泥浆连续封固，首尾浆设计不同初凝时间，以确定合理的水泥浆柱结构。本发明可降低地层流体侵入风险，提高固井质量，该压稳工艺可广泛应用于各种石油勘探开发领域中。

Description

提高高温高压井固井质量的压稳工艺
技术领域
本发明属于石油勘探开发中的钻井技术，涉及一种高温高压井的固井工艺，具体是一种提高高温高压井固井质量的压稳工艺。
背景技术
在石油勘探开发高温高压井固井作业中，在高温高压井段固井作业时，特别是在高压低渗地层，由于预测地层压力较实际偏低，会在固井施工或侯凝期间由于液柱无法压稳地层而发生地层流体侵入水泥浆的情况，造成水泥与地层、水泥与套管之间出现微小缝隙，固井质量不合格，严重时无法有效封固高压层段，无法达到石油勘探开发的目的，造成人力、财产和设备资源的浪费。
为克服这一难题，研究探索一种新的固井工艺技术，以期在固井作业，特别是侯凝失重的情况下能够压稳地层、降低流体侵入风险的技术，提高固井质量，保证作业正常进行。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够压稳地层的固井工艺，该压稳工艺可通过调整前置液比重达到压稳地层的目的，同时通过调整水泥浆柱结构，采用双凝水泥浆，以降低高温高压井段固井时流体侵入的风险，保证固井质量。
本发明所采用的技术方案是：一种提高高温高压井固井质量的压稳工艺，包括以下两个步骤：
（1）预测或测量的地层压力，当地层压力较高，按照固井设计水泥浆比重及封固高度难以压稳时，加重前置液，保证使在不压漏的同时，压稳系数不小于1.0；所述前置液为冲洗液和隔离液；
（2）若水泥浆柱过长，施工时间较久，采用单凝水泥浆将可能导致水泥浆在施工完成前就初凝时，采用双凝或多凝水泥浆柱结构进行固封。
所有比重是按照实际预测或测量所得封固段的压力进行计算，要求满足压稳系数p≥1。
所述步骤（2）采用双凝或多凝水泥浆柱结构，即采用不同初凝时间的双段水泥浆或多段水泥浆进行固封，固封时，首尾浆满足以下条件：首浆比尾浆的初凝时间长2~2.5小时，尾浆浆柱长度是首浆浆柱长度的1.5~2倍。
所述加重前置液的方法是：当前置液比重不超过1.70sg，使用常规重晶石加重；前置液比重高于1.70sg，采用加重铁矿粉加重。本发明所述的前置液为冲洗液和隔离液，通过适当提高前置液比重可提供一部分压力补偿，以达到压稳地层的目的。
本发明通过调整前置液比重达到压稳地层的目的，同时调整水泥浆柱结构，采用双凝水泥浆，保证固井施工安全的条件下适当缩短侯凝时间，降低高压低渗地层流体大量侵入的风险；另外，本发明可广泛应用于各种石油勘探开发领域中。
附图说明
图1为本发明的示意图。其中，区域1为环空钻井液柱；区域2为前置液柱；区域3为水泥浆首浆浆柱；区域4为水泥浆尾浆浆柱，Lc2为水泥浆尾浆长度，Lc1为水泥浆首浆长度。
具体实施方式
实施例1 按照以下步骤实现：
1、根据实际钻井作业泥浆比重及实测或预测地层压力系数及地层破裂压力系数，综合考虑水泥浆临界点失重压力，确保在不压漏的同时压稳系数不小于1.0。
设定地层压力系数为ρf，破裂压力系数为ρp，则地层压力Pf=ρfgH，Pp=ρpgH，那么，压稳系数p按如下公式计算：
其中，Pcmk为水泥浆在静胶150Pa的浆柱压力，MPa；Pf为地层压力，MPa；Pcm为初始环空液柱压力，MPa，Pcm＜Pp；Pflw为水泥浆临界点失重压力，MPa。
2、水泥浆柱结构方面，采用双凝（或多凝）体系，通过调整初凝时间划分首尾浆，经实践应用，首尾浆浆柱长度比例为：Lc2=（1.5～2）Lc1，初凝时间差首浆比尾浆长2～2.5小时可以获得比较理想的固井作业效果，即不会影响固井施工，又可以在满足作业的条件下缩短侯凝时间，降低流体侵入的风险。
无论哪一种压稳技术，都要求对地层压力有准确的预测或实测数据，对于高压低渗地层，往往会发生预测值偏小的情况，这时可以适当提高前置液量或前置液比重，保证压稳。
实施例 2 实际钻井作业应用情况。
1、在某钻井作业中，采用聚合物水泥浆体系，预测地层压力系数1.62sg，地层破裂压力系数1.95sg，水泥浆比重2.0sg、浆柱长880m，环空钻井液比重1.63sg、液柱长1900m，前置液比重1.0sg、液柱长816m（冲洗液510m，隔离液306m），水泥浆临界点失重压力2.95MPa。
2、根据实施例1中压稳系数p的计算公式：
，计算得到压稳系数p=0.92。
由于压稳系数p小于1.0，通过以下措施进行调节，确保在不压漏的同时压稳系数不≥1.0：
（1）调整前置液比重：冲洗液加重至1.70sg、液柱长510m，隔离液加重至1.85sg、液柱长306m；
（2）水泥浆柱结构方面：首浆采用慢凝聚合物水泥浆，浆柱长580m；尾浆采用快凝聚合物水泥浆，浆柱长300m，控制初凝时间首浆比尾浆长2小时，首尾浆浆柱长度比例Lc2=1.94Lc1。
本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种提高高温高压井固井质量的压稳工艺，其特征在于：采用以下步骤：
（1）采用聚合物水泥浆体系，预测地层压力系数1.62sg，地层破裂压力系数1.95sg，水泥浆比重2.0sg、浆柱长880m，环空钻井液比重1.63sg、液柱长1900m，前置液比重1.0sg、液柱长816m，冲洗液510m，隔离液306m，水泥浆临界点失重压力2.95MPa；
（2）设定地层压力系数为ρf，破裂压力系数为ρp，则地层压力Pf=ρfgH，Pp=ρpgH，那么，压稳系数p按如下公式计算：
，其中，Pcmk为水泥浆在静胶150Pa的浆柱压力，MPa；Pf为地层压力，MPa；Pcm为初始环空液柱压力，MPa，Pcm＜Pp；Pflw为水泥浆临界点失重压力，MPa；根据压稳系数p的计算公式，计算得到压稳系数p=0.92；
（3）由于压稳系数p小于1.0，通过以下措施进行调节，确保在不压漏的同时压稳系数不≥1.0：
①调整前置液比重：冲洗液加重至1.70sg、液柱长510m，隔离液加重至1.85sg、液柱长306m；
②水泥浆柱结构方面：首浆采用慢凝聚合物水泥浆，浆柱长580m；尾浆采用快凝聚合物水泥浆，浆柱长300m，控制初凝时间首浆比尾浆长2小时，首尾浆浆柱长度比例Lc2=1.94Lc1。
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