CN108915635A - 防止高压气井尾管固井后气窜的方法 - Google Patents

防止高压气井尾管固井后气窜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防止高压气井尾管固井后气窜的方法，包括：在尾管固井替浆阶段，在送入钻具的中部替入加重钻井液，建立下步起钻阶段的套压；替浆作业结束后，借助送入钻具内加重钻井液建立起的套压，地面回压泵和节流阀组协同动作，保持钻具水眼液面高度，实现恒定套压起钻；起钻至设计井深，对加重钻井液在钻具内、加重钻井液出管鞋上返、加重钻井液全部到达环空、加重钻井液循环出井口各阶段不同环空浆柱时刻实施不同的地面回压补偿，使高压气层压稳而不压漏。本发明针对固井注替水泥浆结束之后的环空精细压力控制，实现尾管固井全程压力控制无短板，杜绝固井后环空水泥浆柱静止期间由于起钻抽吸、胶凝失重等导致的气窜现象。

Description

防止高压气井尾管固井后气窜的方法
技术领域
本发明涉及一种防止高压气井尾管固井后气窜的方法，用于石油天然气勘探开发的固井尾管作业，属于油气田固井工程技术领域。
背景技术
川渝地区属盆地区域，地质构造复杂，地层横向差异大、纵向油气水漏显示多、压力层系多，尤其是川西探区下二叠系及以下深部储层，纵向上复杂的压力层系使各层套管难以满足对不同地层压力实施有效分段封隔，从而导致同一井段喷、漏、卡、塌、高压盐水等多个工程复杂情况共存。钻遇目的层局部裂縫发育、存在压力漏斗等情况，在钻遇高压气层的井眼内，同时存在裂缝型漏失层，安全密度窗口窄，固井导致的气窜时有发生。龙岗062-C1井飞仙关地层压力系数1.76～1.91，固井施工期间气层最高动当量密度仅为1.88g/cm3,造成飞仙关高压气体持续进入环空，最终导致114.3mm尾管喇叭口窜气。龙探1井由于168.3mm尾管固井后栖霞组窜气，被迫实施3次挤水泥作业任未能封固栖霞高压气层，导致下一开次志留系~龙王庙组顶不能实现降低钻井液密度，钻进风险极大。由于气层和漏失层当量密度与钻井液密度非常接近，均在2.00~2.50 g/cm3之间，是典型的超高压窄安全密度窗口地层。
针对高压气井窄密度窗口状况，现已通过浆柱结构设计、流变性能调整、水泥浆防窜性能提升、注替工艺参数优化等技术攻关，形成了一套较为成熟的近平衡尾管固井技术。这项技术针对漏喷同存、窄密度窗口的复杂井况，固井作业前循环降低全井钻井液密度，有利于固井作业期间环空浆柱动态当量密度控制在气层压力与漏失压力之间，实现注替水泥浆期间一次性上返至喇叭口，井筒环空高效填充的目的。也就是说，现有工艺对于固井期间连续泵注条件下是完全可以通过参数调整实现对压力敏感层系压稳而不压漏的目的。但是，水泥浆注替到位停泵后，需要将送入钻具提离水泥塞面，送入工具前端防砂帽外径较大，如何实现在环空浆柱静止且有抽吸压力存在的情况下完成起钻循环作业而不诱发气窜，一直未寻求到一种切实可行的方案。固井尾管送入管串不同于钻井管柱，为确保胶塞通径，不能在送入管串上接入止回阀，所以钻井流程的控压起钻方式并不适用于尾管固井碰压后的起钻作业。固井水泥浆开泵注替期间能够达到气层的动态压稳，注替结束后环空水泥浆处于静止状态，失去了环空摩阻，还要损失起钻抽吸压力，并且产生水泥浆水化胶凝失重，作用于气层的压力会降低5%～8%，这是发生环空气窜最危险的时刻。
针对高压气井尾管固井作业的特殊性和现有技术的缺陷，需要发明一种新的起钻、循环方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种防止高压气井尾管固井后气窜的方法。本发明针对固井注替水泥浆结束之后的环空精细压力控制，实现尾管固井全程压力控制无短板，杜绝固井后环空水泥浆柱静止期间由于起钻抽吸、胶凝失重等导致的气窜现象。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种防止高压气井尾管固井后气窜的方法，其特征在于：在尾管固井替浆阶段，在送入钻具的中部替入加重钻井液，建立下步起钻阶段的套压；替浆作业结束后，借助送入钻具内加重钻井液建立起的套压，地面回压泵和节流阀组协同动作，保持钻具水眼液面高度，实现恒定套压起钻；起钻至设计井深，对加重钻井液在钻具内、加重钻井液出管鞋上返、加重钻井液全部到达环空、加重钻井液循环出井口各阶段不同环空浆柱时刻实施不同的地面回压补偿，使高压气层压稳而不压漏。
所述方法具体包括如下步骤：
a、试验尾管固井作业承压当量密度ECDmax；
b、循环降低钻井液密度，试验尾管固井作业气侵当量密度ECDmin；
c、控制漏溢层承压当量处于ECDmin～ECDmax安全窗口范围内注替水泥浆；
d、替浆到位后起送入钻具至安全界面以上循环侯凝；
e、开泵循环洗井。
所述步骤a中，完钻后，下通井钻具至井底，循环排除后效后，进行承压试验。
所述步骤a具体做法为：逐步提升排量，并通过地面节流阀产生的附加回压，使得漏失层位的动态承压当量密度达到固井设计要求；如发生漏失，则在堵漏作业后重复承压试验，直至满足固井作业承压要求，即取得固井作业当量密度上限ECDmax。
所述步骤b中，循环降低钻井液密度至静泥浆液柱压力略低于气层压力，欠压值可通过井口装置回压补偿，并进行短程起下和静观确保井控安全，由此确定固井作业当量密度下限ECDmin。
所述步骤c中，进行尾管固井注替水泥浆作业，控制漏溢层位承压当量密度介于ECDmin与ECDmax之间，送入钻具内替入加重钻井液，按设计替浆。
所述加重钻井液的替入原则包括
（1）替入位置在送入钻具的中部，起钻期间加重钻井液不会下行进入环空；
（2）送入钻具管内外压差控制为ΔP=（ECDmax-ESD漏）×0.00981×Hv；
式中：
ΔP-送入钻具管内外压差Mpa；
ECDmin-气侵当量密度g/cm3；
ECDmax-易漏失层位最大承压当量密度g/cm3；
ESD漏-替浆到位易漏失层位静液柱当量g/cm3；
Hv-易漏失层位垂深m。
所述步骤d中，关井口旋转控制头起钻，地面回压泵和节流阀组协同配合，保持钻具水眼内液面与钻台面齐平，起钻期间保持恒定套压ΔP，至送入钻具管鞋提离上水泥塞面100～150m。
所述步骤e中，对加重钻井液在钻具内、加重钻井液出管鞋上返、加重钻井液全部到达环空、加重钻井液循环出井口各阶段不同环空浆柱时刻实施不同的地面回压控制（回压值通过固井水力学计算软件获取），使得循环洗井全程气层当量密度始终大于气层压力而小于漏失压力。
采用本发明的优点在于：
（1）环空压力可控，避免了尾管固井结束后敞井起钻期间抽吸诱发气窜。
（2）解决了尾管送入钻具无内防喷工具情况下无法带压起钻的难题。
（3）起钻后长时间循环洗井候凝期间，可对环空水泥浆失重实施压力补偿。
（4）本发明与现有工艺相比，能够很好地解决固井泵注结束后的压力失衡难题，使得环空气窜率大幅降低。
（5）本发明能够有效防止尾管固井作业注替结束停泵后，环空水泥浆在失去了环空摩阻，产生抽吸压力和胶凝失重的工况下，对高压气层实施压力控制和补偿，杜绝环空气窜。本发明在川渝盆地高压超深高压气井尾管固井试验5井次，平均优质率65%，合格率90%，环空气窜率为零。
（6）本发明适用于窄密度窗口近平衡压力尾管固井领域，特别是纵向多压力层系、漏喷同存的井筒条件，作业现场具备较强的可操作性。
（7）本发明解决了尾管固井作业后期不同作业阶段的环空压力管理难题，完善了超深高压气井尾管固井技术，有效控制井控风险，确保复杂地层封固质量。在川渝盆地川西、磨溪～高石梯、下川东区块高压气井尾管固井作业中，有效弥补现有工艺的短板，为后续超深井窄密度窗口条件下防气窜工艺提供了一种切实可行的全新技术模式。
附图说明
图1为加重钻井液顶替阶段；
图2为恒定套压起钻阶段。
具体实施方式
实施例1
一种防止高压气井尾管固井后气窜的方法，主要包括：在尾管固井替浆阶段，在送入钻具的中部替入加重钻井液，建立下步起钻阶段的套压；替浆作业结束后，借助送入钻具内加重钻井液建立起的套压，地面回压泵和节流阀组协同动作，保持钻具水眼液面高度，实现恒定套压起钻；起钻至设计井深，对加重钻井液在钻具内、加重钻井液出管鞋上返、加重钻井液全部到达环空、加重钻井液循环出井口各阶段不同环空浆柱时刻实施不同的地面回压补偿，使高压气层压稳而不压漏。
实施例2
一种防止高压气井尾管固井后气窜的方法，具体包括如下步骤：
a、试验尾管固井作业承压当量密度ECDmax；
b、循环降低钻井液密度，试验尾管固井作业气侵当量密度ECDmin；
c、控制漏溢层承压当量处于ECDmin～ECDmax安全窗口范围内注替水泥浆；
d、替浆到位后起送入钻具至安全界面以上循环侯凝；
e、开泵循环洗井。
所述步骤a中，完钻后，下通井钻具至井底，循环排除后效后，进行承压试验。
所述步骤a具体做法为：逐步提升排量，并通过地面节流阀产生的附加回压，使得漏失层位的动态承压当量密度达到固井设计要求；如发生漏失，则在堵漏作业后重复承压试验，直至满足固井作业承压要求，即取得固井作业当量密度上限ECDmax。
所述步骤b中，循环降低钻井液密度至静泥浆液柱压力略低于气层压力，欠压值可通过井口装置回压补偿，并进行短程起下和静观确保井控安全，由此确定固井作业当量密度下限ECDmin。
所述步骤c中，进行尾管固井注替水泥浆作业，控制漏溢层位承压当量密度介于ECDmin与ECDmax之间，送入钻具内替入加重钻井液，按设计替浆。
所述加重钻井液的替入原则包括
（1）替入位置在送入钻具的中部，起钻期间加重钻井液不会下行进入环空；
（2）送入钻具管内外压差控制为ΔP=（ECDmax-ESD漏）×0.00981×Hv；
式中：
ΔP-送入钻具管内外压差Mpa；
ECDmin-气侵当量密度g/cm3；
ECDmax-易漏失层位最大承压当量密度g/cm3；
ESD漏-替浆到位易漏失层位静液柱当量g/cm3；
Hv-易漏失层位垂深m。
所述步骤d中，关井口旋转控制头起钻，地面回压泵和节流阀组协同配合，保持钻具水眼内液面与钻台面齐平，起钻期间保持恒定套压ΔP，至送入钻具管鞋提离上水泥塞面100～150m。
所述步骤e中，对加重钻井液在钻具内、加重钻井液出管鞋上返、加重钻井液全部到达环空、加重钻井液循环出井口各阶段不同环空浆柱时刻实施不同的地面回压控制（回压值通过现有固井水力学计算软件获取），使得循环洗井全程气层当量密度始终大于气层压力而小于漏失压力。
实施例3
下面结合附图1和图2对本发明做具体说明：
川西地区某高压气井进行177.8mm尾管悬挂固井作业，注入设计量水泥浆后进行替浆作业。送入钻具井段0～3725.79m，所替泥浆包括2.03g/cm3原钻井液和2.36g/cm3加重钻井液，其中加重钻井液在送入钻具中的井段为1800～2900m。替浆到位后，关旋转控制头起钻，初始套压4.9Mpa。起钻期间回压泵持续环空补压，节流阀组动态响应，未知钻具正眼液面高度，始终控制套压在4.9±0.1Mpa，实现恒定套压起钻，确保裸眼压力敏感地层当量密度保持在2.08～2.12 g/cm3安全窗口范围内。起钻至3382.59m开泵循环洗井，在2.36g/cm3加重钻井液出送入钻具管鞋前，环空控压4.2Mpa以排量 35L/s循环以弥补作用于高压气层的压力损失。加重钻井液在环空上返过程中，逐步加大节流阀开度，释放环空回压至2.5Mpa，循环至加重钻井液返出井口，再逐步减小节流阀开度，控压至7Mpa循环候凝。
本发明确保了高压气井固井后井筒的精细压力管理，大幅降低了由于固井作业后环空压力失衡导致的气窜现象。

Claims (9)

1.一种防止高压气井尾管固井后气窜的方法，其特征在于：在尾管固井替浆阶段，在送入钻具的中部替入加重钻井液，建立下步起钻阶段的套压；替浆作业结束后，借助送入钻具内加重钻井液建立起的套压，地面回压泵和节流阀组协同动作，保持钻具水眼液面高度，实现恒定套压起钻；起钻至设计井深，对加重钻井液在钻具内、加重钻井液出管鞋上返、加重钻井液全部到达环空、加重钻井液循环出井口各阶段不同环空浆柱时刻实施不同的地面回压补偿，使高压气层压稳而不压漏。
2.根据权利要求1所述的防止高压气井尾管固井后气窜的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
a、试验尾管固井作业承压当量密度ECDmax；
b、循环降低钻井液密度，试验尾管固井作业气侵当量密度ECDmin；
c、控制漏溢层承压当量处于ECDmin～ECDmax安全窗口范围内注替水泥浆；
d、替浆到位后起送入钻具至安全界面以上循环侯凝；
e、开泵循环洗井。
3.根据权利要求2所述的防止高压气井尾管固井后气窜的方法，其特征在于：所述步骤a中，完钻后，下通井钻具至井底，循环排除后效后，进行承压试验。
4.根据权利要求3所述的防止高压气井尾管固井后气窜的方法，其特征在于：所述步骤a具体做法为：逐步提升排量，并通过地面节流阀产生的附加回压，使得漏失层位的动态承压当量密度达到固井设计要求；如发生漏失，则在堵漏作业后重复承压试验，直至满足固井作业承压要求，即取得固井作业当量密度上限ECDmax。
5.根据权利要求4所述的防止高压气井尾管固井后气窜的方法，其特征在于：所述步骤b中，循环降低钻井液密度至静泥浆液柱压力略低于气层压力，欠压值可通过井口装置回压补偿，并进行短程起下和静观确保井控安全，由此确定固井作业当量密度下限ECDmin。
6.根据权利要求5所述的防止高压气井尾管固井后气窜的方法，其特征在于：所述步骤c中，进行尾管固井注替水泥浆作业，控制漏溢层位承压当量密度介于ECDmin与ECDmax之间，送入钻具内替入加重钻井液，按设计替浆。
7.根据权利要求6所述的防止高压气井尾管固井后气窜的方法，其特征在于：所述加重钻井液的替入原则包括
（1）替入位置在送入钻具的中部，起钻期间加重钻井液不会下行进入环空；
（2）送入钻具管内外压差为ΔP=（ECDmax-ESD漏）×0.00981×Hv；
式中：
ΔP-送入钻具管内外压差Mpa；
ECDmin-气侵当量密度g/cm3；
ECDmax-易漏失层位最大承压当量密度g/cm3；
ESD漏-替浆到位易漏失层位静液柱当量g/cm3；
Hv-易漏失层位垂深m。
8.根据权利要求7所述的防止高压气井尾管固井后气窜的方法，其特征在于：所述步骤d中，关井口旋转控制头起钻，地面回压泵和节流阀组协同配合，保持钻具水眼内液面与钻台面齐平，起钻期间保持恒定套压ΔP，至送入钻具管鞋提离上水泥塞面100～150m。
9.根据权利要求8所述的防止高压气井尾管固井后气窜的方法，其特征在于：所述步骤e中，对加重钻井液在钻具内、加重钻井液出管鞋上返、加重钻井液全部到达环空、加重钻井液循环出井口各阶段不同环空浆柱时刻实施不同的地面回压控制，使得循环洗井全程气层当量密度始终大于气层压力而小于漏失压力。
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