防气窜水泥浆在DK25-1井的应用
防气窜水泥浆在DK25-1井的应用
摘要：塔河九区是西北油田分公司天然气增储上产的重点区域，该地区地质条件复杂，断层多，存在多套压力系统。在钻探过程中经常钻遇高压气层，必须提高钻井液密度压稳后才能继续钻进，从而给固井施工带来了很大的困难。通过采用微膨胀防气窜双凝双密度水泥浆体系，制定安全、合理的固井施工技术方案，使得顺利完成固井施工，达到固井质量评价优秀。关键词：溢流压稳防气窜固井质量
一、概述
DK25-1井是西北油田分公司部署在桑东2号构造西部一口评价井，设计井深为5960m，该地区地质条件复杂，断层多，存在多套压力系统，该井钻探的主要目的在于评价DK25井西部强振幅+串珠反射特征发育带的储层发育特征、含油气及产能，落实评价三叠系、石炭系低幅度构造含油气性。该井二开￠241.3mm井眼在石炭系卡拉沙依组钻井施工时发生溢流，钻井液密度由设计最高1.30g/cm3提至1.45 g/cm3才压稳满足继续钻井施工。下部钻开地质预测的巴楚组、恰尔巴克组2套气层，气层段长达551米，气层较多压稳困难；下套管、固井时易发生井漏，水泥浆密度高，替浆排量小固井质量难以保证。通过下套管前优化地层承压方案，优选水泥浆体系，采用微膨胀防气窜双凝双密度水泥浆体系；制定安全、合理的固井施工技术方案。使得套管安全下入并顺利完成固井施工，达到固井质量评价优秀。
二、井身结构
DK25-1井井身结构表
序号
钻头直径
（mm）
井深
（m）
套管直径
（mm）
下深
（m）
备注
导管
660.4
150
508
150
常规
一开
346.1
2571
273.1
2570.60
常规固井
二开
241.3
5843
177.8
5841.32
双级固井
管串结构：浮鞋+3根套管+浮箍1#+3根套管+浮箍2#+套管组合+定位短节+套管组合+抗硫双级箍+套管组合+双公短节+心轴式悬挂器+联顶节（LTC）+水泥头。
DK25-1井套管串数据表
钢级
壁厚（mm）
扣型
入井井段（m）
P110S
12.65
FOX
0-504.46
P110S
11.51
FOX
504.46-993.4
P110S
10.36
FOX
993.4-4092.58 P110S
11.51
FOX
4092.58-4494.12 P110
11.51
FOX
4494.12-5197.93
P110
12.65
FOX
5197.93-5841.32
双级箍
177.8mm
FOX
4002.4-4003.17
三、复杂情况
2013年2月15日09：25钻进至5152.6m发生溢流，层位：卡拉纱依组，岩性：灰色油迹细粒岩屑砂岩。钻时加快（25↓20min/m），立即停钻循环，循环期间钻井液密度1.29 g/cm3↓1.22 g/cm3，粘度50S↑60S，出口流量66.3%↑70.0%，全烃（%）0.069↑15.805，甲烷（%）0.0348↑14.4718，乙烷（%）0.0000↑0.3716，测得油气上窜速度148.90m/h。关井循环排污，按循环周0.02g/cm3上提泥浆密度压井，2月16日21：05泥浆密度上提至1.45g/cm3，套压立压为0，压井成功，井下恢复正常。
本井二开在4333-5843m井段，共发现气层11层，厚度60m，油气显示良好。
四、固井难点分析
1、裸眼气层段长551米，气层较多而且活跃，且上窜速度较快，水泥浆候凝过程中易发生气窜，压稳难度大。
2、井深、上下温差大，水泥浆低温状态下强度发展缓慢，容易引起气窜，对水泥浆综合性能要求高。
3、钻井液密度高，而且流变性差，很难将环空中的钻井液驱替干净，难以保证顶替效率。
4、在同一段裸眼中，压稳与防漏难以兼顾，压力安全窗口较小。况且在套管下入时激动压力大，钻井液密度高，粘切高，结构力强，开泵激动压力大，存在井漏风险，进而引起井控风险，易出现喷漏同层的的现象。
5、二级固井封固0-4000m，常规密度水泥浆封固段长，环空液柱压力高，施工压力高。
五、固井技术措施
1、井眼及压稳情况
(1)下套管前通井时循环测后效，准确求取油气上窜速度，并选取合理泥浆密度将井下油气压稳，控制油气上窜速度≤10m/h，并且钻井液进出口密度差≤0.02g/cm3。
(2)电测完需用241.3mm 牙轮+241mm扶正器原钻具组合，参照电测井径图对缩径点、油气层封固段认真划眼通井，确保井眼通畅，到底充分循环洗井，保持井底清洁无沉砂。(3)一级领浆采用防气窜水泥浆体系，严格控制失水；尾浆低失水、抗高温短侯凝防气窜水
泥浆体系，并在水泥浆中加入35%硅粉、微膨胀防气窜剂，有效地解决水泥石在高温条件下强度衰退和增强水泥浆防气窜性能。
(4)地层承压，钻具起钻到安全井段，关封井器，小排量间断性泵入钻井液，泵压达到静态试压泵压，稳压10分钟，压力不降合格。
(5)下完套管后循环排后效，求取油气上窜速度；若油气上窜速度≥10m/h，需进行提泥浆密度处理，压稳后才能进行注水泥施工作业。
(6)一级固井结束后开孔大排量循环直至一级尾浆终凝，继续循环至一级领浆初凝，以后间断顶通循环，侯凝12h后再进行二级固井。
(7)在下套管前认真检查防喷器，须将封井器闸板心子换一付与7 ″套管尺寸相匹配，并由专业试压队试压合格。连接一根钻杆防喷单根，公扣可直接连接套管。储备重泥浆到位。以确保下套管及一级固井施工期间井控安全。
2、水泥浆体系优选
(1)采用密度1.50g/cm3的隔离液，有效隔离钻井液和水泥浆，冲洗井壁，提高顶替效率；隔离液与钻井液和水泥浆需要有良好的相容性。
(2)水泥采用稳定、与外加剂配伍性好的阿克苏G级水泥，优选性能稳定、配伍性好、不损害早期强度的外加剂体系。
(3)一级领浆采用密度1.90g/cm3防气窜水泥浆体系，尾浆采用密度1.88g/cm3抗高温短候凝防气窜体系；二级1.90g/cm3防气窜水泥浆封固0-1000m；1.60g/cm3低密度水泥浆封固1000-4000m。
类型
密度
g/cm3
温度
℃
析水(ml)
稠化时间
min
失水量
ml
24h抗
压强度
流动
度cm
二级领浆
60
0.4
341
20
20.5
23
二级尾浆1.60
60
0.2
236
20
10.3
23
一级领浆1.90
82
0.1
462
31
22
一级尾浆
1.88
82
171
32
22.7
21
3、水泥浆防气窜性能评价
利用水泥浆性能系数（SPN）评价水泥浆防窜性能：
SPN=
0≤SPN ≤3 防气窜效果好；3≤SPN≤6防气窜效果中等；6≤SPN防气窜效果差。
从计算结果来看，水泥浆性能系数SPN ＜3，因此防气窜效果好。
式中：
API失水：水泥浆30min*6.9Mpa失水量ml；
：水泥浆稠度100BC时间min；
：水泥浆稠度30BC时间min
六、现场施工及固井质量评价
注冲洗液6m3，密度1.03g/cm3，隔离液9m3，密度1.50g/cm3，排量0.9m3/min压力5MPa；注水泥浆61m3，其领浆40m3，最大密度为1.96g/cm3、最小密度为1.85g/cm3、平均密度为1.90g/cm3；尾浆21m3，最大密度为1.92g/cm3、最小密度为1.84g/cm3、平均密度为1.88g/cm3，排量1.0m3/min，压力4-0MPa；水泥车注压塞液1.7m3，钻井队泥浆泵替1.75g/cm3重浆28m3后，水泥车注4m3分级箍开孔保护液，排量1.0m3/min；大泵继续替浆至70m3时降低排量，排量为0.7m3/min，替浆104 m3碰压，压力3↗7MPa。
侯凝12h后进行二级固井，注领浆26m3，平均密度为1.90g/cm3；尾浆80m3，平均密度为1.60g/cm3。替压塞液1.7m3，钻井队替泥浆75m3，其中重浆60m3，密度1.65g/cm3，井浆15m3，密度1.45g/cm3。到量碰压关孔，压力4↗20MPa碰压关闭双级箍。
侯凝48h下钻探塞，井深3938m探得上塞(塞长64.4m), 井深5768m探得下塞(塞长75m)。钻塞后，声幅测井固井质量优秀，套管试压合格，满足后续施工要求。
一级固井
常规密度井段常规密度井段井段(m)
段长
声幅(%)
固井质量
井段(m)
段长
声幅(%)
固井质量4000-4025 25
≤25
良好
5280-5700 420
≤30
合格
4025-5280 1255
≤15
优秀
5700-5843
143
≤15
优秀
综合评定：优秀
七、结论与建议
(1)该井在高钻井液密度下固井成功，并且质量优秀，为本井下步施工提供了安全保证。同时也解决了该地区固井质量难的问题。
(2)优选的水泥浆体系比较理想，在达到低速紊流的同时其防气窜效果比较好。
(3)采用防气窜水泥浆、合理设计水泥浆性能是小环空间隙固井的一个关键。通过水泥石的室内评价，对优选水泥浆体系具有指导作用。
(4)水泥浆体系凝固后的水泥石能满足开发和后续工程的需要，对今后高压气层固井作业时水泥将体系的优选能起到借鉴和指导作用。
(5)二级采用低密度水泥浆有效降低环空液柱压力、合理设计环空液柱结构、合理的施工排量，在不发生漏失的情况下有效提高了长裸眼段的封固质量。
参考文献
[1]《固井手册》编写组·北京·石油工业出版社，1990
[2] 吴宗国. 又喷又漏井的固井技术[J] . 钻采工艺,1999 ,2216217.
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[4] 刘保记. 平衡压力固井优化设计与实时监测技术[M] . 北京:石油工业出版社,1999. 2.
高温高压防气窜水泥浆设计
高温高压固井防气窜水泥浆设计 罗宇维等 中海技服固井公司 2000年10月
高温高压固井防气窜水泥浆设计 罗宇维张光超刘云华黄卫东张行云 (中海石油技术服务湛江分公司固井) 摘要性能优良的水泥浆是保证固井质量的关键因素。众所周知，水泥环空气体窜槽对油气田开发将造成非常严重的后果：产能降低、套管腐蚀、地下水污染、注水开采工艺受限等等。而一旦发生气窜，即使花费大量的人力、物力和时间来挤水泥，也很难修复到不发生气窜时应有的封固状态。因此，优选有效的防气窜水泥浆设计就显得十分重要，对于HTHP 高温高压固井尤其如此。 水泥环气窜是一个极其复杂的物理、化学现象。尽管无数的国内外专家对气窜的形成原因和预防措施进行了大量的研究，但是气窜问题仍远未解决，层间窜流现象仍时常发生。本文将力图用“通道”的观点来解析气窜现象，提出一套综合的适用于高温高压固井的防气窜水泥浆设计的方法。 关键词失水失重通道通道流动阻力环空有效液柱压力晶格膨胀 一、高温高压的定义 海洋石油钻井准则，高温高压油气井具有以下特点： ●预计或实测井底温度BHST大于150℃； ●井底压力大于69Mpa(10000Psi)； ●或地层孔隙压力梯度大于1.80g/mL。 二、气窜形成的原因 1〕气窜的方式 气窜通常有如下三种方式： ●气体通过残留在环空中的泥浆通道运移； ●气体通过微环空通道窜移； ●气体通过胶凝水泥浆的孔隙通道移动。 2〕气窜形成的原因 气窜形成必须具备两个基本条件：一是要有通道，二是地层压力大于环空有效液柱压力与通道流动阻力之和。地层气体总是首先在水泥环通道阻力最小 的地方进入，然后不断扩大通道，不断挺进。
用于实体膨胀管固井的韧性防气窜水泥浆的生产技术
本技术介绍了一种用于实体膨胀管固井的韧性防气窜水泥浆，其组成如下：100gG级油井水泥或G级水泥与硅粉的混合物（当井底静止温度大于110℃时），2.5g～4.2g延缓凝固剂，8g ～11g降滤失剂，1g～1.2g分散剂，0.5g～0.8g增韧剂，3g～5g防气窜剂，0.1g～0.3g消泡剂，37.3g～41g自来水。所述增韧剂为长度为0.3～2mm的玻璃纤维与长度为3～5mm的锦纶纤维，按质量比2:1混合而成；其他物质均为市售。该水泥浆具有较强的封固能力，综合性能好，既能保证实体膨胀管安全可靠膨胀，又能改善实体膨胀管固井水泥环的封固质量，弥补了现有技术的缺陷和不足。 技术要求 1.一种用于实体膨胀管固井的韧性防气窜水泥浆，其组成如下：100gG级油井水泥或G级水泥与硅粉的混合物， 2.5g～4.2g延缓凝固剂，8g～11g降滤失剂，1g～1.2g分散剂，0.5g ～0.8g增韧剂，3g～5g防气窜剂，0.1g～0.3g消泡剂，37.3g～41g自来水；所述延缓凝固剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和有机羧酸合成的油井水泥高温延迟凝固剂；所述增韧剂 为长度为0.3～2mm的玻璃纤维与长度为3～5mm的锦纶纤维，按质量比2:1混合而成；所 述防气窜剂为磺化聚乙烯醇微胶粒。 2.如权利要求1所述的韧性防气窜水泥浆，其特征在于，所述G级水泥与硅粉的混合物 中，G级水泥与硅粉的质量比为100:35，用于井底静止温度大于110℃时。 3.如权利要求1所述的韧性防气窜水泥浆，其特征在于，所述降滤失剂为丙烯酰胺、2-丙 烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-乙烯基吡咯烷酮三元共聚类的油井水泥降滤失剂。 4.如权利要求1所述的韧性防气窜水泥浆，其特征在于，所述分散剂为甲醛和丙酮缩聚 物。 5.如权利要求1所述的韧性防气窜水泥浆，其特征在于，所述消泡剂为乳化硅油、聚氧丙烯甘油醚或聚氧丙烯聚醚改性硅。 说明书 一种用于实体膨胀管固井的韧性防气窜水泥浆
触变性水泥浆体系研究与应用进展
第37卷第4期2009年7月 石 油 钻 探 技 术 P ET RO LEU M D RIL LI NG T ECHN IQ U ES Vo l 37,N o 4 Jul.,2009 收稿日期:2009 01 04;改回日期:2009 06 01 作者简介:步玉环(1966 ),女,山东茌平人,1988年毕业于石 油大学(华东)钻井工程专业,2005年获中国石油大学(华东)油气井 工程专业博士学位,教授,硕士生导师,现主要从事油气井工程方面 的教学与科研工作。 联系电话:(0546)8394360 管理与发展 触变性水泥浆体系研究与应用进展 步玉环1 尤 军1,2 姜林林1 (1 中国石油大学(华东)石油工程学院,山东东营 257061;2 中国石油集团渤海钻探工程有限公司第二固井分公司,天津塘 沽 300457) 摘 要:触变性水泥浆具有良好的触变性,易充满漏失层,被认为是目前解决恶性井漏问题的一项重要技术手段。笔者在调研触变性水泥浆的应用和研究的基础上,得出了改善水泥浆触变特性的机理,并依据该理论提出了一种新型的具有强触变特性的水泥浆。室内初步试验研究表明:强触变性水泥浆具有较好的触变性和流动性;在静止状态下,能较快形成高静胶凝强度;75 温度下失水量为81mL,24h抗压强度达到19 4M Pa,游离液量达到 0 8%以下,均满足固井要求。该触变性水泥浆对于解决钻井完井过程中出现的裂缝性、溶洞性漏失难题有重要的 现实意义。 关键词:水泥浆;触变性;堵漏;凝胶 中图分类号:T E256+ 7 文献标识码:A 文章编号:1001 0890(2009)04 0110 05 目前,我国石油勘探开发中遇到的海相沉积储层越来越多,该储层孕育着大量的裂缝和孔洞,无论是钻井还是固井都面临着海相地层严重井漏的问题[1]。触变性水泥浆在注入顶替过程中是稀的流体,泵送停止后则迅速形成具有刚性、能自身支持的凝胶结构,从而可以有效解决漏失问题。因此,触变性水泥浆被认为是目前解决恶性井漏问题的一项重要技术手段。 笔者在调研触变性水泥浆的应用和研究的基础上,得出了改善水泥浆触变特性的机理,并依据该理论提出了一种新型具有强触变特性的水泥浆。 1 触变性水泥浆的应用 目前,触变性水泥浆主要用于以下条件下的固井作业中[2 4]:1)适用于漏层的注水泥作业和处理钻井过程中的井漏;2)在一定条件下可以防止气窜的发生;3)在渗透地层进行补救挤水泥时,可以采用触变性水泥浆作为先导浆,以达到增加挤注压力和提高挤水泥成功率的目的;4)适用于薄弱地层的固井作业;5)修补破裂或被腐蚀的套管。 1 1 采用触变性水泥浆进行堵漏作业[5] 1994 1995年,长庆油田使用微硅低密度触变性水泥浆解决了陇东地区固井中洛河层漏失的问题。181口井的固井应用表明,触变性水泥浆使地层承压能力提高了0 07~0 18kg/L;水泥浆返高的合格井为179口;洛河层的声幅测井总合格率由1993年的44 0%提高至76 2%。2001年,胜利油田的3口井分别在876 6~885 9、1100 0~1 240 0、1142 0~1152 0m处发生了严重套管漏失,采用触变性水泥进行套管堵漏后,对3口井试压15M Pa,稳定10min不降,达到生产要求,完全恢复产能。 1 2 利用触变性水泥浆改善挤水泥作业 挤水泥作业中常遇到的问题是设法封固一些低压产层的射孔孔眼。Purdy油田的产油层主要集中在H art和Spring er两个砂岩层。过去采用双油管完井,两层间用封隔器隔开。现H art层产能逐渐降低,故决定挤入触变性水泥浆封堵其射孔孔眼而集中开采Springer层。5口井的作业结果表明,利用触变性水泥浆进行挤水泥作业切实可行,减少了
超浅层气井大尺寸套管防气窜固井技术
超浅层气井大尺寸套管防气窜固井技术 超浅层气井大尺寸套管固井，由于井浅，油气活跃，上窜速度快，运移时间短，且地层承压能力低，井下容易漏失，固井作业缺乏有效的防窜措施和控制手段。固井环空气窜、溢流，甚至井喷事故时有发生，带来钻井作业风险，造成油气资源破坏，环境污染。分析了其成因和固井难点，采用基体抗侵水泥浆体系和胶乳防气窜水泥浆，解决超浅层气井大尺寸套管防气窜固井技术难题，现场应用效果良好。 标签：超浅层气固井；防气窜；基体抗侵水泥浆体系；胶乳防气窜水泥浆体系 1 超浅层气井成因和固井难点 1.1浅层气主要特点是气层埋藏深度浅，油气活跃，油气上窜速度快；气侵、溢流、井喷等表象特征反应短暂，时间紧促，地面控制措手不及；由于井浅，上覆地层疏松、地层承压能力低，容易漏失，建立井下压力平衡，油气层压稳等措施受到局限。 1.2浅层异常高压气层，主要是由一下几种因素形成： ①由于地壳运动，地质抬升、风化剥蚀，气层由深变浅，保存了原始储层孔隙压力能量，形成高压浅层气。 ②储层间地质封隔性差，存在裂隙、断层及非致密性封隔层等，导致深部地层气，沿渗透性地层运移，向浅部层位渗透聚集，形成异常高压浅层气。 ③为了保持油气田较高的储藏压力，提高产能，向油气层注水、注气等。 1.3超浅层气井地层承压能力低，井下易漏，通常采用低密度水泥漿体系，由于浆体中的固相成分密度差大，浆体稳定性差；低密度水泥浆，固相颗粒间的空隙度大，液固比高，游离水多，失水控制难度大；低密度水泥浆强度发展慢，候凝失重过渡时间长，浆体防气窜能力差。 1.4超浅气层井大尺寸套管固井，如508mm套管固井，气层埋藏深度浅，水泥浆封固段短，固井难以发挥多凝压稳水泥浆体系优势；缺乏有效的井口压力补偿和控制手段，固井一旦发生环空气窜，控制难度大，易导致环空溢流，环空井喷风险，固井质量难以保证。 2 防气窜水泥浆体系 2.1基体抗侵水泥浆体系