第十一章 高溫高壓及酸性天然氣井固井技術(shù)

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1、第十一章高溫高壓及酸性天然氣井固井技術(shù)高溫高壓及酸性天然氣井固井面臨的主要難點(diǎn)是高溫高壓和高含酸性氣體帶來的質(zhì)量、安全和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，其在固井工作中的具體反映就是固井后出現(xiàn)環(huán)空氣竄和井口帶壓現(xiàn)象。環(huán)空氣竄和井口帶壓不僅使優(yōu)快鉆井的技術(shù)成果損失殆盡，在含有酸性氣體的情況下還將進(jìn)一步引起安全和環(huán)保問題，導(dǎo)致勘探開發(fā)投資報(bào)廢，帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。提高天然氣井的固井質(zhì)量是阻止和延緩井口帶壓的基礎(chǔ)，對于提高勘探效益具有重要意義。通過三年技術(shù)攻關(guān)，針對高溫高壓及酸性天然氣井的具體條件研發(fā)了纖維—膠乳—微膨脹水泥漿體系、抗高溫(180°C)水

2、泥漿體系、低密度低滲透率高強(qiáng)度水泥漿體系，同時完善地面施工裝備并研究應(yīng)用了新型尾管懸掛器和套管外封隔器，配套形成了天然氣井固井準(zhǔn)備技術(shù)、雙凝水泥漿固井技術(shù)、干井筒固井技術(shù)、環(huán)空加壓候凝技術(shù)、正注反擠固井技術(shù)。從固井材料、工具設(shè)備和施工工藝三個方面促進(jìn)了固井質(zhì)量的穩(wěn)步提高，井口帶壓問題得到有效緩解。第一節(jié)固井技術(shù)難點(diǎn)高溫高壓及酸性天然氣井固井技術(shù)難點(diǎn)主要包括五個方面：1、安全密度窗口小準(zhǔn)確的地層漏失壓力評估是確定安全的下套管速度和合理設(shè)計(jì)固井水泥漿密度及施工工藝參數(shù)的基礎(chǔ)。塔里木山前、川渝地區(qū)和松遼盆地均存在安全密度窗口小的

3、固井難點(diǎn)，給固井設(shè)計(jì)和施工帶來了極大的困難。以龍崗地區(qū)為例。該地區(qū)的區(qū)域地應(yīng)力狀況主要受走滑斷層控制（圖11-1），主力產(chǎn)層裂縫發(fā)育。這一地質(zhì)特征決定了在鉆井階段極易出現(xiàn)反復(fù)的漏失和井涌等復(fù)雜，最終使得固井前的安全密度窗口基本消失。同時，由于井下漏失提高了近井地帶的地層孔隙壓力從而使得漏失壓力相應(yīng)提高，因此同一構(gòu)造、同一區(qū)塊的單井壓力預(yù)測結(jié)果往往也差距很大。在這種條件下，鉆前壓力預(yù)測結(jié)果一般不能直接用于固井設(shè)計(jì)。2、縫洞性地層漏失縫洞性地層漏失也是塔里木山前、川渝地區(qū)和松遼盆地共有的固井難題。鉆遇縫洞性地層（圖11-2）時

4、，一般均有不同程度的漏失發(fā)生。從彈塑性力學(xué)的觀點(diǎn)來看，一般認(rèn)為縫洞性地層的漏失機(jī)理是巖石在應(yīng)力作用下發(fā)生變形所致。在鉆井液液柱壓力作用下，巖石中的孔隙彈性收縮使得微裂縫受到拉伸作用而張開形成井下漏失。漏失使得作用在巖石上的有效應(yīng)力減小，地層孔隙度得到恢復(fù)，裂縫中的天然氣和侵入其中的鉆井液一起進(jìn)入井筒形成氣侵。這一過程反復(fù)進(jìn)行，造成漏失和井涌交替出現(xiàn)，最終安全密度窗口消失殆盡。當(dāng)?shù)貙涌紫抖容^大和微裂縫數(shù)量在一定范圍內(nèi)時，漏失和氣侵最為嚴(yán)重。更多的裂縫數(shù)量或較大的裂縫使得單位容積內(nèi)的孔隙總體積相對減少，漏失和氣侵程度反而較低。

5、也正是這一原因，對漏失起主要作用的往往是微裂縫，大裂縫因方解石充填以及總的孔隙體積相對較小反而容易封堵?？p洞性地層的失效過程與較為均質(zhì)的疏松砂巖地層不同，主要是原有裂縫不斷擴(kuò)展連通而很少有新的裂縫出現(xiàn)，這一失效過程決定了堵漏的難度，措施不當(dāng)就可能小漏堵成大漏。3、固井后的長期氣竄塔里木山前、川渝地區(qū)和松遼盆地均不同程度的存在固井后的長期氣竄即井口帶壓問題。高壓天然氣井的井口帶壓問題在本質(zhì)上是天然氣通過水泥石基體和水泥膠結(jié)面向井口滲流的過程，有文獻(xiàn)認(rèn)為高壓天然氣井投產(chǎn)15年以后有50%的可能性出現(xiàn)井口帶壓現(xiàn)象。川渝地區(qū)的個別

6、井完井1~2年后即出現(xiàn)井口壓力，克拉2氣田17口井均存在井口帶壓現(xiàn)象，可能的原因是第二界面水泥膠結(jié)不良以及水泥環(huán)損壞加快了氣體的滲流速度。4、地層流體中富含酸性氣體川渝地區(qū)和松遼盆地的儲層中均富含酸性氣體。酸性氣體會引起水泥環(huán)和管柱損壞，加速井口帶壓現(xiàn)象出現(xiàn)的時間，同時會進(jìn)一步引起安全和環(huán)保問題。以松遼盆地為例。長深1區(qū)塊的CO2含量最高接近30%，徐家圍子的CO2含量最高超過45%。CO2主要在三個方面影響固井質(zhì)量：鉆井液氣侵后引起鉆井液濾餅質(zhì)量變差，實(shí)現(xiàn)第二界面膠結(jié)的難度提高；含CO2的天然氣通過水泥環(huán)滲流并發(fā)生腐蝕作

7、用使得水泥環(huán)滲透率增加，誘發(fā)長期氣竄；CO2進(jìn)一步腐蝕管柱造成天然氣井報(bào)廢。表11-1長深1區(qū)塊天然氣組分分析數(shù)據(jù)表層位層號井深m甲烷%乙烷%丙烷%正丁烷%氮?dú)?二氧化碳%氦%相對密度K1yc723716~372770.321.410.090.0124.8023.3700.8175.121.340.060.0094.9618.280.0340.7665~683566~361567.181.560.215.0326.020.8462.861.790.217.8227.320.86表11-2大慶徐家圍子天然氣組分分析數(shù)據(jù)表井號

8、相對密度甲烷%乙烷%丙烷%正丁烷%異丁烷%氮?dú)?二氧化碳%徐深10.60562.262.230.380.10.62.032.16徐深80.81172.141.840.490.060.071.2523.80升深2010.60093.751.480.140.0150.0241.393.15升深7011.00