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CT&MPD聯手K.O.高溫高壓固井作業難題

CT&MPD聯手K.O.高溫高壓固井作業難題

加拿大Fort Liard油田部署了自動控壓鉆井與流量監測,這有助于保持恒定的井底壓力與ECD,消除漏失風險。

來自 | Drilling Contractor
編譯 | Tom

伴隨著業內對新的石油天然氣儲量的不斷尋找,高溫高壓探井的數量也在隨之不斷增長。根據挪威石油工業技術法規(NORSOK),高溫高壓井的關井井口壓力超過69MPa(10000 psi),井底溫度高于150℃(302℉)。這些作業條件帶來許多鉆井難題,大多與地層壓力和破裂壓力間壓力窗口很窄有關。因此將井保持在這壓力窗口內是常規鉆完井技術的重大挑戰。

控壓鉆井(MPD)技術已被證明能夠在窄壓力窗口內控制與保持鉆井參數??貕恒@井包含多種技術,包括控制井口回壓(SBP)、流體密度、流體流變性、環空液面、循環摩阻以及井身結構。通過精確控制整個井筒的環空壓力,控壓鉆井降低了鉆井的成本與風險。

窄壓力窗口給鉆井作業帶來挑戰的同時,也使固井作業復雜化。因此在裸眼段固井作業時需要仔細控制井底壓力(BHP),如果要將井底壓力安全地保持在適當的壓力窗口內,則必須要考慮流體靜態與動態的影響。

正如控壓鉆井在鉆井期間控制環空壓力一樣,同樣的技術也能運用到固井過程中,通過調節流體性質與流速,來達到所需的井底壓力。通過節流管匯來增加或降低井口回壓,可以減少井底壓力的變化,并將固井過程中溢流或漏失的影響降至最低。

控壓鉆井運用于連續油管作業

運營商在加拿大西北地區的British Columbia省Fort Liard附近鉆了一口小井眼高溫高壓探井,預計在固井過程中需要壓力控制方案。

此井具有窄壓力窗口、復雜的井身結構以及高溫高壓,這些因素都會危及固井的完整性。井下的高溫高壓會顯著改變水泥漿的流變性,增加水泥固化不完全的風險,水泥可能產生縫隙或通道,或是水泥與井眼間膠結不良。因此固井作業耗時更長,而且會增加固井后氣侵的風險。

更復雜的是,此井位置偏遠,物流成本極為高昂。設備、物資與人員必須通過直升機運入井場。油藏的復雜性和油田的偏遠性使得這口探井成為作業者有史以來最貴的井之一,總花費在2800~3800萬美元之間。

作業者求助Weatherford公司,想要其開發一套降低作業成本的固井方案,同時又要保證固井作業的高完整性,并且最大限度減少對油藏的傷害。兩家公司的工程代表共同合作,設計出了一套精確控制固井作業壓力的方案。

因為這是一口小井眼井,團隊決定用連續油管(CT)將水泥漿泵入井底。CT具有多種操作優勢與經濟優勢。由于是連續的管串,因此連續油管省去了常規鉆桿所需的接單根時間;較小的直徑減小了較大外徑鉆桿所造成的抽汲激動效應,從而最大限度減少了對地層的傷害;壁厚薄,可靈活選擇最優泵速,控制循環時的摩擦壓耗。

作業者和服務商選擇使用Microflux自動化控壓鉆井系統來控制連續油管固井作業時的壓力。這套系統能夠實時監測并自動控制井下溢流與漏失,將井控風險降至最低,并提高固井的作業效率??刂葡到y包括保持井眼關閉的旋轉防噴器和調節井筒返出流體流浪的自動節流管匯。安裝在節流管匯上的Coriolis流量計可以測量返出流量,進而及時發現流量的增加或減少。

控壓鉆井設備創建了閉路循環系統,可以在井漏或溢流時為鉆機與井隊人員提供更高的安全性。這套控制系統的自動化功能可通過節流管匯迅速改變井口回壓,從而調整井底壓力,重建井底平衡,同時降低作業風險,并提高作業效率。所有關鍵參數都被實時記錄,并以圖形形式展示在電腦顯示器上。圖1為此作業中涉及的所有設備的的布局流程圖。

CT&MPD聯手K.O.高溫高壓固井作業難題

圖1.結合了連續油管裝置的先進控壓鉆井技術的流程圖

作業程序

團隊運用下述流程使固井作業時井底ECD保持不變。

下入連續油管

打開井口抽汲閥,在下入連續油管前,使用油包水鉆井液來平衡井口關井壓力(SITHP)。當連續油管下入速度為20米/分鐘時,油包水鉆井液循環速度為0.3立方米/分鐘。每500米做一次拉動試驗,當下入到裸眼段后,下入速度降到5米/分鐘,以減小激動效應。當油管頭到達井底時,計算所需水泥體積。

通過連續油管向井筒中替入密度較小的泥漿

在泵入水泥漿前,用1890千克/立方米的泥漿頂替掉井筒中原有密度為2020千克/立方米的壓井泥漿(如圖2)。監測井底ECD,確保其保持在2015千克/立方米。在替入密度較小的泥漿時,泵速由最初的0.27立方米/分鐘逐漸升至最大0.4立方米/分鐘,以補償井眼中環空壓耗與靜液柱壓力的降低。然后施加井口回壓,并逐漸增至4000 kPa,從而保持井底ECD恒定在2015千克/立方米。再進行第二次井底至井口的泥漿循環,來確保固井作業前井筒中沒有氣體。在第二次循環期間,井口回壓保持恒定在4000 kPa。

CT&MPD聯手K.O.高溫高壓固井作業難題

圖2.泵入密度較小的泥漿期間實時監測井底ECD

通過連續油管泵入水泥

在泵入水泥漿前,先泵入3方(19桶)密度為1910千克/立方米的油包水前置液與油包水隔離液。然后泵入6.84方密度為1885千克/立方米的熱水泥漿,用以封固4050~4402米的裸眼段。泵入第一種水泥漿后,以約14.63米/分鐘的速度將連續油管從井眼中起出,然后封固下個裸眼段。

下個裸眼段為3825~4050米,用5.59方第二種熱水泥漿來封固此裸眼段,這種密度為1910千克/立方米的水泥漿比第一種水泥漿密度大一些。

固井過程中,施加井口回壓來保持井底ECD恒定為2015千克/立方米。在泵入第一種水泥漿時,井口回壓從3670kPa逐漸增至3839kPa。因為靜液柱壓力的變化,在泵入第二種水泥漿時,井口回壓從3863kPa逐漸降至3360kPa。最后用油包水隔離液,油包水后置液與密度為1890千克/立方米的隔離液以及油包水泥漿來頂替水泥塞。

水泥頂上部循環與水泥候凝

當水泥塞被頂替入環空中,施加3660 kPa的井口回壓來保持住水泥塞的位置,并維持井底ECD恒定在2015千克/立方米。當隔離液被循環出井筒,井口回壓增至3780 kPa。然后將密度為1890千克/立方米的鉆井液循環8小時作為候凝時間,同時保持3780 kPa的井口回壓,以維持井底ECD恒定在2015千克/立方米。

標記水泥頂

候凝8小時后,硬化的水泥標高為3772米,緩慢的將連續油管從井眼中起出,而連續油管所占體積用密度為1890千克/立方米的油包水泥漿頂替,以防止產生抽汲效應。

結論

通過在高溫高壓井的連續油管固井作業中運用自動控壓鉆井技術,作業者能夠保持恒定的井底壓力。另外,不管連續油管噴嘴深度的變化以及固井時泵入流體密度的變化,還是頂替作業以及起下鉆作業,井底ECD都能保持在2015千克/立方米。此外,實時流量監測消除了井下漏失的風險,并結合恒定的井底壓力降低了損害儲層的可能性。

有沒有采用雙級固井,這項技術還提高了泵速,并減輕了井控問題,縮短了非生產時間。井眼狀況的穩定以及達到預期的水泥封固段長度,都證實了水泥封固的完整性。通過更少使用加重材料與控壓固井技術,不僅降低了作業的總成本,并且沒有影響對井底壓力的控制。通過節流管匯來控制井底壓力還能消除固井時發生欠平衡的風險。最終,在水泥候凝時保持對流量的控制,能夠將發生氣侵的可能性降到最低,還能提高固井質量。

這項控壓固井技術在Fort Liard油田被證明是有價值的。展望未來,這項技術代表了致密地層的高溫高壓井的鉆井與固井有了新的選擇,不會再有成本超支以及井筒完整性被破壞的風險。

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