大庆水平井固完井技术

大庆水平井固完井技术

汇报人：徐明1前言

大庆水平井固完井的关键技术

水平井完井固井工艺技术大庆水平井固井完井情况认识及建议内容2

进入80年代，由于MWD技术的成熟，水平井技术发展很快。目前水平井技术正向大位移水平井、侧钻水平井、分支水平井、径向水平井等特殊工艺水平井的方向发展，以满足地质及采油的要求，为油田的勘探开发发挥更大的作用。一、前言

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“八五”期间，大庆石油管理局与大庆石油学院、北京石油勘探开发研究院共同承担了“低渗透砂岩水平井钻井完井技术”的科技攻关，在油藏工程、钻井工程、测井、固井等方面进行了配套技术研究，完成了树平1井、茂平1、朝平1井和朝平2井4口中曲率半径水平井的现场试验，形成了一套成熟的中曲率半径水平井钻井完井技术。“九五”期间，通过三年的技术攻关，形成了一套51/2套管内侧钻水平井钻井完井技术，大庆油田的侧钻水平井钻井目的是挖潜注水开发后期厚油层顶部的剩余油以及使套损井恢复生产，1997年和1998年分别完成了高160-侧平38井和金侧平6井的施工。一、前言

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2001年，大庆油田公司为了提高外围低丰度油田的动用程度，开始尝试应用水平井技术开发外围薄油藏，水平井技术得到推广应用，从2002年开始到现在共在大庆长垣和外围完成了31口薄油层中曲率半径（阶梯式）水平井，其中长垣内部和过渡带4口井，外围油田21口井（主要是第八采油厂），外围油田的油层有效厚度0.4-1.2米，以单阶梯式水平井为主，有1口双阶梯式和1口波浪式水平井。钻井液使用油基钻井液，完井方法中以套管射孔完井为主，以利于后期的增产改造。大庆水平井钻井技术发展很快，钻进周期明显缩短，尤其是能在0.6-1m薄油层内钻水平段长700m以上的单阶梯式、双阶梯式和波浪式水平井。

一、前言

5通过技术攻关，针对水平井固井完井技术特点，采用完井优化设计、油基泥浆完井保护油层技术、油基泥浆冲洗液提高顶替效率及防窜固井技术降低失水及自由水等完井技术措施，形成了一套较成熟的固井完井技术，有力地保证了水平井的固井质量及单井上产量。

随着钻井技术的发展，水平井和大斜度井已经成为石油勘探开发，增储上产的主要研究方向，提高水平井和大斜度井的完井技术显得尤为重要。一、前言6二、大庆水平井固完井的关键技术

水平井完井固完井技术难点：①为提高油田开发效益（采收率），必须在钻井完井全过程最大限度地保护油气层，因而对完井液及入井水泥浆性能要求严格。②套管下入难度大。与直井眼相比，水平井套管柱摩擦阻力增大，并且增加了附加应力，必须考虑下套管的安全性和保证套（尾）管顺利下入。③

固井质量难保证。影响水平井固井质量的关键问题在于造斜及水平井段套管不居中，使用油基钻井液容易在套管及井壁上形成油膜，致使固井冲洗困难，顶替效率低；在斜井及水平井眼状态下，水泥浆的沉降稳定性和自由水易形成井眼的高边水带而影响层间封隔导致窜槽，影响封固质量。④

应用尾管完井时施工风险较大，如何实现水平井顺利座挂，安全地注水泥和起钻作业非常关键。7二、大庆水平井固完井的关键技术下井后的套管串，在管柱结构和自重、井眼曲率和井斜、井径扩大率等因素作用下，管柱串必然会发生变形，导致不同井深处的套管居中度发生变化。为此，我们将通过管柱串力学模型的建立和理论分析方法对该问题进行研究。（一）应用水平井完井优化设计

1）套管串受力变形分析a.套管串受力变形分析模型

b.套管串受力变形分析的间隙元法

8①选取整体套管串为研究对象，能够考虑扶正器间套管串的相互作用力和变形。②考虑了套管串（包括各种扶正器）与井壁之间的初始间隙和接触摩擦状态，其中接触状态是通过套管串的力平衡由间隙元模拟得到，而不是人为给定。③变形前，套管串轴线的空间结构为一条不同曲率的空间螺旋线，能够更合理地考虑井眼曲率的影响。④通过调整间隙元刚度能够有效地模拟扶正器的线性和非线性刚度。

二、大庆水平井固完井的关键技术a.套管串受力变形分析模型

图1整体套管串力学分析模型示图9二、大庆水平井固完井的关键技术b.套管串受力变形分析的间隙元法

图2间隙元应变和刚度关系图2间隙元应变和刚度关系间隙元迭代计算时的定解式10二、大庆水平井固完井的关键技术2）建立了套管串通过能力评价与居中度分析软件功能和用途

①根据套管串结构、测斜数据、井径和工艺参数，经力学分析可给出任意井深处套管与井壁的接触摩擦状态、轴向力、弯曲应力、内外压力、居中度等结果。②根据整体管串柱力学分析求得的广义内力和接触摩擦状态，可以求得管串柱的摩阻力、累计摩阻力和轴向力分布状态，完成管串柱摩阻力分析与评价，并进一步计算管串柱本体应力，从而完成井下管串柱本体的强度评价。③根据求得的套管居中度和测得的胶接指数，可以建立不同油田套管串居中度与胶接指数关系数据库。利用套管居中度与胶接指数关系数据库，根据求得的套管串居中度，可以模拟预测出待固井的胶接指数。④根据套管串与井壁的接触状态，可以确定出弹性扶正器、刚性扶正器的合理安放位置。⑤所有计算结果都可以进行文件输出和图形输出，在图形输出中可以查询任意井深处计算结果，也可以已打印或文件方式输出。11序号井名水平段居中度(%)备注1肇46-平3416.3-82.5每20m交替安放1个弹性或刚性扶正器。扶正器处居中度可达80%以上，局部点可达93.2%；两扶正器间套管居中度由两侧向中间依次降低，至中点居中度最小，其值达15.4%以上。2肇57-平3315.4-82.43肇57-平3515.4-82.54肇60-平3315.4-81.55州62-平6116.3-82.56州64-平7215.4-82.57州66-平6115.7-82.58台70平8816.3-85.58口阶梯水平井中扶正器安放位置设计时的居中度分布结果12二、大庆水平井固完井的关键技术

①油层钻井使用油包水钻井液油基钻井液体系的油水比一般为75/25—80/20，其性能特点是失水量小，泥饼薄，对油层损害程度小。经室内试验证明，使用油基钻井液在模拟地下情况条件下对岩芯进行浸泡，浸泡后的岩芯渗透率下降在10%以内，而在同样条件下使用水基钻井液，岩芯渗透率则下降40%以上。从钻开油层到固井,油层的浸泡时间为600小时以上，钻井液的侵入深度仅约为1.50cm，射孔完全可以穿透，达到了保护产层的目的。大庆油田水平井完井时均使用了油基钻井液，较好地起到了保护油层效果。（二）采用钻井完井油层保护技术油层保护措施13二、大庆水平井固完井的关键技术

②油层固井使用防渗水泥浆体系水平井的固井水泥浆方案继承了原有的非渗透水泥浆体系并有所发展。水泥浆配方从第一阶段的DIC水泥发展到使用DSHJ降失水泥浆体系，这种水泥浆体系实现了低失水，零自由水效果，水泥浆体系稳定，减少了水泥浆滤液向地层渗透，更有利于完井固井阶段油层保护。（二）

采用钻井完井油层保护技术油层保护措施14二、大庆水平井固完井的关键技术

③防止在水平井射孔时污染油层一是应用降液面和合理设计起爆器工作压力等方法来实现。负压射孔是保护油层的重要措施,可以利用射孔。负压射孔瞬间产生的负压冲击回流冲洗由于钻井、固井及射孔过程中对油层造成的污染，避免了压井液对油层的可能损害，改善孔眼周围地层渗流情况。二是应用射孔保护液。根据油层地质情况及储层物性，优选出了射孔保护液。它可抑制粘土的水化膨胀分散和微粒的运移，起到稳定粘土的作用。下入射孔管柱之前,采取工艺措施，替入射孔保护液至设计深度，然后气举出保护液之上的压井液。使射孔枪对准射孔井段后，环空加入射孔保护液至设计深度(达到起瀑器起爆压力),起爆射孔枪。压裂前的射孔液同时还做为压裂施工等前置液进入地层，使油层得到保护。（二）采用钻井完井油层保护技术油层保护措施15二、大庆水平井固完井的关键技术

YJC冲洗液针对油包水钻井液的特点,通过界面吸附，表面活性剂成分与油基钻井液发生润湿、分散、乳化、增溶等一系列物理化学效应,通过界面吸附再配合紊流顶替清洗，使套管壁与井壁油浆与油膜清除干净，提高双界面与水泥面的胶结质量见到较好效果。

（三）

开发应用油膜冲洗技术

方案60030020010063冲洗液（S）42.51.50.80.10泥浆（M）1338654291311水泥浆（C）11869452587M:S95:5116784626119M:S75:259463291897M:S50:507243321786C:S95:58847291676C:S75:253926161132C:S50:5021128521M:S:C139986138129相容性实验16二、大庆水平井固完井的关键技术为解决斜井及水平井段水泥浆析水上窜影响固井质量问题。在水平固井时降失水剂DSHJ主要采用湿混的方式配制，这样增大了水泥浆体系的均匀性和稳定性，当水泥浆失水时会发生交联反应成膜，从而达到严格控制水泥浆体系的稳定性、失水和自由水的目的

（四）

发展和推广应用水平井防窜固井技术

井段(m)1500-18001800-2478水泥浆配方嘉华G+6.5%DSHJ+缓凝剂嘉华G+6.5%DSHJ密度(g/cm3)1.901.90流动度（cm）2625造浆率(m3/t)0.750.75需水量(L/kg)0.440.44稠化时间,65℃×31.7MPamin17595滤失量,65℃×7MPa×30minml1922自由水ml00初始稠度,65℃×31.7MPaBc101148h抗压强度80℃×常压（MPa）2830柳102-平1井水泥浆的性能指标表

17三、水平井完井固井工艺技术

针对水平井技术难点开展了完井方法与保证固井质量措施的研究，为了满足不污染低渗透砂岩油藏和压裂改造增产措施实施的需要，均采用固井完井方式。

①保证油层套（尾）管顺利下入一是井眼条件满足设计要求。完钻后认真通井，充分循环钻井液，确保井眼干净畅通。二是认真做好入井套管、附件及钻具检查、丈量和通径。计算好入井尾管和钻具的理论重量和悬重。三是按设计套管程序下入套管（尾管），下入速度均匀，缓慢，每根立柱时间控制在1.5--2.5min，每下20根灌一次钻井液。套管串螺纹按规定扭矩上紧。按照设计顺序和实际井眼卡放套管扶正器。四是完井泥浆采用油包水钻井液或混入原（柴）油的钻井液。使用的油包水乳化钻井液的润滑系数小,只有0.08(水0.33、柴油0.07),泥饼摩阻系数为0。经计算得钻具悬重附加值仅为10%。在水平段钻井施工,起下钻均很顺利,电测、下套管、回井均一次成功。也可在水平井段注入粒径为0.3mm塑料小球来增加泥浆润滑性能，减小套管下入摩阻。技术措施18三、水平井完井固井工艺技术

技术措施

②固井前的井眼清洗及泥浆性能调整为了确保井眼清洁畅通，固井前充分循环，注水泥前的泥浆循环周期不低于2周，达到进出口的泥浆密度相等为止。循环排量应尽量使钻井液达到紊流状态，以便清除各种固相颗粒沉积。但同时也要注意防漏。19三、水平井完井固井工艺技术

技术措施

③保证套管居中

利用优化方法，对套管在实际井眼轨迹中居中情况进行设计，计算不同井深处套管扶正器的卡放位置和间距，保证套管居中度达67%以上要求。④使用清水顶替措施利用套管飘浮技术原理，采用清水做顶替液的优点在于能够降低管内液体重量，有利于水平井段套管居中，同时也有利于后期完井作业过程中的油层保护。20三、水平井完井固井工艺技术

技术措施

⑤使用低密度前导水泥浆，提高固井顶替效率

低密度前导水泥浆（密度1.75—1.80g/cm3）具有较好紊流效应，对提高水平井冲洗效果，提高环空顶替效率具有重要作用，而且这种密度的水泥浆形成的水泥石强度仍能达到规定要求。同时也可提高水平段的压稳程度。

⑥水平井尾管座挂技术

水平井使用尾管完井，与常规直井尾管完井固井相比，水平井完井的尾管管串结构较为复杂，其主要原因是铜球在水平井段行进困难，影响尾管座挂。因此，在设计水平井尾管管串结构设计时，在尾管悬器下端加放了一只送球短节，保证了水平井尾管一次座挂成功。21四、大庆水平井固井完井情况大庆水平井固井施工一次成功，固井质量均达合格标准。从单井产能看，试油后单井产量均达到同井区直井的3~5倍以上，实现了水平井预期开发效果

序号井号完成日期完钻井深（m）油藏类型最大水平位移（m）水平段长(m)完井方式固井质量1树平11991.9.162388.88低渗透698.77309.99射孔优质2茂平11994.7.112033.88低渗透917.66577.2尾管优质3朝平11995.5.232196.28低渗透1070.83809.76尾管优质4朝平21995.9.21930.23低渗透986.32710.23尾管优质5肇55-平462002.6.182188薄油层\低渗透838.16620射孔合格6州62-平612002.11.192172薄油层\低渗透853.32614射孔合格7杏5-4-平丙0922003.11.191983低渗透931.96693射孔合格8肇57-平352003.10.182241薄油层\低渗透948.64741射孔合格9杏8-4-L5032003.9.301846.95低渗透777.68509.35射孔合格10喇8-L182003.7.221498底水610.28400射孔合格11肇57-平332003.9.212241薄油层\低渗透957.06737射孔合格12肇60-平332003.6.262231薄油层\低渗透960.99711.3射孔合格13州66-平612003.5.172236薄油层\低渗透934.09705.7射孔合格14州64-平722003.12.12243薄油层\低渗透961.31723射孔合格15南1-2-平252004.6.