全过程欠平衡钻井技术-3冻胶阀

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1、中国石油西部钻探 钻井工程技术研究院,冻胶阀欠平衡完井技术,1、冻胶阀技术的提出 2、冻胶阀的性能及特点 3、冻胶阀的现场工艺 4、应用实例介绍 5、总结,2,2005年，原吐哈油田“吐哈钻采工艺研究院”在吐哈油田红台地区开展氮气钻井试验，为了实现全过程欠平衡氮气钻井、完井，在设备和工艺上使用了不压井起下钻装置和威德福公司井下套管阀，在应用中发现并不可靠（红台2-17井威德福套管阀失效），而且价格昂贵。 为此，从2005年开始，尝试研究一套可靠性高、操作性强、成本适中的欠平衡钻完井技术，至2010年基本定型并开始推广专门用于欠平衡完井的冻胶阀技术。,1、冻胶阀技术的提出,3,通过红台地区3井次

2、的氮气钻井现场试验，发现要实现全过程欠平衡钻井和完井的确存在相当大的难度。因为实现在钻进、起下钻、完井各个环节中全过程的欠平衡状态，就必须有一套可靠、实用的井下工具和配套工艺。而单纯地解决完井过程中欠平衡的问题相对容易实现，而且完井也是体现欠平衡钻井效果的一个关键环节。,首次提出“冻胶阀”欠平衡完井的技术思路。,尝试研究阶段（20052008年）,4,技术思路： 在井筒中某一井段注入冻胶，利用冻胶的高粘度与井壁/套管壁之间的摩阻，形成冻胶塞,阻隔油气上窜，可形成静态或动态平衡，然后可安全下入完井管柱（如筛管）、拆装井口、下油管等作业，最后通过自破胶或人工破胶将冻胶返排出井筒，最终实现欠平衡完井

3、。,尝试研究阶段（20052008年）,5,研究方案： 方案一：低摩阻冻胶阀研究 冻胶阀+泥浆液柱压力平衡地层压力。,低摩阻冻胶阀配方基本性能： 基液粘度：100 150mPa.s； 冻胶粘度：16104mPa.s； 成胶时间：30s 180s； 冻胶摩阻：0.20.5MPa/100m； 破胶时间：025天可调； 破胶后的粘度：5mPa.s；,尝试研究阶段（20052008年）,6,2007年鸭940井是国内第一口利用冻胶阀完井的氮气欠平衡试验井。该井完井后直接投产，产量是邻井的2.54.9倍，是鸭儿峡油田平均产量的3倍，是鸭儿峡油田90年代以后未经改造产量最高的井。,尝试研究阶段（20052

4、008年）,7,继鸭940井之后，又进行了青西2-10、牛东8-12等3井次的冻胶阀现场试验，均取得了良好的效果，也充分肯定了冻胶阀完井的可行性，初步形成了一套适合低压低渗储层的低摩阻冻胶阀配方和完井技术。,尝试研究阶段（20052008年）,8,低摩阻冻胶阀在低压低渗储层欠平衡 完井中体现了良好的效果，但在高压低渗 储层中效果不太理想。 研究方案： 方案二：高摩阻冻胶阀研究冻胶阀对管柱的粘附力平衡地层压力,高摩阻冻胶阀配方基本性能： 基液粘度：200300mPa.s； 冻胶粘度：1525104mPa.s； 成胶时间：50min10h； 冻胶摩阻：6.5-7.5MPa/100m； 破胶时间：0

5、-25天可调； 破胶后的粘度：5mPa.s。,尝试研究阶段（20052008年）,9,完善拓展阶段（20092010年）,2009年DXHW141井是克拉玛依油田的一口高压气藏水平井，储层压力系数为1.33，完钻井深4473.5m。 完钻后在2700-3000米井段注入冻胶完井，进行起钻、拆井口、装采油四通、下油管、装采油树作业过程中无溢流、气串现象，至投产时共13天时间井口套压、油压为0。 该井冻胶阀的成功应用，标志着高摩阻冻胶阀在高压油气层中可以实现平衡地层压力，从而实现欠平衡完井的目的。,10,继DXHW141井之后，又在吐哈地区相继进行了柯21-2等2井次的高摩阻冻胶阀现场试验，均取得

6、了良好的效果。表明已经初步形成了一套适合于高压低渗储层的高摩阻冻胶阀配方和完井技术。,完善拓展阶段（20092010年）,11,推广应用阶段（2011年开始）,冻胶阀欠平衡完井技术通过现场试验表明，冻胶阀具有操作性强、可靠性高、成本适中、储层伤害性小等明显优势。 低摩阻冻胶阀技术已经成熟，推广应用7井次。 高摩阻冻胶阀技术初步成功，开展试验2井次。 冻胶阀技术主要用于欠平衡完井，现在正在向修井、堵漏等作业中拓展。,12,研发形成两套冻胶阀配方体系,号配方性能： 基液粘度：100150mPa.s 冻胶粘度：16104mPa.s； 成胶时间：30s180s； 冻胶摩阻：0.20.5MPa/100m

7、； 破胶时间：025天，2080 破胶后的粘度：5mPa.s。,号配方性能： 基液粘度：200300mPa.s； 冻胶粘度：1525104mPa.s； 成胶时间：50min10h； 冻胶摩阻：8-24MPa/100m； 破胶时间：40-80，4-5h; 破胶后的粘度：150mPa.s。,号配方,号配方,2、冻胶阀的性能及特点,冻胶阀配方组成：主剂+交联剂+酸碱调节剂+增粘剂+稳定剂,13,建立了冻胶阀实验装置和实验室,冻胶阀实验装置特点：可模拟地层条件，实时监测冻胶阀在井筒中的实际形态。,14,冻胶阀的承压能力要求25MPa，在25MPa的压差条件下不进入渗透率300毫达西的岩芯，同时在25M

8、Pa压差条件下在套管中不移动。,冻胶阀性能测试技术耐压性评价,冻胶的耐压性、强度测定装置,15,冻胶阀形成后，要求具备一定强度和密封性。通过实验表明冻胶的强度可达60000mpa.s;300m长的冻胶对气体的密封压差可以达36MPa。,冻胶阀性能测试技术强度、密封性检验,主剂浓度与成胶后强度关系 密封性与冻胶长度关系,16,冻胶阀性能测试技术稳定性评价,将GBC冻胶配方18号形成冻胶之后，模拟地层条件，将其置于90的恒温室中，观察24小时、48小时、72小时后各个配方的变化情况。,17,冻胶阀性能测试技术成胶、破胶时间评价,成胶时间主要是由交联剂的含量控制，在20100的情况下，成胶时间在30

9、s180s；破胶时间025天。,5mpa.s,破胶时间与破胶剂浓度关系,25天,18,用冻胶阀进行岩心流动实验，当压力上升至25MPa时,冻胶阀未被挤入岩心内。,冻胶阀性能测试技术储层伤害性评价,将岩芯剖开,在电子显微镜下放大不同倍数观察，在岩芯的孔隙中没有冻胶及颗粒。,19,取上述做岩芯流动实验的岩芯3筒，测其渗透率，然后将其放入冻胶残液中侵泡，再测定其渗透率，并与初始渗透率比较，评价破胶后对储层伤害性。,冻胶阀破胶后残液对储层的伤害性评价,冻胶阀性能测试技术储层伤害性评价,20,研发了冻胶阀完井特殊工具,根据冻胶阀施工需求研制了特殊引鞋、特殊筛管、管线搅拌器等新产品新工具。,特殊引鞋： 降

10、低抽吸、防止活塞效应。 特殊筛管： 保证冻胶快速返出。 管线搅拌器： 保证基液与交联剂混合均匀，确保成胶质量。,50mm,21,3、冻胶阀的现场工艺,冻胶阀施工工艺技术施工方式选择,根据实测地层压力，按照压力级别确定冻胶阀施工方式。,22,低压地层,高压地层,各类高、低压地层,23,当地层压力系数大于1.0时：P地=油gh油+ 胶gh胶+ 浆gh浆+P耐压 当地层压力系数小于1.0时：P地=油gh油+ 胶gh胶+ P耐压 冻胶体积： Q胶= r2*h胶,冻胶阀施工工艺技术冻胶阀位置和液量设计,24,基液配制：在配液罐中根据设计用量依次加入主剂、酸碱调节剂、杀菌剂等循环均匀，老化4小时配置基液。

11、 交联剂配制：在固井水泥车混浆池中配置交联剂，循环均匀。,配液罐,固井水泥车,冻胶阀施工工艺技术配液方式,25,用两台固井车将基液和交联剂按照设定的速度注入到预定位置。,冻胶阀施工工艺技术注入工艺,26,冻胶阀返排工艺技术,采用正循环注入氮气返排胶塞，若注氮气不能完成胶塞返排，注氮气前先加适量破胶剂进行破胶返排，也可控制胶塞的破胶时间来强化其效果。,27,冻胶阀技术在国内共试验10井次;水平井堵水作业试验1井次。,鸭940、牛东8-12等井属低压油气藏，施工方式设计为单一低摩阻冻胶阀施工；Q2-10井地层压力较高,采用冻胶阀+泥浆的方式，而柯21-2采用高摩阻冻胶阀施工。,4、应用实例介绍,2

12、8,冻胶阀完井应用实例牛东89-912,基本情况：设计井深1710m，油层顶部：1476m，油层底部：1668m；完钻后采用冻胶阀完井。,29,设计要点： 冻胶阀长度：300m 冻胶阀底部位置：井深800m处 冻胶阀体积：6m3 顶替量：3.2m3 返排方式：氮气正循环返排,冻胶阀完井应用实例牛东89-912,30,欠平衡钻进：,欠平衡钻进参数表,冻胶阀完井应用实例牛东89-912,31,通井至1700m，氮气排量40m3/min，泥浆排量0.72m3/min，循环2小时。上提管脚至800m。,该井地层压力为11MPa,压力系数为0.65，静液面深度约920m。,通井循环：,冻胶阀完井应用实例

13、牛东89-912,32,水泥车两台、配套管线、管线搅拌器、特殊工具。,施工作业：,冻胶阀完井应用实例牛东89-912,33,注入排量(600L/min)/ (120 L/min)，注入压力0.3-0.8MPa。,施工作业：,注基液施工曲线,注交联剂施工曲线,注顶替液施工曲线,冻胶阀完井应用实例牛东89-912,34,下筛管过程中严格控制下钻速度，下完筛管后投球、打压、坐封，起钻下入油管，整个下筛管、油管作业中没有发生油气外溢现象。,下筛管、油管：,悬重变化曲线,压力计读数变化曲线,冻胶阀完井应用实例牛东89-912,35,利用制氮车环空注气，反循环气举返排。,气举返排：,返排过程记录表,冻胶阀

14、完井应用实例牛东89-912,36,气举返排：,冻胶阀完井应用实例牛东89-912,37,冻胶阀完井应用实例马207,完钻井深795m，地层压力5.6MPa，压力系数0.7，两次冻胶阀作业。 第一次保证下筛管施工安全、保护油气层，打冻胶100m。 第二次是防止拆井口、吊装井口时油气逸出。打冻胶100m。 注完冻胶后进行起钻、下筛管作业过程中，没有发生外溢现象。,38,完井后日产原油13.47方/天，较邻井产量提高了3-5倍。,冻胶阀完井应用实例马207,39,冻胶阀完井应用实例柯21-2,设计要点： 冻胶阀长度：300m 冻胶阀底部位置：3000m 冻胶阀体积：6m3 顶替量：10.08m3

15、破胶返排：注破胶剂与氮气正循环返排,40,注完冻胶后，下筛管、更换井口、下油管、装采气树时井口无气窜无溢流，保证安全顺利实现欠平衡完井。 完井后气举诱喷，点火处火焰一直未熄灭，火焰高达1015m，投产后产气5万方/天，较邻井产量提高5-8倍。,破胶返排后的冻胶阀残液,气举诱喷投产成功,冻胶阀完井应用实例柯21-2,施工作业：,41,冻胶阀欠平衡完井技术已在现场应用10井次，应用效果表现优异，得到了甲方的一致好评。在现场施工中不仅操作简单、成功率高，极大地提高了欠平衡完井技术的可适用性，而且缩短了钻井周期、安全性好、降低了钻井成本，大幅度提升了单井经济效益。 随着深井复杂地层的不断勘探开发，全过程欠平衡钻井技术作为一种有效的技术手段也面临更广泛的需求，相信在不久的将来冻胶阀完井技术的使用范围也必将越来越广。,5、总结,42,本部分结束 谢谢,