第十一章 高温高压及酸性天然气井固井技术

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1、第十一章高温高压及酸性天然气井固井技术高温高压及酸性天然气井固井面临的主要难点是高温高压和高含酸性气体带来的质量、安全和环保风险，其在固井工作中的具体反映就是固井后出现环空气窜和井口带压现象。环空气窜和井口带压不仅使优快钻井的技术成果损失殆尽，在含有酸性气体的情况下还将进一步引起安全和环保问题，导致勘探开发投资报废，带来巨大经济损失。提高天然气井的固井质量是阻止和延缓井口带压的基础，对于提高勘探效益具有重要意义。通过三年技术攻关，针对高温高压及酸性天然气井的具体条件研发了纤维—胶乳—微膨胀水泥浆体系、抗高温(180°C)水

2、泥浆体系、低密度低渗透率高强度水泥浆体系，同时完善地面施工装备并研究应用了新型尾管悬挂器和套管外封隔器，配套形成了天然气井固井准备技术、双凝水泥浆固井技术、干井筒固井技术、环空加压候凝技术、正注反挤固井技术。从固井材料、工具设备和施工工艺三个方面促进了固井质量的稳步提高，井口带压问题得到有效缓解。第一节固井技术难点高温高压及酸性天然气井固井技术难点主要包括五个方面：1、安全密度窗口小准确的地层漏失压力评估是确定安全的下套管速度和合理设计固井水泥浆密度及施工工艺参数的基础。塔里木山前、川渝地区和松辽盆地均存在安全密度窗口小的

3、固井难点，给固井设计和施工带来了极大的困难。以龙岗地区为例。该地区的区域地应力状况主要受走滑断层控制（图11-1），主力产层裂缝发育。这一地质特征决定了在钻井阶段极易出现反复的漏失和井涌等复杂，最终使得固井前的安全密度窗口基本消失。同时，由于井下漏失提高了近井地带的地层孔隙压力从而使得漏失压力相应提高，因此同一构造、同一区块的单井压力预测结果往往也差距很大。在这种条件下，钻前压力预测结果一般不能直接用于固井设计。2、缝洞性地层漏失缝洞性地层漏失也是塔里木山前、川渝地区和松辽盆地共有的固井难题。钻遇缝洞性地层（图11-2）时

4、，一般均有不同程度的漏失发生。从弹塑性力学的观点来看，一般认为缝洞性地层的漏失机理是岩石在应力作用下发生变形所致。在钻井液液柱压力作用下，岩石中的孔隙弹性收缩使得微裂缝受到拉伸作用而张开形成井下漏失。漏失使得作用在岩石上的有效应力减小，地层孔隙度得到恢复，裂缝中的天然气和侵入其中的钻井液一起进入井筒形成气侵。这一过程反复进行，造成漏失和井涌交替出现，最终安全密度窗口消失殆尽。当地层孔隙度较大和微裂缝数量在一定范围内时，漏失和气侵最为严重。更多的裂缝数量或较大的裂缝使得单位容积内的孔隙总体积相对减少，漏失和气侵程度反而较低。

5、也正是这一原因，对漏失起主要作用的往往是微裂缝，大裂缝因方解石充填以及总的孔隙体积相对较小反而容易封堵。缝洞性地层的失效过程与较为均质的疏松砂岩地层不同，主要是原有裂缝不断扩展连通而很少有新的裂缝出现，这一失效过程决定了堵漏的难度，措施不当就可能小漏堵成大漏。3、固井后的长期气窜塔里木山前、川渝地区和松辽盆地均不同程度的存在固井后的长期气窜即井口带压问题。高压天然气井的井口带压问题在本质上是天然气通过水泥石基体和水泥胶结面向井口渗流的过程，有文献认为高压天然气井投产15年以后有50%的可能性出现井口带压现象。川渝地区的个别

6、井完井1~2年后即出现井口压力，克拉2气田17口井均存在井口带压现象，可能的原因是第二界面水泥胶结不良以及水泥环损坏加快了气体的渗流速度。4、地层流体中富含酸性气体川渝地区和松辽盆地的储层中均富含酸性气体。酸性气体会引起水泥环和管柱损坏，加速井口带压现象出现的时间，同时会进一步引起安全和环保问题。以松辽盆地为例。长深1区块的CO2含量最高接近30%，徐家围子的CO2含量最高超过45%。CO2主要在三个方面影响固井质量：钻井液气侵后引起钻井液滤饼质量变差，实现第二界面胶结的难度提高；含CO2的天然气通过水泥环渗流并发生腐蚀作

7、用使得水泥环渗透率增加，诱发长期气窜；CO2进一步腐蚀管柱造成天然气井报废。表11-1长深1区块天然气组分分析数据表层位层号井深m甲烷%乙烷%丙烷%正丁烷%氮气%二氧化碳%氦%相对密度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大庆徐家围子天然气组分分析数据表井号

8、相对密度甲烷%乙烷%丙烷%正丁烷%异丁烷%氮气%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