渝东地区常压页岩气水平井充氮泡沫水泥浆固井技术

匡立新 陶谦

匡立新, 陶谦. 渝东地区常压页岩气水平井充氮泡沫水泥浆固井技术[J]. 石油钻探技术, 2022, 50(3): 39-45. doi: 10.11911/syztjs.2021103
引用本文: 匡立新, 陶谦. 渝东地区常压页岩气水平井充氮泡沫水泥浆固井技术[J]. 石油钻探技术, 2022, 50(3): 39-45. doi: 10.11911/syztjs.2021103
KUANG Lixin, TAO Qian. Cementing Technology Using a Nitrogen-Filled Foamed Cement Slurry for Horizontal Shale Gas Wells in the Eastern Chongqing Area[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2022, 50(3): 39-45. doi: 10.11911/syztjs.2021103
Citation: KUANG Lixin, TAO Qian. Cementing Technology Using a Nitrogen-Filled Foamed Cement Slurry for Horizontal Shale Gas Wells in the Eastern Chongqing Area[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2022, 50(3): 39-45. doi: 10.11911/syztjs.2021103

渝东地区常压页岩气水平井充氮泡沫水泥浆固井技术

doi: 10.11911/syztjs.2021103
基金项目: 国家科技重大专项“彭水地区常压钻井及高效压裂工程工艺优化技术”(编号:2015ZX05069-002)资助
详细信息
    作者简介:

    匡立新(1966—),男,江苏扬州人,1989年毕业于江汉石油学院钻井专业,2009年获中国地质大学(武汉)钻井工程专业博士学位,高级工程师,主要从事石油工程技术管理和研究工作。E-mail:frankkuang1966@163.com

  • 中图分类号: TE256

Cementing Technology Using a Nitrogen-Filled Foamed Cement Slurry for Horizontal Shale Gas Wells in the Eastern Chongqing Area

  • 摘要: 为了解决渝东地区常压页岩气水平井用生产套管固井时易漏及分段压裂后环空带压的技术难点,研究了机械充氮泡沫水泥浆固井技术。通过优选发泡剂、稳泡剂,设计了泡沫低密度水泥浆;基于高压气体状态方程,进行了泡沫水泥浆全过程平衡压力及浆柱结构设计,建立了井筒压力条件下的泡沫水泥浆密度计算模型,形成了机械充氮泡沫水泥浆固井技术。泡沫低密度水泥浆的密度调整范围为0.80~1.55 kg/L,水泥浆中泡沫的半衰周期为33.8 h,泡沫水泥石的弹性模量为4.6 GPa。泡沫水泥石在循环载荷测试条件下的残余应变为0.21%,具有良好的力学性能;采用全过程平衡压力固井技术和分段注气泡沫低密度水泥浆注结构设计方法,能满足固井防漏要求。渝东地区20口常压页岩气水平井应用了机械充氮泡沫水泥浆固井技术,固井过程中未发生漏失,固井质量优良率100%,且压裂后未出现环空带压现象。研究和现场应用表明,采用机械充氮泡沫水泥浆固井技术可以解决渝东地区常压页岩气水平井生产套管固井时的漏失问题,且泡沫水泥石具有良好的弹性变形性能,能够防止压裂后环空带压。
  • 图  1  平桥南区块龙马溪组页岩微观裂缝

    Figure  1.  Shale microfractures in Longmaxi Formation of Pingqiaonan Block

    图  2  泡沫水泥石的微观结构

    Figure  2.  Microstructure of foamed cement pastes

    图  3  连续加载条件下不同水泥石的弹性模量

    Figure  3.  Elastic modulus of different cement pastes under continuous loading

    图  4  循环载荷下泡沫水泥石的应力–应变曲线

    Figure  4.  Stress-strain curve of foamed cement paste under cyclic loading

    图  5  机械充氮泡沫水泥浆固井设备连接示意

    Figure  5.  Equipment connection for cementing of mechanical nitrogen-filled foamed cement slurry

    图  6  注替过程中的动态压力监测结果

    Figure  6.  Dynamic pressure monitoring results during injection and displacement

    图  7  焦页207-1HF井超低密度泡沫水泥浆封固井段的固井质量

    Figure  7.  Cementing quality of the cementing section in Well Jiaoye 207-1HF with ultra-low density foamed cement slurry

    表  1  发泡剂和稳泡剂加量优化

    Table  1.   Dosage optimization of foaming agents and foam stabilizers

    发泡剂种类发泡剂加量,%稳泡剂种类稳泡剂加量,%半衰期/h静切力/Pa
    93 ℃110 ℃
    蛋白质发泡剂1.0高分子稳泡剂0.64.21.63
    2.01.018.69.15
    高分子发泡剂1.0高温稳泡剂0.612.510.96
    2.00.636.533.813
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    表  2  泡沫水泥浆的流变参数

    Table  2.   Rheological properties of foamed cement slurry

    配方黏度计读数nK/(Pa·sn)
    Φ600Φ300Φ200Φ100Φ6Φ3
    1 >30025519012115100.711.51
    2 232120 95 5610 70.651.14
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    表  3  渝东地区常压页岩气水平井固井防漏防窜浆柱结构设计

    Table  3.   Slurry column structure design for leakage and channeling prevention of cementing in horizontal shale gas wells under ordinary pressure in the eastern Chongqing area

    序号浆体密度/(kg·L−1井筒位置
    1钻井液1.30~1.35 0~400 m
    2低密度泡沫水泥浆1.25~1.32 400~1 500 m
    3低密度泡沫水泥浆1.32~1.37 1 500 m至技术套管鞋以浅300 m
    4弹韧性水泥浆1.88~1.90 技术套管鞋以浅300 m至技术套管鞋以深100 m
    5泡沫水泥浆1.55~1.60 技术套管鞋以深100 m
    A靶点
    6弹韧性水泥浆1.88~1.90 A靶点以深地层
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    表  4  焦页207-1HF井机械充氮泡沫水泥浆注气参数设计

    Table  4.   Parameter design of gas injection for mechanical nitrogen-filled foam cement slurry in Well Jiaoye 207-1HF

    段序井深/m水泥浆排量/
    (m3·min−1
    水泥浆用量/
    m3
    氮气与水泥浆体积比氮气排量/
    (m3·min−1
    水泥浆井下密度/
    (kg·L−1
    10~4001.35(钻井液)
    2400~15001.212.8065.078.01.30(平均)
    31500~21001.010.5083.083.01.32
    2100~29000.814.50106.385.01.37
    43000~41001.324.2067.087.11.60
    54100~59661.452.24 1.88
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-15
  • 修回日期:  2021-12-26
  • 网络出版日期:  2022-05-23
  • 刊出日期:  2022-05-31

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