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盐侵猛如虎?SaltShield自带固井神特效

盐侵猛如虎?SaltShield自带固井神特效

盐层对于固井和钻井作业来说,无疑是一道技术大关。Halliburton推出的SaltShield固井水泥浆体系,将软件和固井体系相结合,可有效解决盐层钻井固井难题。

来自 | Halliburton
编译 | 姚园

盐层有滨海相和内陆相盐湖沉积两种成岩环境,基本物质以氯化钠为主,也含有其他复合盐类,如:氯化钙、氯化钾、芒硝等,其在构造应力、上覆岩石压力、温度、倾角、厚度等因素作用下会发生溶解、蠕变、滑移或塑性流动,对套管产生相当大的外挤载荷,会导致套管挤扁、弯曲、变形甚至错断。因此,这类盐层给钻井或固井操作带来了严峻的技术挑战,甚至成为了增加单井生命周期中的“痼疾”。

在钻井或固井作业过程中,矿物盐溶解会影响泥浆性能甚至造成套管挤毁,这无疑会增加运营商的经营成本并增加非生产时间,甚至会导致难以预料的施工事故,使作业成本额外增加几千到数百万美元,这种情况对于深水盐下油气藏开发领域尤其是巨大的技术挑战。

在盐层钻井作业时,固井水泥浆体系除要满足正常施工所需的稠化时间、失水控制和抗压强度要求外,还要充分考虑到泥浆体系的沉降稳定性和流动性。矿物盐溶解会造成水泥浆凝固、流动性变差、稠化时间缩短等问题,严重影响顶替效率,进而影响固井质量。

哈里伯顿针对上述技术难题推出了SaltShield固井水泥浆体系,该技术将一套先进的决策建模软件和一套先进的固井系统结合在一起,能够有效解决岩溶层钻进问题。

盐层固井建模工具

WellLife是哈里伯顿公司研发出的高端有限元分析软件,该软件不仅可以建模研究单井生命周期内(钻井、试井、完井及生产阶段)压力与温度变化对水泥环周期应力变化的影响,还可以研究盐层对水泥浆固井体系的动态影响。

盐层拉力或挤压力的变化会导致水泥环所受载荷发生变化,哈里伯顿的WellLife 能够对这种情形进行了建模研究。固井失效建模包括几个方向:套管挤毁引起的居中度较差;盐层在钻井过程中的缩径、井壁垮塌;水泥环和盐层间形成的径向裂纹;盐层塑性流动对水泥环形成的剪切破坏。

WellLife通过建模研究井深结构、地层物性以及单井长期井况来预测水泥环的稳固性,此外,软件通过模型分析能够得出水泥环在井下复杂应力环境下所必需的热学特性与机械性能,模型中所考虑的系列特性参数包括杨氏模量、泊松比、体积收缩率、热膨胀、抗压强度、抗拉强度、热导率和比热。

软件会以直方图的形式表示固井水泥浆体系所能承受的井下应力状态,同时也会显示水泥环发生应力失效前所能承受的应力余量。当水泥环失效风险较高时,WellLife软件相关模块就会针对水泥浆体系的系列参量给出调整值,从而增加水泥环体系强度、降低失效风险。

盐层固井泥浆体系

SaltShield能够适应一般岩盐环境和“侵略性”很强的光卤石、溢晶石环境。强侵略性的矿物盐一般都含有氯化镁组分,该成分在溶液中的移动速度比氯化钠要快100倍以上并可与水泥浆发生化学反应,影响泥浆体系的使用性能。该体系可以在盐层段达到很高的顶替效率,快速稳固井筒,抗压强度的快速变化使水泥浆侯凝时间最小化,膨胀性还能削弱盐层蠕变的消极影响。现场实践表明,SaltShield体系可以帮助运营商有效缩短非生产时间并降低盐层钻完井等施工环节的作业费用。

盐层的塑性流动对井筒完整性是巨大的威胁,会对水泥环、套管造成破坏。SaltShield体系可使地层应力载荷分布更加均匀,从而防止发生套管变形或挤毁等作业事故。该体系在泥浆流动阶段(泵送顶替)和固化阶段(水泥环形态)都有着独特的属性,例如,即便在盐侵比例达到了12%的情况下,水泥浆体系流变学性能适应性微小变化也有助于有效提高顶替效率。

一旦停止泵送,该体系抗压强度就会迅速提高,从而有效承受盐层蠕变载荷,在SaltShield 的设计过程中会严格控制一些参量,其中包括失水量、水化过程中体积损失、抗压及抗拉强度、弹塑性等,从而使其能适应岩盐地层,避免失效事故发生。即便井下体系盐侵比例达到12%,水泥浆稠化时间也不会受到影响,最初与最终的抗拉、抗压强度也都可以满足固井施工要求,从而保障该体系可以迅速稳固套管与盐层,在套管与地层之间形成一个完整的水泥环,使套管负荷均布,消除点载荷与不均匀载荷对套管的损坏。

传统型水泥浆体系在水化过程中会发生体积收缩,进而造成对套管的载荷不均匀,甚至引起套管挤毁;SaltShield体系在固井过程中会发生膨胀,弥补了传统型体系的不足。

强“侵略性”矿物盐中的镁离子会溶解于水泥浆并发生化学反应导致体系促凝,从而降低顶替效率。SaltShield 与矿物盐接触时能够抑制化学反应的发生,抑制促凝现象,因而该新型体系在盐层“重灾区”(在巴西、西非以及北海深水开发区域,盐层厚度可达2000米)固井施工中可以达到理想的顶替效率。

SaltShield体系还能够抑制盐层溶解,维持盐层稳固。早期静胶凝强度发展与水泥浆向水泥环转变的固化时间缩短有助于减少地层流体入侵,尤其是在开发盐下油气藏的过程中意义更加显著。

在腐蚀性环境中,溶进地层液体中的二氧化碳会形成碳酸,碳酸会与水泥环发生反应,降低其机械性能并增加其渗透性,从而对水泥环造成破坏。当盐下油气藏含有二氧化碳气体时,例如巴西和安哥拉相应区块,SaltShield体系会抑制该气体的溶解。

技术优势

1.当发生盐侵时(包括含有镁离子的强“侵略性”矿物盐所发生的盐侵),SaltShield体系可以减缓促凝现象的发生;
2.抗压强度的快速建立与早期静胶凝强度的发展有助于实现快速井筒稳定,还可以在套管与地层之间形成一个完整的水泥环,使套管负荷分布均布,消除盐层蠕变对套管的损坏;
3.该体系对任意浓度的盐溶液均具有兼容性,可以解决盐侵问题,抑制盐层溶解,维持盐层稳固;
4.SaltShield体系的各项参数在盐侵前后保持稳定;
5.传统水泥浆体系在水化过程中体积会缩小0.5%~4%,但是SaltShield体系在水化过程中会发生体积膨胀;
6.可以承受盐层塑性流动引起的载荷变化;
7.实验表明,SaltShield体系与碳酸经过长达一年的“接触”后,所形成的水泥环具有低渗透性,抗压强度依旧很大;
8.SaltShield体系对盐溶腐蚀性和二氧化碳溶解流体具有抗性,可应用于盐层或盐下油气藏开发;
9.该体系所适应井底循环温度(BHCT)不可高于88℃,更高的温度下需要添加缓凝剂;
10.不会对周围环境产生污染。

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二丫
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(北京),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。如需获取更多技术资料,请联系二丫(QQ295900524;微信13132550596)

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