義109－3井固井技術(shù)研究

桂成梁，孫 鈺，趙清忠

（勝利石油管理局 渤海鉆井總公司固井公司，山東 東營 257000）

義109－3井固井技術(shù)研究

桂成梁，孫 鈺，趙清忠

（勝利石油管理局 渤海鉆井總公司固井公司，山東 東營 257000）

針對義109－3井通井過程中卡鉆，鉆進過程中的井漏、油氣侵等異常情況造成固井施工面臨油氣層壓穩(wěn)與漏失等困難，通過優(yōu)選固井材料、優(yōu)化固井設(shè)計，采用分段凝固水泥漿體系等措施，順利完成本井的固井施工。

卡鉆；壓穩(wěn)；漏失；固井技術(shù)；水泥漿體系

義109－3井位于濟陽坳陷沾化凹陷埕南斷層下降盤義109塊構(gòu)造高部位，是勝利油田開發(fā)中心一口重點滾動勘探井，該井鉆遇館陶組、東營組、沙一、沙二、沙三上、沙三中、沙三下、沙四段。三開完鉆至太古界，井深3 850 m。該井在通井過程中發(fā)生卡鉆現(xiàn)象（井深3 455 m），經(jīng)石油部門組織同意，決定在卡點上部切斷鉆具，切斷鉆具前封固高壓層（3 000～3 455 m）。在1 350 m處填井，上部擴眼至311.1 mm，后側(cè)鉆下入244.5 mm技術(shù)套管用來封固東營組（2 400 m）。三開采用215.9 mm鉆頭，后下入139.7 mm套管。該井鉆至3 100 m時遇高壓氣層，鉆井液密度1.60 g／cm3，鉆井液黏度52 Pa·s。鉆至3 138～3 140.41 m時發(fā)生漏失，鉆井液密度1.65 g／cm3，鉆井液黏度52 Pa·s，漏失108 m3。因此，固井過程中如何防止漏失、防氣竄、控制水泥漿的稠化時間成為固井施工的技術(shù)難題。

1 基本數(shù)據(jù)

1.1 井身結(jié)構(gòu)

義109－3井完鉆井深3 850 m，井身結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 義109－3完鉆井身數(shù)據(jù)

1.2 完鉆鉆井液性能

義109－3井完鉆鉆井液密度為1.63 g／cm3，黏度為57 Pa·s，其性能如表2所示。

表2 義109－3完鉆鉆井液數(shù)據(jù)

2 固井施工難點

（1）該井要求全井封固，井底承壓高，超長的封固段有可能出現(xiàn)井漏的危險。

（2）該井油氣層異常活躍，固井施工時容易發(fā)生高壓流體外竄。

（3）該井完鉆鉆井液密度為1.63 g／cm3，普通的漂珠低密度水泥漿體系無法滿足施工要求。

（4）該井鉆至3 138～3 140.41 m時發(fā)生漏失，因此較高的水泥漿密度會產(chǎn)生壓漏地層的危險。

（5）固井時水泥漿與鉆井液密度差較小，水泥漿頂替效率低，導(dǎo)致混漿嚴重，形成的水泥環(huán)薄弱，強度低。

（6）固井候凝期間會產(chǎn)生失重，容易造成環(huán)空液柱無法平衡，引發(fā)油氣上竄等問題，造成固井失敗。

（7）注水泥漿與替水泥漿時間長，注水泥漿壓力高，施工風險大，對設(shè)備、組織施工要求高。

3 采取措施

（1）固井施工設(shè)計嚴格按平衡壓力固井方式［1］進行，儲備足夠的鉆井液盡可能防止固井施工中發(fā)生井涌和漏失等復(fù)雜情況。

（2）扶正器加法。2 440 m以上每4根套管使用1個彈性扶正器，共計67只；2 440～3 850 m每2根套管1個彈性扶正器，共計63只；全井共下扶正器130只。

（3）管串結(jié)構(gòu)（自下而上）。139.7 mm引鞋＋139.7 mm旋流套管1根＋139.7 mm浮箍2個＋139.7 mm套管串＋139.7 mm聯(lián)頂節(jié)。

（4）前置液。前置液分為沖洗液與隔離液兩部分，針對套管居中度差、井壁巖屑清除困難的特點，采取了加大沖洗液、隔離液用量，提高沖洗液、隔離液濃度等措施。前置液的數(shù)量，按照紊流接觸時間7～10 min計算，沖洗液和隔離液的比例為1∶1，控制環(huán)空高度約200～500 m。沖洗液采用稀釋性化學(xué)沖洗液，其對鉆井液、水泥漿及鉆井液與水泥漿的污染膠凝物均有顯著的分散沖洗作用及水潤效果，能防止鉆井液和水泥漿膠凝而憋泵，并在較小排量時達到紊流狀態(tài)，從而充分提高對鉆井液的頂替效率，清除浮泥餅，增加界面膠結(jié)強度，降低施工風險，提高固井質(zhì)量。

（5）水泥漿體系的選擇。水泥漿體系的優(yōu)選直接影響到固井的成敗，水泥漿體系選擇時必須根據(jù)現(xiàn)場實際情況合理制定，本井的關(guān)鍵是防止固井中發(fā)生漏失，有效地控制住活躍的油氣層。通過對井下情況的研究分析，針對義109－3鉆井過程中出現(xiàn)的漏失及后效情況，水泥漿添加低密增強劑、纖維、微硅等材料。采用分段凝固水泥漿體系，兼顧了水泥漿密度、強度、流動度、凝固時間等各個方面的因素。

（6）低密高強水泥漿設(shè)計原理。低密高強水泥漿體系配方：油井G級水泥＋8.3%低密增強劑＋5.8%微硅＋1%降失水劑＋1%減阻劑＋0.7%膨脹劑＋現(xiàn)場水。低密高強水泥漿體系的設(shè)計［2］是基于緊密堆積理論，通過活性材料的選擇和干混合組分的不同顆粒尺寸分布，進行合理級配，使水泥漿體系實現(xiàn)良好的空隙填充，降低水泥漿體系中的充填水和吸附水層，提高單位水泥漿體系中的固相量，同時由于微填顆粒的滾珠效應(yīng)，保證水泥漿體系具有良好的流變性。在體系中添加具有水化活性的物理材料，不僅能夠發(fā)生自身的凝硬性反應(yīng)，而且還可與水泥中的堿性物質(zhì)發(fā)生膠凝反應(yīng)，完成水泥物料的化學(xué)反應(yīng)，提高水泥漿的整體性能。低密高強水泥漿體系試驗數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 低密高強水泥漿試驗數(shù)據(jù)

（7）纖維降失水水泥漿體系設(shè)計原理。纖維降失水水泥漿體系配方：油井G級水泥＋1%降失水劑＋3%晶格＋1%纖維＋現(xiàn)場水。纖維性水泥漿體系堵漏機理［3］是纖維較為粗糙的表面性質(zhì)以及它的塑性作用，容易在漏失的通道中通過橋接作用形成網(wǎng)狀架橋屏蔽結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀架橋結(jié)構(gòu)在一定壓差下較為穩(wěn)定，而此時水泥顆粒重填在纖維架橋形成的不規(guī)則空間里，形成堵漏薄層，在壓差作用下，最靠近漏失通道的薄層易進入通道里面，由于纖維水泥漿屬于瞬間堵漏，這樣纖維水泥漿堆積越來越多，從而提高地層的承壓能力。纖維水泥漿體系試驗數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 纖維水泥漿試驗數(shù)據(jù)

（8）晶格膨脹劑水泥漿體系設(shè)計原理。晶格膨脹劑水泥漿體系配方：油井G級水泥＋10%降失水劑＋晶格膨脹劑＋現(xiàn)場水。晶格膨脹劑水泥漿體系由鎂、鈣的氧化物、硫酸鹽和碳酸鹽以適當配比混合而成，在油井水泥中遇水水化后聚合而生成鎂－羥基－硫酸鹽／氯化物的無機多水混合物。這些混合物可在水泥漿凝固時產(chǎn)生輕度體積膨脹，可以封閉環(huán)空微隙，改善水泥環(huán)與套管、地層的界面膠結(jié)狀況，特別提高第二界面固井質(zhì)量。同時晶格膨脹劑加入微硅能夠減小水泥石的孔隙度，以保持水泥柱壓力平衡，減小氣竄的危險；還能夠補償水泥凝結(jié)引起的收縮，減小失水和游離液，具有較短的靜膠凝強度過渡時間，有助于防止氣竄的發(fā)生。晶格膨脹劑水泥漿體系試驗數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 晶格膨脹劑水泥漿試驗數(shù)據(jù)

（9）加重泥漿的配置和使用。由于本井封固段較長（3 850 m），如果用原鉆井液進行替泥漿作業(yè)，施工壓力較高，施工風險高，因此配置了密度為1.85 g／cm3的重泥漿35 m3用來減少替泥漿作業(yè)時所產(chǎn)生的壓差。

4 現(xiàn)場施工

（1）前置液。注入稀釋性化學(xué)沖洗液SGJZ－1＋SGQZ－1＋SGJS－1＋水10 m3。

（2）水泥漿。注入密度1.65 g／cm3水泥漿20 m3，注入密度1.70～1.75 g／cm3水泥漿59 m3，注入密度1.82～1.87 g／cm3水泥漿21 m3，注入密度1.90～1.95 g／cm3水泥漿22 m3。

（3）替水泥漿。先向套管內(nèi)注入壓塞液（含懸浮劑、降失水劑、純堿）2 m3，后注入原鉆井液（密度為1.63 g／c m3）共10 m3，最后注入重泥漿（密度為1.85 g／cm3）共32.5 m3。

（4）候凝

剩余替泥漿量為6 m3時，降低柴油機轉(zhuǎn)速，實施小排量頂替，兩部柴油機吃負荷轉(zhuǎn)速降到最低轉(zhuǎn)速800 rad／min，碰壓，壓力穩(wěn)定至18 MPa。候凝48 h電測。

（5）電測解釋

義109－3井經(jīng)過48 h候凝，其電測解釋如圖1所示。

圖1 義109－3井48 h候凝電測解釋

由圖1可以看出，該井整個一界面固井質(zhì)量優(yōu)秀，二界面固井質(zhì)量合格。

5 應(yīng)用實例

義109－斜4井是勝利油田一口重點井，該井完鉆井深4 230 m，完鉆鉆井液密度1.50 g／cm3，完井設(shè)計要求一次性、全井封固，并且要求重點封固段的固井第一界面、固井第二界面固井質(zhì)量，該井成功借鑒義109－3井固井模式，上部選用低密高強水泥漿體系，中部選用纖維降失水水泥漿體系，下部選用晶格膨脹劑水泥體系，很好地完成了甲方的要求，達到預(yù)期的目的，并為今后同區(qū)域及其他區(qū)域類似的固井完井要求提供一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

（1）低密增強水泥漿體系較好地平衡了漏失層壓力，纖維降失水水泥漿體系在該井起到了很好的堵漏效果（實際水泥漿柱在漏失層處產(chǎn)生的壓力略大于漏失壓力，但在施工過程中并沒有發(fā)生漏失），而晶格膨脹水泥漿體系較好地解決了高壓后效層的封固難題。義109－3井固井模式的成功應(yīng)用為今后同區(qū)域及其他區(qū)域類似的固井完井要求提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

［1］ 陳庭根，管志川.鉆井工程理論與技術(shù)［M］.東營：石油大學(xué)出版社，2000：274－283.

［2］ 劉崇建，黃柏宗，徐同臺.油氣井注水泥理論與應(yīng)用［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2001：163－168.

［3］ 張立哲，張宏軍，聶正朋.高強增塑低密度水泥漿體系研究［J］.石油鉆采工藝，2007，29（6）：83－85.

TE256 < class="emphasis_bold">［文獻標識碼］A［文章編號］

1673－5935（2012）01－0008－03

2011－09－28

桂成梁（1982－），男，山東萊州人，勝利石油管理局渤海鉆井總公司固井公司助理工程師，主要從事現(xiàn)場固井技術(shù)研究。

［責任編輯］ 時鳳霞