束探1H固井技術(shù)研究與應(yīng)用

王福昌 宋元洪 蔣龍 鐘福海 劉書冬 秦國宏 張興才

（1.中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司，河北 任丘 062550；2.中國石油西南油氣田公司天然氣經(jīng)濟(jì)研究所，四川 成都 610051；3.成都?xì)W美克石油科技有限公司，四川 成都 610207）

束探1H固井技術(shù)研究與應(yīng)用

王福昌1宋元洪1蔣龍2鐘福海1劉書冬1秦國宏1張興才3

（1.中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司，河北 任丘 062550；2.中國石油西南油氣田公司天然氣經(jīng)濟(jì)研究所，四川 成都 610051；3.成都?xì)W美克石油科技有限公司，四川 成都 610207）

渤海灣盆地束鹿凹陷中洼槽沙三下泥灰?guī)r油氣藏埋藏深度深，水泥封固段長，固井工作量大，井下情況異常復(fù)雜，高壓層與漏失層共存，油氣活躍且地層承壓能力差，下入的管串復(fù)雜，給固井工程帶來極大困難，固井施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，固井質(zhì)量不易保證。根據(jù)該區(qū)塊的實(shí)際情況，研究分析固井質(zhì)量影響因素，固井技術(shù)難點(diǎn)以及固井施工過程中存在的各種風(fēng)險(xiǎn)，采用平衡壓力固井技術(shù)及膠乳水泥漿體系較好地解決了固井施工過程中井下漏失及油氣水侵之難題，固井質(zhì)量得到了有效保證。

膠乳 水泥漿 平衡壓力 溢流 固井質(zhì)量

0 引言

渤海灣盆地束鹿凹陷中洼槽沙三下泥灰?guī)r油氣資源豐富［1］，井下情況復(fù)雜，該區(qū)塊已成功鉆探束探1井和束探1H（P）井。束探1H（P）井是中國石油天然氣股份有限公司2011-2012年全國4口重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)探井之一，也是華北油田2012年在渤海灣盆地束鹿凹陷中洼槽沙三下泥灰?guī)r的重點(diǎn)一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)探井。設(shè)計(jì)井深5 272 m，由于井下情況復(fù)雜，實(shí)際完鉆井深4 973 m。

該區(qū)塊地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、鄰井參考資料少，鉆井液安全密度窗戶口窄，高于1.485 g/cm3井下即發(fā)生漏失，低于1.485 g/cm3井下即發(fā)生溢流，鉆井及完井過程中多次堵漏及節(jié)流點(diǎn)火。該區(qū)塊地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜，即存在高壓低滲地層又存在低壓漏失層，高壓層與漏失層并存，給鉆井和固井工程帶來極大難度。同時(shí)由于井下情況復(fù)雜，固井施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，固井質(zhì)量不易保證，還存在著很大井控風(fēng)險(xiǎn)［2］。如何確保施工安全并獲得好的固井質(zhì)量是擺在技術(shù)人員面前的一道難題。

1 固井技術(shù)難點(diǎn)

1）地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜。該井裸眼井段長，地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜，高壓層與漏失層共存，給固井工程帶來極大困難［3］。

2）安全窗口窄。鉆井液安全密度窗口窄，密度低于1.485 g/cm3，井下油氣侵嚴(yán)重，溢流明顯，密度高于1.485 g/cm3，井下漏失嚴(yán)重。

3）井身質(zhì)量差，水泥漿頂替效率低。該井鉆井周期長，井下情況復(fù)雜，井身質(zhì)量差，井徑擴(kuò)大率大，典型的“糖葫蘆”井眼，不利于提高水泥漿頂替效率，固井質(zhì)量不易保證。

4）水泥封固段長，對(duì)水泥漿綜合性能要求高。采用單級(jí)固井，水泥封固段長達(dá)2 792.45 m，上下溫差大，對(duì)水泥漿綜合性能要求高。

5）管串結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)工具的性能要求嚴(yán)格。下部管串為120 m篩管，篩管上部下兩個(gè)管外封隔器和一個(gè)分級(jí)箍，對(duì)工具的性能、壓力級(jí)配提出了嚴(yán)格要求，工具一旦出現(xiàn)問題，固井質(zhì)量將無法保證。

6）存在井控風(fēng)險(xiǎn)。地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜，油氣活躍且地層承壓能力差，固井施工過程中一旦發(fā)生嚴(yán)重漏失，油氣上竄速度快，可能導(dǎo)致溢流甚至井噴事故發(fā)生，存在較大井控風(fēng)險(xiǎn)。

2 固井工藝技術(shù)措施

1）認(rèn)真做好下套管前的準(zhǔn)備工作。認(rèn)真做好通井工作，先用1個(gè)扶正器通井，然后用雙扶正器通井，再用3個(gè)扶正器通井。對(duì)入井工具和附件認(rèn)真進(jìn)

行檢查，確保工具入井后性能靈活可靠，工作正常。

2）調(diào)整好鉆井液性能［4］。固井施工前，調(diào)整好鉆井液性能，在滿足井下安全的前提下，盡量使鉆井液黏度、切力低，降低固井施工過程中鉆井液的摩阻［5］，降低井漏之風(fēng)險(xiǎn)［6］。

3）采用平衡壓力固井。采用平衡壓力固井技術(shù)［7］，有效避免固井施工過程中井漏的發(fā)生，確保固井質(zhì)量。

4）使用性能優(yōu)良的水泥漿體系。針對(duì)該井實(shí)際情況，常規(guī)水泥漿體系顯然不能滿足固井要求，因此該井采用三凝雙密膠乳水泥漿體系［8］。

5）合理使用套管扶正器，提高套管居中度。合理加放套管扶正器可有效提高套管居中度，管外封隔器及分級(jí)箍上下各加一個(gè)剛性滾輪扶正器，以防止封隔器膠筒磨破以及分級(jí)箍貼壁，影響正常工作。

6）做好井控預(yù)案，避免井噴事故發(fā)生。針對(duì)固井施工過程中存在較大的井控風(fēng)險(xiǎn)，認(rèn)真做好井控預(yù)案，固井施工過程中一旦出現(xiàn)井噴險(xiǎn)情，立即啟動(dòng)井控應(yīng)急預(yù)案，在井下允許的情況下，通過節(jié)流完成固井施工。

7）使用性能優(yōu)良的隔離液及沖洗液，提高界面膠結(jié)強(qiáng)度。使用性能優(yōu)良的隔離液及沖洗液，有效將“大肚子”中的鉆井液驅(qū)替出來以及有效沖洗掉井壁和套管表面的虛假泥餅，確保第一、第二界面膠結(jié)強(qiáng)度，有效提高固井質(zhì)量。

8）嚴(yán)格把關(guān)，加強(qiáng)過程控制。嚴(yán)格按照固井施工設(shè)計(jì)施工，平穩(wěn)操作，嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)技術(shù)措施，確保施工安全有序、連續(xù)、高效。

9）關(guān)井侯凝。由于隔離液及沖洗液密度均低于鉆井液密度，在進(jìn)入環(huán)空的過程中會(huì)造成油氣侵，碰壓后環(huán)空液柱壓力會(huì)小于地層壓力，為防止水泥漿侯凝過程中油氣上竄及出現(xiàn)井控風(fēng)險(xiǎn)，碰壓后關(guān)閉封井器，關(guān)井侯凝。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 束探1H（P）井身結(jié)構(gòu)

束探1H（P）井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 管串結(jié)構(gòu)

D139.7 mm引鞋＋D139.7 mm洗井回壓閥＋D139.7 mm篩管串＋盲板短節(jié)＋壓漲式封隔器＋短套管1根（有效長度4.0 m）＋液壓式封隔器＋D139.7 mm長套管1根＋壓差式分級(jí)箍＋D139.7 mm套管串（壁厚9.17 mm）＋D139.7 mm套管串（壁厚10.54 mm）＋D139.7 mm聯(lián)頂節(jié)。

圖1 井身結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 井徑情況

該井井徑變化率大（表1），最大井徑45 cm，最小井徑21.6 cm，平均為27.6 cm，井徑擴(kuò)大率為27.8%，水泥封固段2 792.45 m。

表1 束探1H（P）井實(shí)測(cè)井徑數(shù)據(jù)表

3.4 水泥漿體系

束探1H（P）井使用三凝雙密膠乳水泥漿體系，在大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中選擇強(qiáng)度較高，流動(dòng)性較好，稠化時(shí)間滿足施工要求的水泥漿配方。注水泥漿排量1.5 m3/min，注入領(lǐng)漿76.3 m3，環(huán)空段長1 760 m，注入領(lǐng)漿20.4 m3，環(huán)空段長561 m，注入尾漿33.6 m3，環(huán)空段長471.45 m。

3.4.1 水泥漿配方

領(lǐng)漿：450 g嘉華G級(jí)水泥＋54 g石英砂＋45 g微硅＋40 g玻璃微珠＋3.6 g DRY-S2＋3.6 g DRS-1S＋48 g DRT-100L＋7.2 g DRT-100 g LT＋17 g DRF-120

L＋4.5 g DRH-200 L＋0.5%DRX-1L＋270 g水。

首漿：450 g嘉華G級(jí)水泥＋54 g石英砂＋45 g微硅＋40 g玻璃微珠＋3.6 g DRY-S2＋3.6 g DRS-1S＋48 g DRT-100L＋7.2 g DRT-100LT＋17 g DRF-120 L＋2.7 g DRH-200 L＋0.5%DRX-1L＋270 g水。

尾漿：630 g嘉華G級(jí)水泥＋20 g微硅＋210 g硅粉＋3.6 g DRS-1S＋48 g DRT-100L＋7.2 g DRT-100 LT＋0.5%DRX-1L＋17 g DRF-120 L＋270水。

水泥漿性能如表2所示。

3.4.2 外加劑的作用

玻璃微珠主要是降低水泥漿密度；石英砂、微硅和硅粉主要是提高顆粒級(jí)配能力，提高水泥石的強(qiáng)度和抗高溫能力；DRF-120L為高溫降失水劑，控制水泥漿失水；DRS-1S和DRY-S2為高溫穩(wěn)定劑和懸浮劑，主要是確保漿體穩(wěn)定，DRT-100LT為防竄劑，主要提高水泥漿的防竄能力。

3.5 隔離液、沖洗液的使用

由于該井鉆井液密度高，井身質(zhì)量差，為有效驅(qū)替“大肚子”內(nèi)的鉆井液及有效沖洗井壁和套管表面的泥餅，使用了25 m3密度為1.40 g/cm3的加重隔離沖洗液及8 m3密度為1.04 g/cm3的沖洗液，配方分別為：DRY-100L＋DRY-S1＋DRY-S2＋重晶石粉和DRY-100L＋DRY-S1＋DRY-S2，有效提高了第一、第二界面水泥膠結(jié)強(qiáng)度。

3.6 選用性能優(yōu)良的井下工具及附件

為確保封隔器有效漲封，分別采用一個(gè)壓漲式封隔器和一個(gè)液壓式封隔器，壓力級(jí)別設(shè)定為12 MPa，為減小管柱剛度，在兩個(gè)封隔器之間加一根4 m的短套管，壓差式分級(jí)箍壓力級(jí)別設(shè)定為19 MPa，以保證封隔器漲封后分級(jí)箍才能打開。

3.7 采用平衡固井

為防止固井施工過程中壓漏地層，嚴(yán)格按平衡壓力設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制各種固井液數(shù)量和密度，使用密度為1.55 g/cm3的領(lǐng)漿76.3 m3，密度為1.55 g/cm3的緩凝漿20.4 m3，密度為1.89 g/cm3的速凝漿33.6 m3，使環(huán)空液柱壓力等于地層壓力，有效防止了井漏，同時(shí)也壓穩(wěn)了地層（表3）。

表2 水泥漿性能表

表3 環(huán)空流體平衡壓力設(shè)計(jì)表

3.8 關(guān)井侯凝

碰壓后為防止油氣水侵及井控事故，關(guān)封井器關(guān)井侯凝。經(jīng)聲幅及變密度檢測(cè)，2 000～3 300 m固井質(zhì)量良好，3 300 m至井底固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)。

4 結(jié)論

1）對(duì)于鉆井液性能較差、井身質(zhì)量不好的井，合理使用前置沖洗液，可有效驅(qū)替大肚子中鉆井液及沖洗掉井壁和套管表面的泥餅，改善第一、第二界面水泥膠結(jié)強(qiáng)度。

2）膠乳水泥漿體系具有較高的膠結(jié)強(qiáng)度及一定的韌性，能夠滿足深井長封固段固井及地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜井的固井質(zhì)量。

3）對(duì)于高壓層與漏失層共存，地層承壓能力差的井，采用平衡壓力固井技術(shù)可有效避免固井施工過程中井下漏失之風(fēng)險(xiǎn)，確保固井質(zhì)量。

4）對(duì)于存在高壓層的井，固井結(jié)束后關(guān)好井口防噴器，可降低水泥漿被油氣水侵及避免井控事故發(fā)生。

5）詳細(xì)了解鉆井及臨井資料，制定合理的工藝技術(shù)措施，周密設(shè)計(jì)，精心施工是確保固井質(zhì)量的關(guān)鍵。

［1］梁宏斌，礦宏偉，劉俊奇.冀中坳陷束鹿凹陷古近系沙河街組三段泥灰?guī)r成因探討［J］.古地理學(xué)報(bào)，2007，9（2）：167-174.

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

［3］屈建省，許樹謙，郭小陽.特殊固井技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006.

［4］吳達(dá)華，黃柏宗.新型“鉆井”固井液工藝和技術(shù)（Ⅰ）［J］.鉆井液與完井液，2002（3）：1-6.

［5］何世明，郭小陽，徐碧華，等.水平井下套管摩阻分析計(jì)算［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，19（2）：21-26.

［6］許樹謙，牛永川.低密度泡沫水泥固井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，1990（6）：23-29.

［7］張明昌.固井工藝技術(shù)［M］.北京：中國石化出版社，2009.

［8］馬超，趙林，周大林，等.抗溫防竄膠乳水泥漿體系的研制［J］.天然氣工業(yè)，2008，28（12）：57-59.

（編輯：李臻）

B

2095-1132（2014）06-0041-03

10.3969/j.issn.2095-1132.2014.06.012

修訂回稿日期：2014-11-03

王福昌（1964-），工程師，從事固井工程技術(shù)研究與應(yīng)用工作。E-mail：wfc518000@163.com。