蓬萊鎮(zhèn)組水平井固井技術(shù)研究與應(yīng)用

杜 劍 李雨威

（中國石化西南石油工程有限公司固井分公司）

蓬萊鎮(zhèn)組水平井固井技術(shù)研究與應(yīng)用

杜 劍 李雨威

（中國石化西南石油工程有限公司固井分公司）

川西蓬萊鎮(zhèn)組氣藏為致密砂巖氣藏，儲量豐富，一般采用水平井開發(fā)技術(shù)。針對前期水平井固井質(zhì)量不理想的現(xiàn)狀，對一系列固井技術(shù)難點展開研究，提出了相應(yīng)的改進方案：清除沉床巖屑，提高注水泥頂替效率（包括清油效率），優(yōu)化水泥漿性能，從而為提高水平井固井質(zhì)量提供了可靠的保證。表2參10

蓬萊鎮(zhèn)組 水平井固井技術(shù) 固井質(zhì)量

0 引言

川西蓬萊鎮(zhèn)組氣藏儲量豐富，疊合含氣面積為66.8 km2，可開發(fā)儲量達到85×108m3以上，約占總儲量的75%，勘探開發(fā)前景巨大［1］。該氣藏為致密砂巖氣藏，由多個薄氣層構(gòu)成，具有滲透率低、氣層非均質(zhì)性強、含水飽和度高、氣體驅(qū)替壓力高等特點［1－3］。該氣藏直井采收率低，井網(wǎng)密集，增產(chǎn)措施困難，而水平井生產(chǎn)剖面具有很強的泄油能力，能夠成倍地提高采油效率［3－4］。水平井作為一種開發(fā)低滲透油氣田的成熟技術(shù)，隨著新21－1H井獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，成為了川西地區(qū)增儲上產(chǎn)的重要手段。但是，2010年以前，川西地區(qū)水平井固井質(zhì)量一直不是非常理想，難以圓滿地滿足大型壓裂施工要求，一定程度上制約了后期的增產(chǎn)措施手段。

在此背景下，本文對川西蓬萊鎮(zhèn)組氣藏水平井固井技術(shù)展開了探討，分析了蓬萊鎮(zhèn)組水平井的固井技術(shù)難點，并通過理論分析，結(jié)合前期研究成果，提出了適合川西蓬萊鎮(zhèn)組水平井的固井技術(shù)，并通過實踐驗證，證明了該技術(shù)的可行性。

1 蓬萊鎮(zhèn)組氣藏水平井概況

目前，川西蓬萊鎮(zhèn)組氣藏普遍井身結(jié)構(gòu)為：一開采用Ф444.5mm鉆頭進入古店組15m，下入Φ339.7 mm套管固井，封隔夾關(guān)組及以上易漏地層和區(qū)域水層；二開采用Φ311.15 mm鉆頭鉆至A靶點，下入Φ244.5 mm套管固井；三開采用Φ215.9 mm鉆頭進行造斜段及水平段鉆進，鉆至完鉆井深下入Φ139.7 mm套管完井。水平段層位具有埋深淺、水平段長、位垂比大的特點。表1中所列五口水平井水平位移均在1000 m以上，最長為1508.75 m，其中，垂深最淺、位垂比最大的井為孝蓬101－1H井，該井垂深為860.94 m，位垂比1.52∶1。

表1 蓬萊鎮(zhèn)組水平井五口完鉆水平井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

2 蓬萊鎮(zhèn)組水平井固井難點分析

川西蓬萊鎮(zhèn)組巖性為致密砂巖，儲層較薄，地層孔隙壓力低，這些地質(zhì)特點不僅對鉆井過程造成嚴(yán)重影響，同時還為固井作業(yè)帶來一定技術(shù)難題。

（1）蓬萊鎮(zhèn)組地層孔隙壓力低，即使鉆井時采用低密度鉆井液，地層仍易破裂，出于對油氣層的保護，難以實現(xiàn)大排量注水泥作業(yè)，從而影響到頂替效率的提高。

（2）鉆井液采用新型聚胺仿油基鉆井液體系，失水量較大，濾餅較厚，使得在固井時井壁上形成一個不可固化層，水泥環(huán)與地層巖石之間產(chǎn)生微裂縫，導(dǎo)致界面膠結(jié)強度下降，留下層間竄的隱患。同時鉆井液動切力、塑性黏度和靜切力較大，流動摩阻壓力較大，頂替過程中泵壓過高，可能會壓漏薄弱地層［5］。

（3）蓬萊鎮(zhèn)組水平井直井段短，起下鉆阻力大，下套管啟動力大，套管下入較困難；且因蓬萊鎮(zhèn)組儲層較薄，所穿越的水平段地層具有多樣性，沙泥巖并存，易形成臺階面與巖屑床，水平段的清潔難以保證，套管下入過程中不斷推擠巖屑進入井底，巖屑床容易堆積，臺階的交替出現(xiàn)加大套管下入阻力，從而導(dǎo)致套管下到設(shè)計井底困難。

3 水平井固井理論與技術(shù)

水平井固井質(zhì)量主要受幾何因素和重力因素的影響［6－7］。其中幾何因素包括：①直井段向水平過渡段的井斜角和方位變化，流體流動過程中易形成渦流；②井眼幾何形狀受鉆具與井眼底側(cè)接觸狀況的影響，有可能形成長橢圓形，這影響準(zhǔn)確計算井眼容積，為準(zhǔn)確計算固井液用量帶來難度；③水平段的方位變化，曲率的變化，影響套管下入和居中。重力因素影響包括：①使套管居中度變差；②促使鉆井液固相和鉆屑沉床；③影響水泥石對兩個界面的膠結(jié)質(zhì)量；④使水泥漿自由水析出，水泥漿發(fā)生沉降不穩(wěn)定。針對這些影響因素，本文提出了以下提高水平井固井質(zhì)量的措施。

3.1 除屑技術(shù)

（1）強化水力參數(shù)，在現(xiàn)場機泵條件允許的情況下盡可能使用大排量，提高環(huán)空上返速度。

（2）在大斜度井段、井下摩阻變化異常段，或者水平段每鉆進50～100 m進行短程起下鉆，分段循環(huán)和上下活動鉆具、轉(zhuǎn)動鉆具破壞巖屑的沉積。

（3）強化鉆井液流變性能，控制動塑比在0.5左右，采用低黏、低切鉆井液在前，高黏、高切鉆井液在后的鉆井液分段循環(huán)技術(shù)。

（4）通井與井眼清洗。下套管前認(rèn)真通井，對起下鉆遇阻井段、全角變化率較大的井段主動劃眼修整井壁，套管重合井段及懸掛器座掛位置進行刮管，提高座掛成功率和提高界面固井膠結(jié)質(zhì)量，同時在避免漏失的的情況下，盡量提高循環(huán)排量清洗井眼。

3.2 提高注水泥頂替效率

（1）使用合理的漿柱結(jié)構(gòu)［8］

水平井中水平段套管下側(cè)環(huán)空間隙小，鉆井液運移阻力大，沉沙難以完全清除，降低了水泥漿對環(huán)空的充填效率。因此，施工中采用“先導(dǎo)漿＋化學(xué)沖洗液與加重隔離液組合”的“前置液＋雙凝水泥漿”組成的漿柱結(jié)構(gòu)：

先導(dǎo)漿：固井前注入30 m3與井漿密度一致的常溫不含油先導(dǎo)鉆井液，切力降至10 Pa以內(nèi)，入井量一般達到充滿造斜以下井段或達到10～15 min以上的接觸時間。

前置液：使用化學(xué)沖洗液與加重隔離液（或高黏隔離液）的組合前置液體系，用量按10 min以上接觸時間設(shè)計?；瘜W(xué)沖洗液選擇清水作為基本材料，并加入乳化劑。隔離液密度值設(shè)計為鉆井液密度與水泥漿密度之間；選用具有良好抗污染效果的隔離劑種類；加入一定的惰性顆粒材料如重晶石或者鐵礦粉；并采用低黏隔離液。

使用雙凝水泥漿柱結(jié)構(gòu)水泥漿體系，即膨脹水泥漿體系與防氣竄水泥漿體系組合使用。膨脹水泥漿充填重疊段與形成上塞，防氣竄水漿封固水平段地層，水泥漿密度設(shè)計在1.90 g／cm3。

（2）提高套管居中度

套管居中度直接影響除屑效果和水泥漿在環(huán)空的充填效率。以往單一使用彈性扶正器或直條剛性扶正器，因其彈性扶正器扶正能力弱，而剛性直條扶正器切入井眼下側(cè)井壁較深，而使套管居中度較差。因此，根據(jù)井眼軌跡，本文采用在造斜段和水平段加密使用扶正器，水平段使用旋流剛性扶正器與雙弓彈性扶正器交替使用，每根一個。

（3）使用螺旋流頂替技術(shù)［9］

以往使用傳統(tǒng)的一維軸向流頂替技術(shù)難以替凈水平井水平段套管下側(cè)環(huán)空鉆井液，而使用螺旋流頂替方式，可以提高水泥漿進入環(huán)空低邊的幾率，提高水泥漿對整個環(huán)空的充填率，實現(xiàn)水泥石對整個環(huán)空的密封效果。提高套管的居中度，可以更好的實現(xiàn)螺旋流頂替效果。

（4）加大施工排量

旋流扶正器的導(dǎo)流效果與施工排量有關(guān)，施工排量越大，其導(dǎo)流效果越好［3］。施工中，實行雙車注尾漿，使施工排量達到1.60 m3／min以上。

3.3 優(yōu)化水泥漿配方［8－10］

（1）嚴(yán)格控制濾失量

水泥漿濾失太大，會污染產(chǎn)層，同時增大井漏的風(fēng)險。因此一般控制水泥漿的API濾失量小于50 mL；

（2）嚴(yán)格控制游離液為0

避免游離液在井眼高邊形成連通的水帶，防止油、氣、水的層間竄流，確保水平段的封固質(zhì)量；

（3）確保密度一致

在嚴(yán)格控制游離水的措施下，確保水泥漿密度在施工中的一致性，使水泥漿在凝固后的上、中、下的固相密度差小于0.06 g／cm3；

（4）嚴(yán)格控制水泥漿稠化時間，盡量達到直角稠化

（5）防氣竄

使用防氣竄膨脹水泥漿體系，減小水泥石的收縮率，增強水泥石的膠結(jié)強度；防止由水泥漿“失重”引起油、氣、水竄。

4 效果分析

采用以上工藝技術(shù)措施后，從2011年后期開始實施的蓬萊鎮(zhèn)組水平井，目前已實現(xiàn)水平段固井三口，固井質(zhì)量均為優(yōu)良（表2），滿足后期作業(yè)的要求。

表2 2011年后期蓬萊鎮(zhèn)組水平井水平段固井質(zhì)量

5 結(jié)論

根據(jù)蓬萊鎮(zhèn)組水平井固井質(zhì)量情況，目前采用的水平井固井技術(shù)是比較有針對性的，水平井固井技術(shù)逐漸走向成熟。根據(jù)上述研究，得出以下結(jié)論：

（1）重視鉆井與注水泥過程中的沉床巖屑的清除，這是提高水平井水平段固井質(zhì)量的前提；

（2）旋流扶正器和雙弓彈性扶正器交替組合使用，可提高套管居中度，實現(xiàn)螺旋流頂替；

（3）在套管居中度得到保證的前提下，加大施工排量，提高旋流扶正器的導(dǎo)流效果；

（4）合理使用固井液漿柱結(jié)構(gòu)，優(yōu)化水泥漿性能，嚴(yán)格控制入井水泥漿的密度，確保漿體的穩(wěn)定性，是提高水平井固井質(zhì)量的可靠保證。

1 尹朝云，劉偉，羅長川.洛帶氣田蓬萊鎮(zhèn)組氣藏儲層及儲量評價研究［J］.斷塊油氣田，2007，14（3），40－42.

2 段新國，王允誠，王洪輝，等.四川某氣田蓬萊鎮(zhèn)組儲層特征及影響因素［J］.桂林工學(xué)院學(xué)報，2005，25（2），161－165.

3 劉吉余，馬志欣，孫淑艷.致密含氣砂巖研究現(xiàn)狀及發(fā)展展望［J］.天然氣地球科學(xué)，2008，19（3），316－319.

4 鐘富萍，劉昆明，姜雙奎.致密砂巖氣藏水平井鉆井、壓裂完井設(shè)計及施工風(fēng)險因素識別與控制［J］.國外油田工程，2010，26（4），36－40.

5 嚴(yán)焱誠，薛麗娜，廖忠會.川西深井固井技術(shù)措施評述［J］.鉆采工藝，2007，30（5），27－29.

6 Marlio Campos Ramos，Sameh Hussein，Kirby Wedewer，et al.Technology and Team－Based Approach Yields Saudi Arabia’s Longest Fully Cemented Horizontal Liner［C］.SPE126151，2009，1－15.

7 舒秋貴，姚勇，張洪印，等.川西水平井固井技術(shù)［J］.鉆采工藝，2011，34（1），22－24.

8 鄭志剛，楊紅麗.提高水平井固井質(zhì)量的幾點認(rèn)識［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2009，23，52－53.

9 舒秋貴.在旋流扶正器作用下環(huán)空流場旋流衰減規(guī)律研究［J］.天然氣工業(yè)，2005，25（9），57－59.

10 李金偉.水平井固井水泥漿體系［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2011，17，91－92.

（修改回稿日期 2013－08－17 編輯 景岷雪）

杜劍，男，1983年出生，固井工程師；2005年畢業(yè)于重慶石油高等?？茖W(xué)校，石油工程專業(yè)，現(xiàn)在中石化西南石油工程有限公司固井分公司從事固井工作。地址：（842017）新疆庫車縣塔北郵電轉(zhuǎn)西南固井。電話：18781018208。E－mail：79683874＠qq.com