油基泥漿長(zhǎng)水平段頁(yè)巖氣固井技術(shù)在建頁(yè)HF-2井的應(yīng)用

張國(guó)仿 （中石化江漢石油工程公司，湖北 潛江433121）

袁歡，吳雪平，周福新 （中石化江漢石油工程公司鉆井一公司，湖北 潛江433121）

許明標(biāo) （長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢430100）

王曉亮 （荊州嘉華科技有限公司，湖北 荊州434000）

1 工程概況

建頁(yè)HF-2井是川東褶皺帶石柱復(fù)向斜建南構(gòu)造上1口預(yù)探頁(yè)巖水平井，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1，完鉆井深2888m。該水平井鉆遇地層主要為頁(yè)巖，為防止頁(yè)巖垮塌，采用油基泥漿鉆進(jìn)，鉆井液性能見(jiàn)表2。油基泥餅對(duì)固井質(zhì)量有著較大影響，鉆進(jìn)至1335m時(shí)發(fā)生井漏，地層承壓能力差。固井設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)解決油基泥漿濾餅的清除以及提高水泥漿防漏、防竄性能。

表1 建頁(yè)HF-2井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

表2 建頁(yè)HF-2井鉆井液性能

2 固井施工技術(shù)難點(diǎn)分析

1）水平段長(zhǎng)1000m，定向造斜率高，易在井壁形成小臺(tái)階；造斜點(diǎn)至A靶點(diǎn) “狗腿度”相對(duì)較大，起下鉆過(guò)程中易形成鍵槽；井眼曲率大，水平段長(zhǎng)，套管與井壁間摩阻大，直井段套管提供的自行下滑動(dòng)力有限；水平段井眼軌跡易成 “蛇形”波浪起伏，井斜超過(guò)70°后，套管重量的90%將作用于井壁，套管偏心嚴(yán)重，這些因素造成套管下入困難且居中度低。

2）使用油基泥漿，井壁形成油膜層，難以清洗，影響到水泥膠結(jié)質(zhì)量。使用油基泥漿鉆探的井固井質(zhì)量難以提高，是國(guó)內(nèi)外固井界的共識(shí)［1～3］。要求固井水泥漿前面的前置液 （清洗液和沖洗液），必須具備良好的潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)功能，將親油性的井壁反轉(zhuǎn)為親水性的井壁，以提高水泥漿膠結(jié)質(zhì)量；同時(shí)還要求其具有良好的穩(wěn)定性能和沖刷能力，最大限度地將清洗下來(lái)的油性泥餅沖洗出來(lái)。

3）井深1357．42～1363．6m為漏失層，地層承壓能力低，安全窗口窄 （0．02g／cm3）。固井施工壓力較高，注替過(guò)程中容易發(fā)生漏失，造成水泥漿返高不足；替漿排量降低，影響頂替效率，造成固井質(zhì)量差；固井井漏嚴(yán)重時(shí)，井內(nèi)液柱壓力降低，不能達(dá)到壓穩(wěn)氣層的要求，導(dǎo)致發(fā)生氣竄。

4）頁(yè)巖水平井固井，水泥漿的性能要求高，特別是水泥漿體系的穩(wěn)定性、API失水量、流變性和自由液的控制難度大；氣井要求水泥漿防氣竄能力強(qiáng)；大斜度和水平段會(huì)因水泥漿析水使水泥下沉，在環(huán)空頂部形成水帶，使水泥石頂部與井壁形成間隙并影響水泥石強(qiáng)度的正常發(fā)育；常規(guī)水泥漿凝固后體積收縮，會(huì)在水泥環(huán)與井壁形成微間隙。因此要求水泥漿防氣竄、防漏失、零析水、沉降穩(wěn)定性良好，水泥石耐腐蝕、強(qiáng)度發(fā)展快、體積收縮少等良好性能。

3 技術(shù)分析與相應(yīng)施工技術(shù)措施

1）優(yōu)化通井方案。為保證套管的順利下入和提高套管居中度，強(qiáng)化通井方案，確保井眼暢通。電測(cè)完后使用雙扶通井，通井鉆具組合：

加強(qiáng)鉆井液流變性、潤(rùn)滑性能的處理，降低下套管的摩阻；應(yīng)用固井計(jì)算機(jī)軟件，利用井眼軌跡、井經(jīng)、井斜等數(shù)據(jù)，對(duì)套管下入及在井內(nèi)居中度進(jìn)行模擬。

2）優(yōu)化扶正器安放設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)選用兩種扶正器：彈性雙弓扶正器和剛性樹(shù)脂旋流扶正器。浮鞋或浮箍上方3～5m，安裝定位環(huán)以便固定扶正器；水平井段，每根套管安放一個(gè)扶正器，采用彈性雙弓扶正器和剛性樹(shù)脂旋流扶正器交替安放；上部套管鞋重疊部分300m，每根套管安放一個(gè)彈性雙弓扶正器，井口以下200m，每根套管安放一個(gè)彈性雙弓扶正器；斜井段保證2根套管加入一個(gè)剛性樹(shù)脂旋流扶正器；井口以下200m到套管鞋上300m的套管部分，每5根套管安放一個(gè)彈性扶正器。

3）采用高效油基濾餅清除技術(shù)。長(zhǎng)江大學(xué)開(kāi)發(fā)的VERSACLEAR高效油基鉆井液固井清洗液和FLUSHER沖洗液，能有效地清洗和沖刷井壁和套管壁的油膜，將親油性的井壁反轉(zhuǎn)為親水性的井壁，提高了水泥漿與一、二界面的膠結(jié)質(zhì)量和頂替效率。該清洗液對(duì)油基鉆井液的乳化效率高，在一定排量下對(duì)油基鉆井液及其泥餅不斷清洗沖刷，并在清洗液中得到增溶，使鉆井液被清除，泥餅被沖蝕進(jìn)而被潤(rùn)濕，并為后續(xù)沖洗液進(jìn)一步對(duì)鉆井液的頂替提供保障。FLUSHER沖洗液經(jīng)過(guò)高速攪拌后體系均勻分散，有利于將清洗液清洗的油基和泥餅頂替干凈，提高水泥漿的封固質(zhì)量。

4）嚴(yán)格的套管下放程序。建頁(yè)HF-2井在井深1357．42～1363．6m為漏失層，下套管時(shí)嚴(yán)格控制下放速度，每根套管下放時(shí)間不少于60s，堅(jiān)持邊下套管邊灌漿，并觀察返漿情況；下完套管后調(diào)整鉆井液性能，降低鉆井液黏度，改善鉆井液的流動(dòng)性；替漿時(shí)，領(lǐng)漿出漏失層后降低替漿排量，降低固井時(shí)井漏風(fēng)險(xiǎn)。

5）雙凝雙密度韌性膠乳水泥漿體系。采用長(zhǎng)江大學(xué)開(kāi)發(fā)的韌性膠乳雙凝水泥漿體系，通過(guò)固相和水基材料選配，提高水泥漿防氣竄、防漏失、穩(wěn)定性及水泥石強(qiáng)度等性能。領(lǐng)漿密度1．45g／cm3，稠化時(shí)間246min，尾漿密度1．90g／cm3，稠化時(shí)間181min，確保壓穩(wěn)地層的情況下提高水泥漿的流動(dòng)性，降低流動(dòng)阻力，減小井內(nèi)壓力；水基中加入LATEX膠乳對(duì)水泥漿體系的流變性影響不大，能有效控制水泥漿中液相的運(yùn)移，降低失水量，提高水泥石的強(qiáng)度；水泥漿中加入FLO-S降濾失劑、減輕劑與膠乳復(fù)配后進(jìn)一步降低失水量及非常低的自由液含量；水泥中加入一定比例的MX增強(qiáng)防竄劑的顆粒性物質(zhì)，可以有效地填充在水泥石的微細(xì)孔隙中，起到支撐孔隙和填充孔隙的作用，在受到巨大外力的作用下，可以協(xié)助增強(qiáng)水泥石抗擊破壞的能力，提高抗沖擊強(qiáng)度并有利于提高水泥漿的防氣竄能力；水泥漿中加入一定比例的FIB纖維，提高水泥漿的韌性，固化后提高水泥石的抗壓強(qiáng)度，有利于封堵漏失層。

6）漂浮頂替技術(shù)。水泥漿頂替作業(yè)期間，采用低密度頂替液實(shí)現(xiàn)漂浮頂替，來(lái)改善頂替效率，提高居中度和固井質(zhì)量。

7）雙混雙注雙替技術(shù)。采用2臺(tái)水泥車(chē)泵注清洗液和沖洗液，2臺(tái)水泥車(chē)采取分開(kāi)混漿共同泵注水泥漿、雙車(chē)替漿的施工工藝，并控制好排量，確保水泥漿配制密度均勻和施工壓力正常，注漿連續(xù)，保證了水泥漿頂替效率和固井質(zhì)量。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

4.1 水泥漿體系性能

領(lǐng)漿配方：100%G級(jí)水泥＋67%淡水＋5%膠乳L(zhǎng)ATEX＋20%低溫減輕增強(qiáng)劑STR＋30%減輕劑＋2%降濾失劑FLO-S＋0．6%穩(wěn)定劑STAB56-1＋1．5%分散劑DISP＋6%增強(qiáng)防竄劑 MX＋0．5%膨脹劑BOND-1＋0．5%緩凝劑RET-M＋0．5%消泡劑DESIL＋0．2%纖維FIB （密度為1．44g／cm3） （配方中的百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）。

尾漿配方：100%G級(jí)水泥＋27%淡水＋13%膠乳L(zhǎng)ATEX＋1．0%降濾失劑FLO-S＋1．0%穩(wěn)定劑STAB56-1＋0．75%分散劑DISP-S＋6%增強(qiáng)防竄劑 MX＋1%膨脹劑BOND-1＋0．2%緩凝劑＋0．9%消泡劑DESIL＋0．1%纖維FIB（密度為1．90g／cm3）。

領(lǐng)漿和尾漿體系性能參數(shù)如表3所示。水泥漿體系具有較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度和良好的低溫性能。

表3 水泥漿體系性能參數(shù)

4.2 前置液性能

前置液包括清洗液和沖洗液，其性能參數(shù)見(jiàn)表4。清洗前后的油基泥漿濾餅現(xiàn)象見(jiàn)圖1、2。其中，清洗液配方：淡水＋20%VERSACLEAR＋加重劑 （密度為1．38g／cm3）；沖洗液配方：淡水＋6%FLUSHER＋加重劑 （密度為1．40g／cm3）。

表4 前置液性能參數(shù)

4.3 現(xiàn)場(chǎng)施工工藝流程

現(xiàn)場(chǎng)工藝流程首先管匯試壓，再依次注柴油、清洗液、沖洗液、領(lǐng)漿、尾漿，開(kāi)檔銷(xiāo)壓塞，注壓膠塞液，替清水至碰壓，檢查回流，最后開(kāi)井候凝72h，電測(cè)檢測(cè)固井質(zhì)量。現(xiàn)場(chǎng)施工工藝參數(shù)見(jiàn)表5。

4.4 固井質(zhì)量

圖1 清洗前的油基泥漿濾餅

圖2 清洗后的油基泥漿濾餅

建頁(yè)HF-2頁(yè)巖氣井水平段地層主要為頁(yè)巖，井深1357．42～1363．6m為漏失層，地層承壓能力差。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，制定詳細(xì)的固井技術(shù)措施，確保固井質(zhì)量。在通井、扶正器的安放，前置液水泥漿體系以及注替工藝等方面都進(jìn)行了針對(duì)性設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)施工順利，未發(fā)生水泥漿漏失，候凝48h，根據(jù)聲幅曲線測(cè)定，在1280～1450m井段聲幅值為10%～12%，1450～2888m井段聲幅值為3%～5%，聲幅曲線幅度低，說(shuō)明套管與水泥膠結(jié)良好，固井質(zhì)量達(dá)到要求。

表5 現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)

5 結(jié)論

1）要保證油基泥漿長(zhǎng)水平段井下套管順利，必須優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，優(yōu)選定向點(diǎn)和井眼軌跡，確保平滑的井眼，減少 “狗腿度”，可以大幅度減小套管摩阻；同時(shí)做好模擬通井，去除巖屑床、保證井眼暢通；應(yīng)用固井計(jì)算機(jī)軟件，利用井眼軌跡、井徑、井斜等數(shù)據(jù)做好模擬計(jì)算，合理確定套管扶正器安放位置及類(lèi)型，可以保證套管安全順利下入，并保證套管居中度，為提高固井質(zhì)量提供前提保障。

2）套管扶正器的安放不一定增加下套管的下放摩阻，相反其安放位置和類(lèi)型的優(yōu)選合理，可以有效減少下套管的下放摩阻。

3）油基泥漿長(zhǎng)水平段固井技術(shù)的關(guān)鍵在于前置液的設(shè)計(jì)，應(yīng)用有針對(duì)性的高效清洗液和沖洗液，優(yōu)化其性能，能有效清洗和沖刷掉油基泥餅和油膜，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)，提高固井水泥漿的頂替效率及膠結(jié)質(zhì)量。

4）應(yīng)用韌性膠乳雙凝水泥漿體系，配方中乳膠、FLO-S降濾失劑、減輕劑、MX增強(qiáng)防竄劑及FIB纖維的加入，能夠有效降低水泥漿的自由水，增加水泥漿防氣竄性能，提高水泥漿的穩(wěn)定性及膠凝強(qiáng)度，并有一定防漏失功能，是油基泥漿長(zhǎng)水平段固井水泥漿體系的最佳選擇。

5）漂浮頂替技術(shù)以及雙混雙注雙替技術(shù)有助于提高套管居中度，改善頂替效率確保固井質(zhì)量，針對(duì)于水平井固井作業(yè)效果明顯。

［1］吳雪平，許明標(biāo)，周福新 ．韌性膠乳水泥漿在試驗(yàn)評(píng)價(jià)及其水平井固井作業(yè)中的應(yīng)用 ［J］．石油天然氣學(xué)報(bào) （江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)），2014，36 （6）：34～37．

［2］王毅，彭志剛，徐浩然 ．水平井復(fù)合水泥漿體系研究及應(yīng)用 ［J］．鉆采工藝，2009，34（2）：103～105．

［3］姜偉 ．渤海大位移水平井固井關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用 ［J］．中國(guó)海上油氣 （工程），2002，14（4）：28～34．