冀中凹陷留107斷塊堵漏和防漏相結(jié)合固井技術(shù)

秦國宏 ，覃 毅 ，蔡 鵬 ，劉書冬 ，談 濤 ，王福昌 ，張曉靜

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 062552）

2.中海油安全技術(shù)服務(wù)有限公司 （天津 300452)

冀中凹陷肅寧油田留107斷塊位于河北省肅寧縣窩北鎮(zhèn)，是中國石油華北油田分公司重點(diǎn)勘探開發(fā)的區(qū)塊之一。近來來，為滾動(dòng)擴(kuò)邊、增加產(chǎn)能，在留107斷開先后布置了多組叢式井，主要開發(fā)沙河街組上部砂巖儲(chǔ)層，油藏埋藏深度3 000～3 400m左右。均為二開井身結(jié)構(gòu)，二開使用Φ215.9mm鉆頭鉆進(jìn)，下入Φ139.7mm套管完井。

該區(qū)塊經(jīng)過多年開發(fā)調(diào)整，裂縫發(fā)育和連通性較好的高滲透地層承壓能力極低，鉆井過程中常見滲透性漏失、產(chǎn)層虧空性漏失[1]。漏失嚴(yán)重時(shí)鉆井液只進(jìn)不出，不能建立基本的循環(huán)；部分井眼經(jīng)過多次堵漏效果都不明顯，不得不進(jìn)行固井；有的井雖然經(jīng)過堵漏勉強(qiáng)建立循環(huán)，但是地層承壓能力非常低，循環(huán)排量受到限制，無法滿足固井要求。

在已經(jīng)完成鉆井施工的留107-7、留107-32x、留 107-33x、留 107-34x、留 107-51x、留 107-52x、留107-53x、留107-54x、留107-55x等井中，在鉆進(jìn)過程中均發(fā)生過不同程度的漏失，漏失層多集中在3 000～3 400m砂巖井段，部分井兼有上部地層漏失。留107-7井鉆至3 406.58m時(shí)漏速達(dá)83.5m3/h，被迫提前完鉆；留107-32x井在鉆至3 285m時(shí)發(fā)生過滲透性井漏，漏失大量鉆井液，主要原因是Es1層的砂巖發(fā)育，膠結(jié)疏松；留107-52x井鉆進(jìn)過程中發(fā)生惡性漏失，井口失返泥漿，耗時(shí)15d通井、堵漏6次效果仍不明顯，最后強(qiáng)行固井；后續(xù)投入的留107-51x、留 107-53x、留 107-54x、留 107-55x 都發(fā)生了不同程度的漏失。

1 固井風(fēng)險(xiǎn)與難點(diǎn)

1.1 固井風(fēng)險(xiǎn)

1）造成油氣井失控。對于嚴(yán)重漏失的井，如留107-7井，漏速達(dá)83.5m3/h，若固井時(shí)發(fā)生如此惡性漏失，環(huán)空液面迅速下降，壓力降低，當(dāng)液柱壓力小于地層壓力時(shí)，將誘發(fā)井涌、井噴等重大事故，后果將十分嚴(yán)重。

2）容易造成水泥漿低返、漏封目的層，導(dǎo)致固井失敗。

3）若發(fā)生快速漏失，井壁將失去穩(wěn)定而掉塊、垮塌，堵死環(huán)空，造成“灌香腸”事故。

4）泥漿中泥沙和大顆粒堵漏材料較多，易引起環(huán)空憋堵。漏失井由于堵漏需要，無法使用泥漿除砂、凈化裝置，泥漿攜帶出來的泥沙只能靠靜止、沉降來除去一小部分，大部分泥沙存在于泥漿中，固井過程中由于水泥漿具有極強(qiáng)的攜沙能力，加大了環(huán)空憋堵的可能性；固井后可能人工井底較高，測聲幅無法到底。

1.2 固井難點(diǎn)

1）地層承壓能力低，固井漏失風(fēng)險(xiǎn)大，漏失層大多都在產(chǎn)層，漏失的水泥漿將進(jìn)入地層孔隙通道，使產(chǎn)層遭受污染，嚴(yán)重影響后期開發(fā)。

2）漏失井由于壓力虧空、井眼狀況差等各種原因，固井水泥石膠結(jié)質(zhì)量往往不理想。列舉的9口井中，留 107-7、留 107-32x、留 107-33x、留 107-34x等4口井是往年完成的井，固井質(zhì)量都存在各樣的問題。

3）由于長期的堵漏、通井，大肚子井眼多，井徑起步規(guī)則。水泥漿無法對大肚子井段進(jìn)行置換，頂替效率低；同時(shí)，泥沙易在小井眼處淤積，引起環(huán)空憋堵，加重漏失。

4）施工過程必須嚴(yán)格控制，保證連續(xù)性，同時(shí)要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行施工，稍有誤差便會(huì)影響固井設(shè)計(jì)的針對性，引發(fā)事故。

5）水泥漿體系既要快速優(yōu)質(zhì)的封固目的層，又不壓漏地層，同時(shí)要具有良好的流動(dòng)性、低失水、零析水。

6）頂替排量小，無法對虛泥餅、殘漿、油污、油膜進(jìn)行有效沖刷和頂替，難以保證一、二界面的膠結(jié)質(zhì)量和整個(gè)封固段的固井質(zhì)量。

2 固井技術(shù)措施研究

通過上述分析看出，留107斷塊的漏失井給固井工程帶來了諸多的技術(shù)難題和安全風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重制約了該區(qū)塊的后續(xù)勘探開發(fā)，必須研究針對性較強(qiáng)的固井技術(shù)，滿足固井需要。

2.1 資料收集

1）資料收集。開好現(xiàn)場辦公會(huì)，緊跟一線生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，收集全現(xiàn)場資料，分析漏層位置、漏失性質(zhì)、漏失量、漏失速度，確定施工工藝。

2）根據(jù)電測情況準(zhǔn)確把握井眼狀況，如井徑、溫度、油氣顯示情況、油氣層位置，優(yōu)選前置液、水泥漿，優(yōu)化固井液結(jié)構(gòu)。

2.2 井眼準(zhǔn)備

1）采用原鉆具結(jié)構(gòu)通井，根據(jù)電測井徑曲線，在大井眼井段處循環(huán)，小井眼處劃眼。下鉆到底后，及時(shí)調(diào)整泥漿性能，以最大排量循環(huán)至少2周，井眼暢通、井壁穩(wěn)定后方可下套管。

2）對于漏失井，或者即使沒有發(fā)現(xiàn)漏失但處于易漏失層的井，下套管前必須結(jié)合固井工藝要求進(jìn)行徹底堵漏，用重泥漿或固井排量進(jìn)行試漏[2,5]，保證固井成功。

3）套管到底后，小排量頂通，再以通井時(shí)最大排量循環(huán)至少2周以上，盡量利用振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、離心機(jī)等凈化設(shè)備充分除砂、除泥，使泥漿性能滿足固井要求，保證施工安全。

4）扶正器可保證套管良好居中，進(jìn)一步提高井筒的暢通性，避免環(huán)空憋堵，提高固井質(zhì)量。

2.3 固井液體系

漏失是石油鉆探工程不可避免的問題，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究、試驗(yàn)，提出了很多解決方案。但是由于各區(qū)塊地質(zhì)特點(diǎn)不同、井況千差萬別、兼顧成本考慮，很難找到針對性較強(qiáng)的固井實(shí)例借鑒?；诹?07斷塊實(shí)際情況，進(jìn)行了固井液體系研究。其思路是：優(yōu)選超低密度水泥漿進(jìn)行平衡壓力固井；利用優(yōu)質(zhì)的前置液提高頂替效率；使用堵漏型水泥漿增強(qiáng)地層承壓能力[3]；在不增加靜壓差的前提下,合理增加超低密水泥漿附加量,保證水泥返高。

2.3.1 優(yōu)選高效前置液

長期的通井、循環(huán)堵漏，泥漿中混大量油基潤滑材料和堵漏材料，起鉆時(shí)鉆具附著物嚴(yán)重，下完套管后，有大量的泥餅、油膜、油餅、油漿附著在井壁和套管壁上，極大地影響一、二界面膠結(jié)質(zhì)量。必須科學(xué)地設(shè)計(jì)前置液類型和數(shù)量，保證井下安全的前提下，對一、二界面進(jìn)行充分沖洗，改善環(huán)空界面的親水性，提高水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量；另外，前置液由于密度低、流性好，可以在排量較小的情況下達(dá)到紊流狀態(tài)，彌補(bǔ)頂替排量小的缺陷。優(yōu)選FH-100L高效驅(qū)油前置液，穩(wěn)定井壁和稀釋鉆井液、隔離前后流體，使其易達(dá)到紊流條件[4]。注入量約占環(huán)空高度200m，經(jīng)過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)踐，具有良好的效果。

2.3.2 低密水泥漿領(lǐng)漿

在全井水泥漿總量的基礎(chǔ)上，附加總量20%～30%的低密度水泥漿領(lǐng)漿，密度與鉆井液密度相當(dāng)。領(lǐng)漿具有密度小、流性好、攜沙能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，既是“前置液”，又是水泥漿，可進(jìn)一步?jīng)_刷井壁、攜帶泥沙、防止環(huán)空憋堵，保證水泥漿返高。

2.3.3 堵漏型高強(qiáng)低密度水泥漿

根據(jù)地層承壓情況和環(huán)空液柱壓力計(jì)算，設(shè)計(jì)堵漏型高強(qiáng)超低密度水泥漿封固上部地層，優(yōu)選水泥配方，水泥漿配方及其性能見表1。通過優(yōu)質(zhì)國產(chǎn)漂珠、減輕劑、微硅的復(fù)合應(yīng)用，將水泥漿密度降低到1.45～1.50g/cm3，漿體穩(wěn)定性良好；注重堵漏材料的應(yīng)用，進(jìn)一步增強(qiáng)地層承壓能力；水泥漿中按一定比例混入分散劑，使其具有良好的流動(dòng)性，利于在較小的頂替排量下能達(dá)到紊流狀態(tài)，提高頂替效率。

經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)，水泥漿無明顯分層沉淀現(xiàn)象,上下密度無差異，體積收縮小。

2.3.4 堵漏型高密度膨脹水泥漿

高密度水泥漿因其早期強(qiáng)度高、形成強(qiáng)度快等特點(diǎn)，是封固油氣水層的最佳選擇。該區(qū)塊油層段斜長約400m，垂長約250m，高密度水泥漿比超低密度水泥漿增加的靜壓差有限。水泥漿配方及其性能見表2。經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)，水泥漿無分層沉淀現(xiàn)象,上下密度無差異，體積膨脹率3%～5%。

微硅與水泥顆粒緊密堆積，可提高漿體穩(wěn)定性、增強(qiáng)水泥環(huán)的強(qiáng)度和韌性；降失水劑和分散劑的配伍使用，稠化時(shí)間可調(diào)、失水小、控制析水、改善漿體流變性能；膨脹劑可防止水泥環(huán)因體積收縮而產(chǎn)生微縫隙、微裂縫。

2.4 工藝技術(shù)措施

2.4.1 做好應(yīng)急預(yù)案

若固井過程中發(fā)生滲透性漏失，立即降低頂替排量；若發(fā)生惡性漏失，環(huán)空液面迅速下降，則關(guān)閉封井器，進(jìn)行節(jié)流固井；現(xiàn)場準(zhǔn)備好充足的鉆井液和清水備用，防止發(fā)生惡性漏失后沒有足夠的頂替液。

2.4.2 控制注、替漿排量

注水泥排量1.2m3/min，均勻穩(wěn)定，避免過大的激動(dòng)壓力造成井漏；替漿排量不得大于通井時(shí)最大排量，頂替起壓后，根據(jù)壓力狀況可適當(dāng)?shù)亟档团帕?，控制泵壓，防止漏失?/p>

2.4.3 嚴(yán)密過程控制

固井施工時(shí)，相關(guān)設(shè)備必須運(yùn)轉(zhuǎn)良好，各崗位人員就位，泥漿出口處專人坐崗，發(fā)現(xiàn)返出異常，立即聯(lián)系指揮人員，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。對于注入井內(nèi)的流體，必須按設(shè)計(jì)的數(shù)量、密度、次序等要求，平穩(wěn)、連續(xù)注入，杜絕密度忽高忽低，嚴(yán)防施工中斷。

3 現(xiàn)場應(yīng)用和質(zhì)量檢測

留107-52x、留107-53x井鉆井過程漏失較嚴(yán)重,經(jīng)過長期堵漏效果不明顯，排量控制在1.6m3/min勉強(qiáng)建立循環(huán)，最后只得強(qiáng)行固井。通過堵漏和防漏相結(jié)合固井技術(shù)的應(yīng)用，徹底解決了該井漏失問題，測井聲幅值3%～8%之間，固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)。

留 107-51x、留 107-54x、留 107-55x井鉆井中發(fā)生了滲透性漏失，平均漏失量約300m3，通井排量只能達(dá)到1.8m3/min，且無法進(jìn)行地層承壓試驗(yàn)。為了防止固井過程中水泥漿增加的靜壓差加重漏失程度，堵漏和防漏相結(jié)合固井技術(shù)，固井候凝，測聲幅顯示：3口井固井質(zhì)量全部優(yōu)質(zhì)。

4 結(jié)論和認(rèn)識

1）油田老區(qū)塊的調(diào)整井、加密井，原始壓力系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生很大變化，漏失等復(fù)雜情況較多，應(yīng)根據(jù)實(shí)際井況，認(rèn)真分析總結(jié)，科學(xué)制定固井方案，適應(yīng)油田開發(fā)需要。

2）漏失井固井的重點(diǎn)是防止污染產(chǎn)層、保證封固質(zhì)量。

表1 低密度水泥漿試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3）堵漏和防漏相結(jié)合固井技術(shù)具有很好的防漏、堵漏效果，針對性較強(qiáng)，成本低廉，易于操作，可有效解決漏失井固井問題。

4）隨著老區(qū)的二次勘探開發(fā)，層間不均衡會(huì)進(jìn)一步加劇，應(yīng)加大力度進(jìn)行堵漏和防漏相結(jié)合固井技術(shù)的研究與完善，適應(yīng)新的勘探開發(fā)生產(chǎn)需求。

[1]吳應(yīng)凱,石曉兵,陳平,等.低壓易漏地層防漏堵漏機(jī)理探討及現(xiàn)場應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2004,24(3):81-83.

[2]甄立杰,張克明,吳修賓.易漏失井固井前井眼準(zhǔn)備技術(shù)研究 [C]∥2004年固井技術(shù)研討會(huì)論文集編委會(huì).2004年固井技術(shù)研討會(huì)論文集，2004:317-328.

[3]鄧明杰.川東北河壩構(gòu)造低壓易漏地層固井技術(shù)研究[J].天然氣技術(shù)，2004,4(1):47-49.

[4]覃毅,蔡鵬,尤鳳堂,等.冀中凹陷留463加深井超小間隙尾管固井技術(shù)[J].內(nèi)蒙古石油化工，2012,38(16):85-86.

[5]劉延強(qiáng),徐同臺,楊振杰,等.國內(nèi)外防漏堵漏技術(shù)新進(jìn)展[J].鉆井液與完井液,2010,27(6):80-84.