鄂爾多斯盆地伊陜構(gòu)造單通道井完井固井技術(shù)

郭文猛, 黨冬紅, 朱澤鑫， 徐明會， 陳 光， 黃 霞

(1.中國石油渤海鉆探工程有限公司第一固井公司，河北任丘 062552；2.中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

鄂爾多斯盆地伊陜斜坡構(gòu)造氣藏主要受控于近南北向分布的大型河流、三角洲砂體帶，是典型的巖性圈閉氣藏。氣層由多個單砂體橫向復(fù)合疊置而成，屬于典型的低孔、低滲、低產(chǎn)、低豐度大型氣藏[1-2]。石盒子組盒8段和山西組山1段是主要的含氣層系[3]，儲層孔隙壓力31.5 MPa，溫度110 ℃左右。上部劉家溝組及石千峰組地層易漏，漏失壓力當(dāng)量密度1.25～1.29 kg/L。盒8段下部平均孔隙度為9.5% ，上部為8.7%，山1段為6.55%；盒8段下部滲透率為1.09 mD，上部為0.881 mD，山1段為 10.22 mD。

對于低孔、低滲、低產(chǎn)的油氣藏，為降低開發(fā)成本，國外常采用單通道鉆井完井技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。伊陜斜坡構(gòu)造氣藏對單通道鉆井完井技術(shù)具有較強(qiáng)的適用性[4-5]。由于單通道井不下入生產(chǎn)套管，僅依靠水泥環(huán)密封，所以必須保證水泥環(huán)的封固質(zhì)量。氣井單通道完井水泥漿要求具有更好的防氣竄性能，水泥環(huán)封固質(zhì)量要好，界面膠結(jié)強(qiáng)度要高，同時應(yīng)具有穩(wěn)定的機(jī)械性能。但是，單通道完井固井屬于大環(huán)空小套管固井，與常規(guī)井眼固井相比，存在環(huán)空頂替效果差、施工泵壓高等難點(diǎn)；同時，單通道井固井后所能采取的補(bǔ)救措施非常有限，且補(bǔ)救費(fèi)用高昂。為此，筆者針對伊陜斜坡構(gòu)造氣藏的地質(zhì)及工程特點(diǎn)，完善單通道完井固井工藝，選用合適的水泥漿和固井工具，提高了單通道井的固井質(zhì)量。

1 單通道井的井身結(jié)構(gòu)

單通道井從井底到地面只有油管一個流動通道，最后對生產(chǎn)油管進(jìn)行封固，水泥環(huán)就像一段很長的生產(chǎn)封隔器，使油管固井作為完井的一個整體部分。國外單通道井的井眼和管串一般為φ311.1 mm+φ215.9 mm+φ155.6 mm井眼和φ244.5 mm +φ177.8 mm +φ73.0 mm管串；有時也采用超小井眼和管串：φ250.8 mm+φ171.5 mm+φ120.7 mm井眼，φ193.7 mm+φ215.9 mm+φ73.0 mm管串[6]。鄂爾多斯盆地伊陜斜坡構(gòu)造單通道井的井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 單通道井井身結(jié)構(gòu)Fig.1 Wellbore configuration of mono-bore completion well

2 單通道井完井固井技術(shù)難點(diǎn)

1) 封固φ88.9 mm油管時，由于油管內(nèi)徑很小，循環(huán)壓耗較高，泵壓通常超過20 MPa，要正常作業(yè)，需要配套大功率的固井泵。

2) 膠塞容易失效，導(dǎo)致水泥漿殘留在油管內(nèi)，最后凝固在油管壁上，在油管內(nèi)部形成水泥環(huán)，影響后期TAP閥投球分級壓裂。造成膠塞易失效的原因是：膠塞在油管中的運(yùn)行速度比常規(guī)固井操作運(yùn)行速度快3倍，由于摩擦力的影響，會顯著增加膠塞的磨損。在常規(guī)井中可以下入刮泥器或是通過循環(huán)將水泥漿帶出，但是在單通道井中并不適用。為了解決水泥漿頂替不凈的問題，在頂替液中加入緩凝劑，使殘留在油管中的水泥漿可以長時間不凝固。最后下連續(xù)軟管進(jìn)行循環(huán)，加大洗井力度，防止加有緩凝劑的洗井液在射孔時污染地層[7]。

3) 由于大環(huán)空小套管固井時的環(huán)空流速低，不能很好地使地層降溫，造成井底循環(huán)溫度高。因此，不能采用常規(guī)方法評估井底循環(huán)溫度。

4) 在大環(huán)空中φ88.9 mm油管難以居中。φ88.9 mm油管是薄壁管，在井下由于重力的影響容易發(fā)生彎曲，更容易靠在井壁底邊發(fā)生壓差卡鉆。為了保證固井質(zhì)量[8]，要確保套管平均居中度大于75%，所以在狗腿度嚴(yán)重井段，需要通過模擬油管的彎曲、扶正器的變形、油管的偏心度和靜止流體的啟動壓力，優(yōu)化扶正器的安放位置和間距。

3 單通道完井固井關(guān)鍵措施

3.1 前置液設(shè)計

在φ215.9 mm井眼中下入φ88.9 mm油管固井，具有典型的大環(huán)空小套管固井作業(yè)特點(diǎn)。為保證良好的泥餅清洗效果和較高的頂替效率，前置液應(yīng)由性能優(yōu)良的化學(xué)沖洗液和加重隔離液2部分組成，從而改善流體與鉆井液接觸面的性能，提高驅(qū)替效果。在φ88.9 mm油管和φ215.9 mm井眼環(huán)空中施工有幾個影響因素：1)在1.0 m3/min排量下施工，管內(nèi)循環(huán)壓耗及后期管內(nèi)外靜壓差較大，導(dǎo)致替漿期間施工泵壓超過20 MPa；2)泵壓以及地層承壓能力限制了施工排量，大環(huán)空間隙漿體頂替很難達(dá)到紊流，給前置液清洗井眼帶來困難。φ88.9 mm油管和φ215.9 mm井眼的平均單位長度環(huán)空容積約為37 L/m，平均返速只有0.45 m/s，無法達(dá)到紊流頂替(1.0 m/s)。

化學(xué)沖洗液與鉆井液接觸混合后，應(yīng)能降低鉆井液的塑性黏度與動切力。加重隔離液應(yīng)有強(qiáng)水濕、低固相、易紊流流動、相容性好的特性，能有效隔離鉆井液與水泥漿。加重隔離液還應(yīng)具有剪切稀釋性，以便于攜帶沉砂和清除虛泥餅[9]。

3.2 水泥漿

固井時，水泥漿在油管中的流動摩阻很大，循環(huán)壓耗較高。同時替漿期間，水泥漿在環(huán)空中動液柱壓力及流動阻力對地層形成的激動壓力大，存在壓漏地層的風(fēng)險。因此，采用密度1.35 kg/L的微珠低密度水泥漿封固非產(chǎn)層，采用密度1.90 kg/L的膠乳水泥漿封固產(chǎn)層[10]，既可以減小后期施工壓力，降低漏失風(fēng)險，保護(hù)油氣層，又可以防止水泥漿失重，達(dá)到候凝期間壓穩(wěn)油氣層的目的。膠乳防氣竄水泥漿具有良好的抗高溫、防氣竄性能，所形成水泥石的體積收縮率小，并且有足夠的機(jī)械性能，在后續(xù)試油和進(jìn)行增產(chǎn)措施時能保持完整性。

3.3 固井工具及管串設(shè)計

φ88.9 mm油管固井時，由于管串尺寸小，無法像常規(guī)固井下鉆具鉆水泥塞，如果水泥塞過長，可能導(dǎo)致整井報廢。因此，要求下部水泥塞在確保井筒承壓能力的情況下，盡可能地少留。為保證固井結(jié)束后敞壓無回流，選用耐高溫、耐酸堿性能好、反向承壓能力35 MPa的強(qiáng)制復(fù)位雙凡爾浮箍、浮鞋。為避免水泥塞過長，一般在允許范圍內(nèi)將氣底與碰壓位置的距離延長至50 m以上。完井管串設(shè)計為φ88.9 mm浮鞋×1個+φ88.9 mm油管×3根+φ88.9 mm浮箍×1個+φ88.9 mm油管串+位于儲層上的TAP閥組件+φ44.5 mm管嘴+φ88.9 mm油管串+φ88.9 mm油管懸掛器+φ88.9 mm聯(lián)頂節(jié)×1根。

3.4 關(guān)鍵技術(shù)措施

1) 合理安放扶正器。針對伊陜斜坡構(gòu)造所鉆氣井井斜角較大的情況(最大井斜角達(dá)到35°以上)，設(shè)計了專用的φ215.9 mm×φ88.9 mm彈性扶正器，并通過軟件模擬了套管柱受力分布與強(qiáng)度曲線以及套管扶正器安放與居中度對比曲線，確保套管居中度大于75%。

2) 使用校準(zhǔn)膠塞，不但可以校準(zhǔn)替量，還可以在水泥封固油管之前對油管試壓。在注水泥施工之前，放入校準(zhǔn)膠塞，校準(zhǔn)膠塞到TAP閥位置前降低排量，碰壓至10 MPa，逐漸增壓至14 MPa，對油管試壓，穩(wěn)壓15 min，無壓降，繼續(xù)緩慢加壓，校準(zhǔn)膠塞在壓力升至約18.5 MPa時破裂。

3) 采用雙膠塞水泥頭，注水泥前壓下膠塞，注完水泥漿后壓上膠塞，減少水泥漿與隔離液、水泥漿與鉆井液的混合。

4) 為防止上膠塞未刮凈的水泥漿與KCl鹽水替漿液混合，在釋放上膠塞后，注入一定體積清水作為后隔離液，以避免混漿增稠造成的電測儀器遇阻。

5) 利用泵壓、排量、密度指導(dǎo)施工，實(shí)現(xiàn)整個施工過程動態(tài)化管控。適當(dāng)附加領(lǐng)漿量，保證水泥漿返高，并著重確保后期尾漿的密度。在頂替后期及時降低排量，防止施工壓力過高造成劉家溝組地層發(fā)生漏失。

6) 為防止留塞和替空，采用3種方法計量校準(zhǔn)頂替量：一是在頂替開始時用水泥車計量用水量；二是以校準(zhǔn)膠塞碰壓量為標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)水泥車計量儀表計量；三是用干凈的鉆井液罐計量返出量。3種計量方法相互校驗(yàn)，以保證替漿量準(zhǔn)確，降低留塞或替空風(fēng)險。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

伊陜斜坡構(gòu)造的15口單通道井固井時采取了以上技術(shù)措施，固井合格率100%，優(yōu)質(zhì)率達(dá)到66.7%，優(yōu)良率較常規(guī)完井固井質(zhì)量提高40%。下面筆者以 SN0083-08 井為例，介紹具體的完井固井情況。

SN0083-08 井是鄂爾多斯盆地伊陜斜坡構(gòu)造上的一口定向井，二開φ215.9 mm鉆頭鉆至井深4 114.00 m中完，φ88.9 mm套管下深4 104.00 m，采用一次上返固井工藝。根據(jù)壓力平衡計算結(jié)果，采用密度1.35 kg/L的低密度水泥漿作為領(lǐng)漿，封固647.00～3 600.00 m井段，采用密度1.90 kg/L的膠乳水泥漿作為尾漿，封固3 600.00～4 104.00 m井段。

密度為1.35 kg/L的低密度水泥漿的配方為：嘉華G級水泥+減輕增強(qiáng)劑 BXE-600S +降濾失劑G60S+分散劑USZ+緩凝劑 GH-6+消泡劑G603+井場水；其性能為：流動度21 cm，稠化時間376 min，API濾失量13 mL，析水為0，塑性黏度105 mPa·s，動切力11.24 Pa，48 h抗壓強(qiáng)度10.3 MPa。密度為1.90 kg/L的膠乳水泥漿的配方為：嘉華G級水泥+膠乳 BCT-800L+降濾失劑 BXF-200L+緩凝劑 BXR-200L+分散劑CF40S+消泡劑G603+抑泡劑D50+井場水；其性能為：流動度23 cm，稠化時間250 min，API濾失量5 mL，析水為0，塑性黏度158 mPa·s，動切力13.03 Pa，24 h抗壓強(qiáng)度21.2 MPa。

將完井管串下到位，循環(huán)處理鉆井液，將鉆井液密度調(diào)至1.17 kg/L，黏度調(diào)至44 s；電測校準(zhǔn)TAP閥位置；坐封油管懸掛器；循環(huán)鉆井液，安裝水泥頭及鉆井液沖洗管線，管線試壓31 MPa；壓校準(zhǔn)膠塞，注校準(zhǔn)液17.6 m3；注前置液19 m3(沖洗液9 m3，隔離液10 m3)；釋放并壓下膠塞；注水泥漿176.4 m3(其中1.35 kg/L領(lǐng)漿160 m3，1.90 kg/L尾漿16.4 m3)；用清水沖洗管線，釋放并壓上膠塞，注入100 mL清水作為后隔離液；注入KCl鹽水頂替水泥漿；碰壓28 MPa，泄壓無倒流，敞壓候凝48 h后電測評價固井質(zhì)量。

電測解釋結(jié)果是氣層封固段優(yōu)質(zhì)，非產(chǎn)層封固段良，全井綜合評價為合格。

5 結(jié)論與建議

1) 伊陜斜坡構(gòu)造單通道井完井固井時，采用微珠低密度水泥漿和膠乳水泥漿，不但降低了薄弱地層發(fā)生漏失的風(fēng)險，而且確保了產(chǎn)層水泥環(huán)具有較好的抗高溫及防氣竄性能。

2) 目前單通道鉆井完井技術(shù)在海上邊際油氣田應(yīng)用較多，但在國內(nèi)陸上油田應(yīng)用尚處于起步階段，缺乏配套的固井液體系和固井工具，固井工藝也不完善，需要研制開發(fā)配套的固井液體系和固井工具，完善固井工藝。

參考文獻(xiàn)
References

[1] 宋健，韓衛(wèi)華.鄂爾多斯盆地北部氣井長裸眼段固井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2004，32(4)：50-51.

Song Jian,Han Weihua.Long open hole cementing technology for gas well in the north of Erdos Basin[J].Petroleum Drilling Techniques,2004,32(4)：50-51.

[2] 董桂玉.蘇里格氣田上古生界氣藏主力含氣層段有效儲集砂體展布規(guī)律研究[D].成都：成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，2009.

Dong Guiyu.Distribution regulation of effective reservoir sandbody in major gas-bearing interval of Upper Paleozoic in Sulige Gas Field[D].Chengdu：Chengdu University of Technology，Institute of Sedimentary Geology,2009.

[3] 李克明.鄂爾多斯盆地北部晚古生代的深盆氣氣藏[J].石油與天然氣地質(zhì)，2002，23(2)：190-193.

Li Keming.Deep basin gas reservoirs of late Palaeozoic in northern Ordos Basin[J].Oil & Gas Geology,2002,23(2)：190-193.

[4] Yingvorapant W,Christieson R.Infill drill-rig time optimization in the Gulf of Thailand[R].SPE 103663,2006.

[5] Wiwat Yodinlom,Nat Luckanakul,Pichai Tanamaitreejitt.World class drilling in the Gulf of Thailand[R].SPE 79896,2003.

[6] Morrison T L,Smith C.Economic sand control and stimulation strategy for marginal wells with limited reserves[R].SPE 92777,2005.

[7] Simonds Randy,Swan Tom.Development of a large-bore monobore completion system for gas production[R].SPE 64279,2000.

[8] Luckanakul Nat,Davidson John P,Weber Lawrence,et al.Integrated team approach to zonal isolation creates value[R].SPE 88014,2004.

[9] Pornpoch Tiraputra,Pattanapong Thiravutpinyo,Sunchai Pongorapin,et al.Overcoming shallow-gas drilling difficulties in the Gulf of Thailand[R].SPE 87179,2004.

[10] 瞿佳，嚴(yán)思明，許建華，等.膠乳防腐水泥漿在元壩地區(qū)的應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù)，2013，41(3)：94-98.

Qu Jia,Yan Siming,Xu Jianhua,et al.Application of corrosion resistant latex cement slurry in Yuanba Area[J].Petroleum Drilling Techniques，2013，41(3)：94-98.