蘇里格氣田水平井水平段固井技術及應用

陸　川，溫　璟，韓　煒，黃同祥，王若灃，李　鑫，楊　洋

（1.西安石油大學，陜西西安　710065；2.中國石油長慶油田分公司安全環(huán)保監(jiān)督部，陜西西安　710021；3.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安　710021；4.中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川　750006）

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蘇里格氣田水平井水平段固井技術及應用

陸川1，3，溫璟2，韓煒3，黃同祥3，王若灃3，李鑫3，楊洋4

（1.西安石油大學，陜西西安710065；2.中國石油長慶油田分公司安全環(huán)保監(jiān)督部，陜西西安710021；3.中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安710021；4.中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，寧夏銀川750006）

摘要：蘇里格氣田水平井完井方式通常分為尾管懸掛或裸眼封隔器完井方式，為配合水平井后期水力橋塞泵送壓裂試驗，2015年在蘇里格氣田開展水平井水平段固井試驗。該試驗水平段套管與井壁之間間隙小，固井存在注水泥漿流動阻力大，施工壓力高，頂替效率低，形成的水泥環(huán)薄等難點。為保證施工順利、確保固井質量，防止發(fā)生氣、水竄，后續(xù)井下作業(yè)能順利實施，著手對固井工具及附件、水泥漿體系方面進行研究，形成一套完整的水平段固井技術措施。

關鍵詞：水平段；小間隙固井；水泥漿；工具及附件

蘇里格氣田是一個非均質性強的低滲、低壓、低豐度氣田，為降低成本，提高開發(fā)效益，蘇里格氣田的開發(fā)方式由直井逐漸轉向了水平井。該區(qū)塊水平井完井方式通常分為尾管懸掛或裸眼封隔器完井方式，該完井方式目前存在的問題是不能有效防止環(huán)空竄流發(fā)生，不能選擇性布孔目的層，不能有效對儲層進行多層段分層改造，為解決以上問題，遂開展水平井固井完井免鉆橋塞分段壓裂工藝試驗［1，2］。

該工藝是北美非常規(guī)油氣藏水平井開發(fā)的主體技術，應用比例高達80%以上；前期長慶油田公司與斯倫貝謝公司合作，在SD-H2井開展該項工藝先導性試驗，取得較大的工程認識；為了進一步提高水平井單井產量，豐富氣田水平井體積壓裂技術手段，探索固井完井條件下體積壓裂工藝，形成長慶氣田水平井水力橋塞分段壓裂技術，2015年在蘇里格氣田再次開展該項試驗［3，4］。

水平段固井完井試驗為該項試驗中的重要環(huán)節(jié)［5］，在固井過程中，由于水平段套管與井壁之間間隙小，套管居中困難，難以保證水泥漿頂替效率和封固質量，而且固井施工壓力高，風險大，一旦出現施工事故后期補救處理困難。

本文研究通過優(yōu)選附件，合理安放扶正器，優(yōu)選水泥漿體系，應用高效沖洗隔離液，提高頂替效率，合理制定現場施工技術措施，保證固井質量［6］。

1　固井難點

（1）環(huán)空間隙小的問題：井眼鉆頭尺寸為152.4 mm，生產套管尺寸114.3 mm，套管與井壁之間（尤其是扶正器外徑為145 mm與井壁之間）環(huán)空間隙小，套管下入困難，在重力作用下套管容易靠近井壁下側居中度難以保證。

（2）水泥漿性能的問題：要求水泥漿保持較好的穩(wěn)定性；對水泥石的抗壓、抗沖擊等力學性能要求更高；由于施工壓力高，對水泥漿失水量、流變性等性能提出了更高的要求。

（3）水泥漿混配問題：必須嚴格控制混灰及配液質量，確保混灰均勻、無雜物結塊等，否則會發(fā)生雜物堵塞校準膠塞、浮箍而憋泵、留水泥塞。

（4）附件問題：施工壓力高易造成浮箍受損，同時由于全井段套管長對膠塞耐磨性要求高，必須優(yōu)選出性能良好的固井工具及套管附件。

（5）地層穩(wěn)定性問題：要求水平段地層穩(wěn)定性高，如果有泥巖段等不穩(wěn)定地層，容易引起掉塊、垮塌等問題，由于水泥漿攜砂能力強，容易引起砂堵導致憋漏地層或者留水泥塞事故。

2　應對措施

2.1水泥漿體系選擇

為了滿足固井以及后續(xù)井下施工作業(yè)要求和解決防氣竄以及防漏問題，保證水泥漿體系穩(wěn)定，不發(fā)生留水泥塞事故，這就需要優(yōu)選出性能優(yōu)異的水泥漿體系。

想要提高固井質量，防止氣、水發(fā)生竄槽。水泥漿體系必須滿足：（1）水泥漿體系必須達到零游離液以保證環(huán)空上端沒有積水帶產生；（2）水泥漿失水必須控制在50mL/30min以內；（3）水泥漿必須有很好的沉降穩(wěn)定性。

經過大量室內試驗研究分析，優(yōu)選出彈性自愈合水泥漿體系和柔性水泥漿體系。

2.1.1彈性自愈合水泥漿體系兩凝體系設計采用密度為1.65g/cm3+1.83g/cm3彈性自愈合水泥漿體系，該體系形成的水泥環(huán)具有較低的彈性模量、較高的泊松比和適中的抗壓強度。在固井施工完成后，水泥環(huán)因受到壓裂施工、射孔等因素影響，會出現微小的裂紋，該體系加入自愈合劑后，通過一定的條件，可以使其內部發(fā)生化學反應而自愈合修復裂縫，防止發(fā)生氣竄，是一種良好的固井水泥漿體系。

2.1.2柔性水泥漿體系兩凝體系設計采用密度為1.75g/cm3+1.84g/cm3柔性水泥漿體系，該體系形成的水泥環(huán)具有較低的彈性模量、較高的泊松比和適中的抗壓強度，固完井后形成的水泥環(huán)能滿足經受后續(xù)井下作業(yè)施工的檢驗，具有良好的防氣竄能力，能降低水泥石的滲透率，提高抗拉強度、彈性和良好的膠結質量等特性，適合于大斜度井、水平井等高難度固井作業(yè)中。

2.2固井工具及套管附件選用

為滿足水平段固井的特殊要求，需優(yōu)選出配套固井工具及套管附件來保證施工順利，要求工具可靠性高，特別是要保證下套管順利、施工碰壓正常，不能發(fā)生留水泥塞或替空的事故。

（1）浮箍、旋轉引鞋：經過優(yōu)化設計，采用旋轉引鞋、下浮箍和上浮箍以及匹配的校正短節(jié)等附件組合（見圖1）。

圖1　引鞋對比

（2）膠塞：水平段固井套管較長，常規(guī)膠塞不能滿足其特殊要求，容易導致管內水泥刮替不干凈，需要質量可靠的膠塞封隔水泥及頂替液，最終優(yōu)選出斯倫貝謝生產的自鎖復合膠塞（見圖2，圖3）。

圖2　下膠塞（校準膠塞）

圖3　上膠塞

（3）套管扶正器：優(yōu)選出Φ114.3 mm×Φ145 mm整體剛性螺旋式扶正器，扶正器能保證套管順利下入且提高套管居中度。采用軟件模擬結合現場實際情況確定加放原則為：水平段每2根套管加放1只，斜井段每3根加放1只。按要求加放扶正器后居中度情況（見圖4，圖5）。

圖4　扶正器對比

圖5　模擬居中度

圖6　模擬居中度

（4）水泥頭：固井水泥頭選用Φ 114.3 mm水泥頭，該水泥頭絲扣扣型為長圓扣，帶膠塞指示器裝置，最高工作壓力35MPa，最高密封試驗壓力53MPa，最高強度試驗壓力70MPa，滿足施工要求（見圖6）。

2.3水泥混配工藝

選用的校準膠塞孔徑只有38 mm，容易被雜物堵塞導致憋泵，這就要求注入井內的水泥漿不能含雜物，為此需要制定出配套的水泥混配工藝：水泥、外摻料及外加劑干混時，嚴格按程序要求執(zhí)行，每道環(huán)節(jié)由專人負責；多次混灰，使水泥及外摻料及外加劑混拌均勻；加強混灰管理，防止雜物混入水泥中，混灰、裝灰前要對底藏罐、混拌罐、灰罐車進行全部清罐檢查，采用過濾裝置，確保上井水泥干凈無雜物。

所有液體添加劑采用液混方式進行，為保證添加劑均勻采用配液灌內持續(xù)攪拌，待攪拌均勻后取樣現場做實驗。為確保水泥漿密度均勻，尾漿采用批混撬提前批混達到均勻的設計密度待領漿注入完畢后連續(xù)注入尾漿。

2.4配套工藝技術

2.4.1防漏和壓穩(wěn)工藝

（1）漏層工藝堵漏，提高漏層承壓能力。必須加強漏失井堵漏，固井前必須進行承壓堵漏，提高地層承壓能力，為固井施工提供足夠的安全窗口，確保封固質量。

（2）控制完井套管下放速度。防止由于套管下放速度過快對地層產生超過地層破裂壓力的激動壓力，導致薄弱地層漏失。

（3）變排量頂替工藝，為了施工連續(xù)、緊湊需要合理控制頂替速度，頂替速度過大會對地層產生大的激動壓力，不利于井壁穩(wěn)定，嚴重時會壓漏地層，因此對頂替速度應進行合理控制。

2.4.2現場施工配套工藝

（1）下套管前必須采用不低于套管剛度的滿眼鉆具組合通井，模擬套管剛性認真單扶、雙扶通井到井底兩次，確保井眼暢通，無遇阻遇卡。

（2）通井到底后，調整好鉆井液的潤滑性及各項性能，充分循環(huán)，以保證巖屑能夠清洗出井眼，清除巖屑床保證井眼干凈暢通。

（3）固井前循環(huán)調整好泥漿性能，在保證井下安全的前提下，盡量降低黏切，降低含砂量，使之具有良好的穩(wěn)定性和流變性，且泥漿循環(huán)不少于兩周。

（4）使用4m3CXY化學沖洗液作為前置液，沖洗、稀釋、緩沖、隔離鉆井液，同時清洗套管外壁及井壁的油膜。

（5）配置1m3專用壓塞液作后置液，頂替液全部為清水，采用三臺水泥車（帶數據采集儀），專車頂替壓塞液和替量，盡量減少、避免施工中停，并采取人工計量和流量計計量相結合的方式確保計量準確。

（6）頂替膠塞過水平段時排量控制在0.3m3/min～0.4m3/min，保證膠塞平穩(wěn)直到碰壓。

3　現場應用

SD-H2井于2015年7月25日固井，井口采用套管頭坐掛方式，水平段采用下套管注水泥固井完井方式，注水泥固井位置：2 560m～4 800m，阻流環(huán)位置：4 775.84m，水平段長1 500m。水泥漿體系采用彈性自愈合體系。

固井前循環(huán)壓力8MPa，投校準膠塞后注鉆井液39.4m3時15MPa校準塞破裂，施工注4m3沖洗液，壓力8MPa，注領漿7m3，尾漿21m3，壓膠塞2m3壓塞液，頂替排量0.85m3/min，替至10m3時起壓，排量降至0.8m3/min，壓力5MPa后排量再降至0.5m3/min，20m3以后頂替排量0.4m3/min，38.5m3時碰壓，壓力21MPa～26MPa，5MPa關井候凝，出口返出正常。

SD-H2井固井質量結果達到了預期目標，成功的保證了氣井水平井水平段固井質量和水泥返高。選用的Φ114.3 mm浮箍、旋轉引鞋、矯正短接性能良好，有效保證人工井底符合要求。這口井水平段固井后雖未進行聲幅檢測，但后期的射孔、酸化壓裂等施工均未出現因固井質量影響的問題。該井采用水力泵送免鉆橋塞分段體積壓裂工藝，優(yōu)選20個井段分簇射孔、EM50壓裂液壓裂改造九段，測試無阻流量44.099 6×104m3/d。

通過與鄰近水平井改造效果對比，水平井固井完井免鉆橋塞分段壓裂工藝試驗效果良好（見表1）。

表1　水平井常規(guī)完井方式與水平段固井完井方式改造效果對比

4　結論及認識

（1）氣井水平井水平段固井施工壓力高，風險大，一旦造成施工事故處理困難，因此保證井眼干凈暢通，選擇性能優(yōu)良、可靠的固井工具是保障施工安全的前提。

（2）水泥環(huán)力學完整性是保證氣井水平井水平段后續(xù)增產改造技術施工順利與否的關鍵，應加強開發(fā)相應的水泥漿體系，加強添加劑與工藝技術的研究。優(yōu)選出的彈性自愈合水泥漿體系穩(wěn)定、各種性能良好，有效保證了水泥返高及填充段固井質量。

（3）采用一套嚴格的水泥混配工藝有效確保了現場施工水泥無雜物，采用的水泥漿批混工藝有效保證了水泥漿密度均勻，這些工藝為施工安全提供了有利保障。

（4）科學精細的固井設計、詳實得當的技術措施、性能合理的水泥漿體系、連續(xù)的施工步驟是保障固井質量和安全的前提。

參考文獻：

［1］趙常青，馮彬，劉世彬，等.四川盆地頁巖氣井水平井段的固井實踐［J］.天然氣工業(yè)，2012，32（9）：61-65.

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［5］劉成貴.非常規(guī)油氣水平井固井關鍵技術研究與應用［J］.石油鉆采工藝，2013，35（2）：48-51.

［6］韓烈祥，向興華.水平井固井技術新進展［J］.天然氣工業(yè)，2007，27（12）：86-88.

中圖分類號：TE256.6

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）06-0091-04

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.06.023

*收稿日期：2016－05-25