吐哈油田大間隙、不規(guī)則井眼固井技術(shù)實(shí)踐

王紅科，靳劍霞，王　野，任　路，任　強(qiáng)，劉　音，曹洪昌，趙福祥

（渤海鉆探工程技術(shù)研究院，天津300457）

吐哈油田大間隙、不規(guī)則井眼固井技術(shù)實(shí)踐

王紅科*，靳劍霞，王野，任路，任強(qiáng)，劉音，曹洪昌，趙福祥

（渤海鉆探工程技術(shù)研究院，天津300457）

吐哈油田部分區(qū)塊存在大間隙、不規(guī)則井眼的固井問題，大環(huán)空、不規(guī)則井段的存在導(dǎo)致頂替效率低，固井施工作業(yè)難度大，固井過程中易發(fā)生油、氣、水竄問題，影響界面膠結(jié)質(zhì)量，進(jìn)而影響固井質(zhì)量。針對(duì)以上固井難點(diǎn)，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)水泥漿配方進(jìn)行了優(yōu)化，采取變排量固井工藝和先導(dǎo)漿、聚合物前置液等技術(shù)措施，解決了鉆井液與水泥漿的相容性差問題，提高了頂替效率，解決了大間隙、不規(guī)則井眼固井技術(shù)難題，在神泉、三塘湖等區(qū)塊進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)，具有較好的應(yīng)用推廣價(jià)值。

固井；大間隙；不規(guī)則；頂替效率；固井質(zhì)量

大間隙、不規(guī)則井眼井的固井難題在全國(guó)普遍存在，由于井徑環(huán)空的幾何曲線不規(guī)則以及環(huán)空間隙大導(dǎo)致固井過程中易發(fā)生竄槽、鉆井液驅(qū)替不干凈，頂替效率低，界面無法形成有效的膠結(jié)，最終嚴(yán)重影響固井質(zhì)量。吐哈油田神泉和三塘湖等地區(qū)，由于存在嚴(yán)重鹽膏層、泥巖段，導(dǎo)致井眼垮塌嚴(yán)重，極易形成“糖葫蘆”“大肚子”井眼現(xiàn)象，導(dǎo)致固井質(zhì)量不理想。為保證這些區(qū)塊大環(huán)空、不規(guī)則井眼井的固井施工安全，提高固井質(zhì)量，有針對(duì)性地優(yōu)化了水泥漿體系，并采用適當(dāng)?shù)墓叹に嚰夹g(shù)，提高了固井質(zhì)量，具有較好的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1　技術(shù)難點(diǎn)

（1）井徑不規(guī)則，頂替效率低。由于地層特性，掉塊嚴(yán)重，井徑擴(kuò)大率大，并且井眼易形成“糖葫蘆”、“大肚子”井眼，導(dǎo)致常規(guī)水泥漿很難驅(qū)替干凈，影響膠結(jié)質(zhì)量。

（2）環(huán)空間隙大。套管離井壁最大單邊距離達(dá)100mm左右，實(shí)際封固段最大環(huán)容超過70L/m，造成超大環(huán)空固井的施工難題，存在頂替效率無法保證造成竄槽的風(fēng)險(xiǎn)。

2　技術(shù)對(duì)策

2.1優(yōu)化水泥漿體系

2.1.1防竄性能研究

水泥漿在候凝過程中易引起“失重”，從而導(dǎo)致油、氣、水發(fā)生竄槽，影響固井質(zhì)量［1-3］。要從根本上解決固井后的竄槽問題和提高二界面膠結(jié)質(zhì)量，必須首先解決水泥漿的體積收縮問題，在水泥中添加氣體膨脹劑是補(bǔ)償水泥漿體積收縮從而防止竄槽提高固井質(zhì)量的有效措施之一［4］。

為此在水泥漿中加人了ZP-2氮?dú)夥栏Z劑來增加水泥漿的防竄性能，ZP-2由發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑構(gòu)成，在35℃以上釋放氮?dú)猓⑿馀菥鶆虻姆植荚谒酀{中，在液柱壓力下氣泡體積收縮、儲(chǔ)存能量，形成預(yù)應(yīng)力水泥漿。在水泥漿凝結(jié)“失重”期間，氮?dú)鈿馀蒹w積膨脹，補(bǔ)充因“失重”而降低的孔隙壓力，氮?dú)馑酀{形成的預(yù)應(yīng)力擠壓井壁和套管，提高2個(gè)界面的膠結(jié)質(zhì)量，起到防竄的作用。與其他防竄外加劑比較，ZP-2對(duì)套管不產(chǎn)生氫脆腐蝕。加量范圍0.2%～0.4%，常壓體積膨脹率10%～25%，如圖1所示。

圖1　水泥石膨脹對(duì)比圖

2.1.2水泥漿體系整體評(píng)價(jià)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，取現(xiàn)場(chǎng)水進(jìn)行水泥漿體系的現(xiàn)場(chǎng)模擬評(píng)價(jià)試驗(yàn)。通過大量室內(nèi)試驗(yàn)，最終確定了水泥漿體系的配方如下：天山G級(jí)（MSR）水泥+0.25%ZF-1+0.25%ZP-2+2.5%ZJ-5+0.15%ZH-2+現(xiàn)場(chǎng)水，以吐哈油田三塘湖地區(qū)某探井為例，通過實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)該水泥漿體系的綜合性能，結(jié)果如表1所示。

表1　水泥漿配方數(shù)據(jù)

圖2是該水泥漿體系在88℃、55MPa下的稠化曲線圖，從稠化曲線上可以看出，稠化之前水泥漿稠度始終保持在一個(gè)恒定值，說明該水泥漿體系可泵性好、穩(wěn)定性高。稠化曲線基本呈直角化，說明可有效防止油、氣、水竄，有利于提高固井質(zhì)量。

圖2　88℃、55MPa條件下水泥漿稠化曲線圖

2.2提高頂替效率措施法

2.2.1先導(dǎo)漿和前置液組合技術(shù)［5］

為了解決因?yàn)殂@井液與水泥漿的相容不好而引起的問題：混漿在大肚子井眼滯留、水泥漿受污染后流動(dòng)性變差引起井下復(fù)雜等，在注水泥之前加入有改性木質(zhì)素磺酸鹽、磺化醛酮縮聚物等復(fù)配而成的先導(dǎo)漿相容劑，隔出10m3鉆井液與相容劑按比例混合加以改造形成20m3先導(dǎo)漿，注入段長(zhǎng)為500m左右，對(duì)鉆井液流變性進(jìn)行改良，提高鉆井液與水泥漿的相容性，從而提高了頂替效率，增加第二界面膠結(jié)強(qiáng)度［6］。選用ZJ-5、ZF-1配置聚合物類優(yōu)質(zhì)前置液體系在保證有效清潔井壁的同時(shí)也能保證井壁的穩(wěn)定保證施工安全，配方為：6%ZJ-5+2.5%ZF-1+配漿水，密度在1.40g/cm3左右。用先導(dǎo)漿、前置液、鉆井液和水泥漿進(jìn)行相容性試驗(yàn)，結(jié)果表明隨著前置液侵入量增大，塑性表觀粘度以及屈服值均有降低，說明混漿具有良好流變相容性，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2　前置液、先導(dǎo)漿、鉆井液和水泥漿流變相容性實(shí)驗(yàn)

2.2.2變排量固井施工工藝

鑒于該井環(huán)空間隙大，頂替效率低的實(shí)際情況，決定采用紊流、塞流復(fù)合頂替技術(shù)提高頂替效率［7］。在不同替漿階段調(diào)節(jié)替漿排量，使前置液和水泥漿對(duì)不同井徑下鉆井液都具有良好的驅(qū)替效果。負(fù)壓時(shí)，在滿足施工安全作業(yè)要求的前提下盡可能采取紊流排量，通過紊流渦旋在頂替也和鉆井液界面產(chǎn)生擾動(dòng)、攜帶作用，有效提高頂替效率。在頂替最后留2.0m3用水泥車低速碰壓，達(dá)到防止最后壓力過高壓漏地層和控制水泥漿塞流上返的雙重作用。通過在不同替漿階段調(diào)節(jié)替漿排量，達(dá)到了良好的頂替效率。

2.2.3提高套管居中度［8］

在下套管時(shí)，油頂以上150m至井底每根套管加1只彈性扶正器（彈性雙弓、旋流混加），其余水泥封固段每2根套管加1只扶正器直到設(shè)計(jì)返高為止，以確保套管的居中度。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

（1）在吐哈油田三塘湖地區(qū)某探井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該井是吐哈油田三塘湖盆地條中構(gòu)造的一口重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)探井，目的是為了落實(shí)主要目的層構(gòu)造及儲(chǔ)層類型與含油情況，尋找規(guī)模儲(chǔ)量，開辟新的勘探領(lǐng)域。二開鉆井中，由于油層顯示不好，甲方?jīng)Q定更改鉆井設(shè)計(jì)，二開改下139.7mm油層套管，下深3668m，封固段為2900～3700m，原井身結(jié)構(gòu)和井徑數(shù)據(jù)如表3和圖3所示。

表3　三塘湖區(qū)塊某探井原井身結(jié)構(gòu)

圖3　三塘湖區(qū)塊某探井井徑曲線示意圖

圖3為吐哈油田三塘湖某探井井徑曲線示意圖，可以看出該井的井徑極為不規(guī)則，分別在2950m、3200m、3275m、3400m和3575m附近出現(xiàn)5處明顯的“糖葫蘆大肚子”，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)電測(cè)，2900～3700m平均井徑279.77mm，最大井徑334.06mm，最小井徑241.63mm。

2014年12月14日，該井進(jìn)行固井施工，該井設(shè)計(jì)水泥漿封固段為2900～3700m，平均環(huán)空容積為46L/m，封固段長(zhǎng)800m，注入水泥漿量為50m3，大泵替漿38m3，水泥車碰壓2.0m3。該井施工順利，經(jīng)2014年12月17日電測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果如圖4所示，水泥實(shí)際返高為2325m，固井質(zhì)量全井優(yōu)質(zhì)，達(dá)到了甲方的預(yù)期要求，該井超大環(huán)空固井取得圓滿成功。

圖4　三塘湖區(qū)塊某探井聲幅測(cè)井曲線圖

（2）在吐哈油田神泉地區(qū)對(duì)某鹽膏層井井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該井為二開井，完鉆井深2665m，鉆頭為?215mm，下入?139.7mm套管，井徑極為不規(guī)則，封固段井徑擴(kuò)大率為32.9%，部分井徑數(shù)據(jù)如圖5所示。從圖中可以看出該井分別在2300m、2380m和2480m附近出現(xiàn)3處明顯的“糖葫蘆大肚子”，套管離井壁最大單邊距離達(dá)124mm。

圖5　神泉區(qū)塊某鹽膏層井井徑曲線示意圖

該井施工情況如下：該井封固段長(zhǎng)1335m，注水泥漿為80m3，大泵替漿29m3，水泥車碰壓2.7m3。該井施工順利，經(jīng)電測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果如圖6所示，水泥返高滿足設(shè)計(jì)要求，固井質(zhì)量全井優(yōu)質(zhì)，達(dá)到了甲方的預(yù)期要求。

圖6　神泉地區(qū)某鹽膏層井井聲幅測(cè)井曲線圖

4　結(jié)論

（1）針對(duì)大環(huán)空、井徑不規(guī)則實(shí)際情況，室內(nèi)優(yōu)選出防竄水泥漿體系配方，采用紊流、塞流復(fù)合頂替策略固井，取得了成功。

（2）使用先導(dǎo)漿及聚合物高效沖洗前置液，保證有效清潔井壁和井壁的穩(wěn)定，提高了頂替效率，有利于提高第二界面的膠結(jié)質(zhì)量，提高了固井質(zhì)量，在吐哈油田三塘湖地區(qū)和神泉地區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，固井質(zhì)量良好，有利于今后在其他區(qū)塊推廣應(yīng)用。

［1］高元，楊廣國(guó)，常連玉，高麗.塔河油田橋古區(qū)塊防氣竄固井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2013，35（6）：40-43.

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Cementing Technology Practice of Large Gap and Irregular Borehole in Tuha Oilfield

WANG Hong-ke，JIN Jian-xia，WANG Ye，REN Lu，REN Qiang，LIU Yin，CAO Hong-chang，Zhao Fu-xiang
（Engineering Technology Research Institute，BHDC，Tianjin 300457，China）

There were borehole cementing difficulties such as large gaps and irregularity in Tuha Oilfield，which results in low displacement efficiency，great difficulity in cementing operation，oil，gas or water breakthrough，so it influences the interface cementing quality seriously.In order to solve the above difficulties the laboratory experiment research was made，the performances of cement slurry system was optimized，variable-displacement，preflush and polymer pad fluid were used to improve the cementing quality.The compatibility of drilling fluids and cement slurry as well as the displacement efficiency were improved.Large gap and irregular borehole cementing problems were resolved.The field test was carried out in Shenquan Block and Santanghu Block，which showed that the borehole cementing quality achieved highly，and has good application and promotion value.

cementing；large gap；irregular borehole；displacement efficiency；cementing quality

TE256

B

1004-5716（2016）08-0035-04

2015-09-01

中國(guó)石油集團(tuán)公司項(xiàng)目“枯竭油氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)固井技術(shù)與壓縮機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)”先導(dǎo)性試驗(yàn)（2014F-1501）。

王紅科（1983-），男（漢族），河北邯鄲人，工程師，現(xiàn)從事油田化學(xué)品研發(fā)工作。