玉門油田欠平衡井固井技術研究與應用

杜　江，劉　謙，田群山，祁文明

（西部鉆探國際鉆井公司，甘肅酒泉735009）

玉門油田欠平衡井固井技術研究與應用

杜江*，劉謙，田群山，祁文明

（西部鉆探國際鉆井公司，甘肅酒泉735009）

為了提高玉門油田欠平衡井的固井質(zhì)量，對欠平衡井的固井難點進行了系統(tǒng)分析，從水泥漿體系和固井工藝方面開展了研究，制定了針對性的技術對策，體系上對水泥漿的性能進行了優(yōu)化，工藝上改進了前置液、優(yōu)化了環(huán)空漿柱結構和注替參數(shù)，同時結合配套技術措施，通過現(xiàn)場應用取得了良好的效果。

欠平衡井；固井；尾管懸掛

1　概述

玉門油田青西、鴨兒峽區(qū)塊隨著多年的開采，地層壓力逐漸降低，為了發(fā)現(xiàn)油氣層和保護油層，玉門油田部署了欠平衡井，井身結構主要為“三層”結構，井型為定向井，完鉆井深在3600～4900m之間，統(tǒng)計前期平均井徑擴大率為25.14%，完井采用尾管懸掛工藝固井，由于沒有一套成熟的欠平衡井固井工藝和水泥漿體系，整體固井質(zhì)量不理想。

2　固井難點分析及技術對策

2.1固井難點

（1）欠平衡鉆井，受地應力影響，井眼不規(guī)則，不利于水泥漿的頂替，影響水泥漿與地層的膠結質(zhì)量。

（2）井徑擴大率大，甚至超過彈性扶正器的外徑，導致套管居中度低，固井質(zhì)量難以保證。

（3）欠平衡完井大多采用尾管懸掛固井，“大肚子，小出口”，施工壓力高，裸眼井段頂替排量相對較低。

（4）由于欠平衡井大多為定向井，水泥漿性能需滿足定向井固井的要求，同時為了滿足有效頂替和保護油層的需要，需控制較短的過渡時間和較低的環(huán)空靜壓差，因此對水泥漿的要求高。

2.2技術對策

2.2.1水泥漿體系調(diào)試與優(yōu)選

（1）針對欠平衡井的固井提出對水泥漿性能的要求；

（2）對低密、常規(guī)和常規(guī)加砂水泥漿體系進行室內(nèi)評價和優(yōu)選，提高水泥漿壁面剪切力，并不斷完善水泥漿性能，滿足玉門油田欠平衡固井的要求；

（3）根據(jù)實鉆情況優(yōu)選水泥漿體系。

2.2.2優(yōu)化固井工藝

（1）采用沖洗前置液，加大前置液用量，有利于井壁清洗和水泥漿頂替；

（2）優(yōu)化漿柱結構：通過漿柱結構的優(yōu)化，減小替漿壓力，有利于提高頂替排量；

（3）優(yōu)化注替參數(shù)：在條件允許的情況下合理設計替漿頂替排量，盡量提高環(huán)空返速，滿足最佳層流頂替。

2.2.3其它技術要求

（1）完鉆后循環(huán)充分鉆井液，在確保巖屑攜帶干凈的前提下，促使裸眼井壁段形成泥餅。

（2）對雙弓和單弓彈性扶正器進行評價，并合理配套使用這2種扶正器，提高套管居中度。

（3）固井前調(diào)整鉆井液性能滿足有效頂替的要求。

3　技術對策研究

3.1水泥漿體系

3.1.1水泥漿性能要求

水泥漿對油氣層的傷害主要有：濾液進入儲層，粘土礦物發(fā)生膨脹，縮小油流孔道；水泥漿濾液與地層水和鉆井液濾液發(fā)生反應產(chǎn)生沉淀，堵塞孔隙；水泥漿顆粒進入孔隙，堵塞孔道，降低滲透率；水泥漿在初凝失重期間，水泥漿濾液及固相顆粒有充分的機會進入儲層，傷害油氣層，降低滲透率。因此重點要控制水泥漿的游離液小于0.2mL、失水小于50mL、穩(wěn)定性（上下密度差）小于0.02g/cm3、水泥漿的過渡時間小于30min。

3.1.2水泥漿室內(nèi)調(diào)配

為了滿足不同井深和不同封固段的要求，室內(nèi)對低密早強、低密高強、常規(guī)和常規(guī)加砂4種水泥漿體系進行了調(diào)試，根據(jù)玉門油田的實際鉆井情況，優(yōu)選了配方4，其配方和性能如表1所示。

表1　室內(nèi)調(diào)試的配方

3.2固井工藝

3.2.1優(yōu)化前置液體系

BCS沖洗液具有較強的滲透作用，能夠快速地滲入鉆井過程中在井壁上形成的泥餅，將泥餅分散和剝蝕掉，從而提高水泥漿與接觸界面的膠結能力；還具有較強的洗油特性，在較寬溫度范圍內(nèi)對水基和油基泥漿具有優(yōu)良的沖洗作用。能夠有效地清除和驅(qū)替井中油相物質(zhì)，將井中親油界面改變?yōu)橛H水界面，提高水泥漿與界面的膠結性能；與油基和水基鉆井液具有良好的相容性。因此室內(nèi)采用BCS為主劑調(diào)試了沖洗前置液配方，配方為清水+10%沖洗劑+10%降失水劑+1%緩凝劑+0.1%消泡劑，沖洗效率能夠達到90%以上，沖洗時間小于3min。

3.2.2漿柱結構研究

水泥漿柱結構依據(jù)地層壓力、地層破裂壓力、設備的額定壓力和最高靜壓差來進行設計，既能保障注替過程中能壓穩(wěn)地層、不壓漏地層，又能保護油層和保障施工安全。所以要確定施工過程中的環(huán)空當量密度范圍（以青2-69井為例，井深4820m）。

①環(huán)空當量密度下限。青2-69井地層孔隙壓力梯度最大為：1.18MPa/100m，因此環(huán)空當量密度下限為1.2g/cm3。

②環(huán)空當量密度上限。青西區(qū)塊循環(huán)壓耗一般在18MPa，高壓管線的最額定壓力為35MPa，考慮安全因素，施工壓力按80%計算為28MPa，施工過程產(chǎn)生的靜壓差不超過4MPa，計算出最大環(huán)空當量密度為1.29g/cm3。該壓力小于地層破裂壓力的當量密度1.95g/cm3，且能夠保障施工安全，因此允許的環(huán)控當量密度上限為1.45g/cm3。

③環(huán)空漿柱結構設計。通過環(huán)空當量密度范圍，結合盡量減小靜壓差的原則，漿柱結構設計為：預處理泥漿（500m井段）+沖洗前置液（300m井段)+水泥漿（封固段），通過青2-69井環(huán)空當量密度計算為1.23g/cm3，靜壓差為3.3MPa，該漿柱結構滿足固井要求。

3.2.3優(yōu)化注替參數(shù)

在現(xiàn)場條件一定的情況下，優(yōu)化注替參數(shù)能夠有效提高頂替效率和保障固井施工安全，其中替漿排量是參數(shù)優(yōu)化的核心。摩阻壓力梯度與頂替速度的平方成正比，頂替排量的提高可最大程度地提高水泥漿的摩阻壓力梯度，從而提高頂替效率。結合青2-69井實際情況，通過對不同排量下環(huán)空壓力的計算，排量在15L/s時，環(huán)空返速能夠達到1m/s，替漿壓力能夠在25MPa以內(nèi)，因此設計注替排量15L/s，碰壓時降低排量至12L/s左右，控制壓力在25MPa以內(nèi)。

3.3其它技術措施

為了確保施工安全，保障固井質(zhì)量，在完善固井工藝，優(yōu)化水泥漿性能的前提下，制訂了如下技術技術措施。

（1）下套管前必須認真通井，遇阻井段要認真劃眼，同時循環(huán)充分鉆井液，確保巖屑攜帶干凈，促使裸眼井壁段形成泥餅，確保井眼暢通無阻。

（2）在井眼條件一定的情況下，每根套管加放一只扶正器，雙弓和單弓彈性扶正器交替加放，通過軟件計算，裸眼井段的套管居中度能夠達到80%，有利于提高了頂替效率。

（3）準備隔離液15m3左右，密度在鉆井液和水泥漿之間，粘度低于70s，替漿時在中心管位置替入，防止水泥漿污染，保障施工安全。

（4）套管入境后在保證鉆井液性能穩(wěn)定的前提下，降低鉆井液的塑性粘度和動切力，使其低于水泥漿切力，控制粘度在50s左右、屈服值小于15Pa，有利于水泥漿的頂替。

（5）在尾管坐掛前，為了將巖屑攜帶干凈，需充分循環(huán)鉆井液2周以上，要求鉆井液性能穩(wěn)定且滿足固井施工要求。

4　現(xiàn)場應用情況

4.1基本情況

該技術目前在玉門油田運用5口井（鴨西6井、鴨西7井、青2-69井、青2-70井和青2-76井），固井質(zhì)量合格率100%。其中青2-69井是酒泉盆地酒西坳陷青西凹陷窟窿山構造的一口開發(fā)定向井，該井定向井段為3026～3294m，3294m之后穩(wěn)斜鉆井，中完井深4452.00m，三開采用?165mm鉆頭液相欠平衡鉆進，泥漿密度1.15g/cm3，完鉆井深4822m，平均井徑225.65mm，最大井斜25.54°/4650m，最大狗腿度3.6°/ 4500m。完井下入?127mm油層套管至井深4820m，采用尾管懸掛方式固井，下套管和固井施工安全、順利。青2-69井的井徑井斜曲線見圖1。

圖1　青2-69井的井徑井斜曲線圖

4.2主要技術措施

該井在運用欠平衡井固井技術的同時，采用了如下技術措施：

（1）為了起到?jīng)_刷、過渡和隔離的作用，配置了密度為1.15 g/cm3預處理泥漿，粘度50s。

（2）由于該井封固段不長，為了有效封固裸眼井段，采用了常規(guī)加砂水泥漿體系，水泥漿性能滿足設計要求，稠度系數(shù)為0.93Pa·sn，動切力33Pa。

（3）為了防止中心管拔出后水泥漿和鉆井液污染，在懸掛器位置替入隔離液7m3，其密度為1.15g/cm3，漿體流動性和沉降穩(wěn)定性良好。

（4）固井前充分循環(huán)了泥漿，調(diào)整了性能，粘度71s，屈服值（9.9Pa）低于水泥漿的屈服值（23Pa）。

4.3固井施工及質(zhì)量評價

該井固井準備工作充分，套管下入和尾管坐掛倒扣順利，注入水泥漿18m3，平均密度為1.9cm3，施工排量在14～16L/s之間，最高施工壓力23MPa，碰壓明顯，套管密封良好，后期測井固井質(zhì)量合格，優(yōu)質(zhì)井段占60.5%。

5　認識

（1）欠平衡井固井的水泥漿體系能夠滿足固井要求，但有待于進一步完善。

（2）預處理泥漿和沖洗前置液優(yōu)化了漿柱結構，起到了隔離、過渡和沖洗的作用，且有利于提高頂替效率。

（3）定向井段每根套管加放一只扶正器，有利于套管的順利下入和居中。

（4）在尾管懸掛固井中，采用隔離液的防污染技術對固井施工安全尤為重要。

（5）對于只是發(fā)現(xiàn)油層而采用欠平衡鉆井的井，可以實施固井，但對為了保護油藏實施的欠平衡鉆井，不建議實施固井。

[1]樊朝斌，補成中，等.川西深層欠平衡鉆井井壁穩(wěn)定的幾個問題[J].石油地質(zhì)與工程，2007，21（1）.

[2]劉德平，王仕水，等.高壓低滲透氣井欠平衡固井技術[J].天然氣工藝，2009，29（8）.

TE256

B

1004-5716(2016)11-0081-03

2015-12-08

2016-01-18

杜江（1984-），男（漢族），貴州甕安人，工程師，現(xiàn)從事固井技術研究與現(xiàn)場服務工作。