靖南區(qū)塊漏失井固井工藝研究

吳陽， 肖志海， 沈小剛， 郭一兵， 金志軒

蘇里格氣田靖南區(qū)塊地質(zhì)上屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，鉆井地層自上而下依次為新生界第四系；中生界白堊系、侏羅系、三疊系；上古生界石炭系、二疊系；下古生界奧陶系[1-3]。由于地層承壓能力低，鉆進(jìn)至三疊系劉家溝組地層時(shí)，常發(fā)生壓裂性裂縫漏失。為保證固井作業(yè)的正常進(jìn)行，常采用的辦法是先進(jìn)行堵漏作業(yè)，堵漏成功后再進(jìn)行固井作業(yè)[4-6]，但是堵漏成功后也難以保證固井期間不再產(chǎn)生漏失。因此，解決該問題的方法之一是在該區(qū)塊使用分級(jí)固井工藝技術(shù)[7-8]，然而該區(qū)塊部分開發(fā)井在下套管期間發(fā)生漏失，井口失返，無法建立正常的循環(huán)，常用的分級(jí)固井已經(jīng)無法滿足全井段封固的要求[9-10]。為了降低固井作業(yè)復(fù)雜風(fēng)險(xiǎn)，提高全井段封固合格率，考察了不同堵漏劑對(duì)水泥漿性能的影響，研制了一種適合蘇里格氣田靖南區(qū)塊的堵漏水泥漿體系，并針對(duì)該區(qū)塊的地質(zhì)特性，制定了特殊正注反擠施工工藝，滿足全井段封固的固井質(zhì)量要求[11-17]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器

G級(jí)油井水泥，工業(yè)級(jí)；纖維混合物QD-2、植物顆粒堵漏劑、復(fù)合纖維DF-NIN，工業(yè)級(jí)。堵漏材料試驗(yàn)儀。

1.2 水泥漿堵漏性能評(píng)價(jià)方法

將配好的堵漏水泥漿倒入堵漏實(shí)驗(yàn)儀的缸體中，再選擇不同型號(hào)的裂縫板模擬地層裂縫，接好管線后，以0.014 MPa/s的升壓速率將壓力升至0.69 MPa，然后以0.069 MPa/s的升壓速率進(jìn)行升壓，當(dāng)壓力升至3.5、5.0、6.9 MPa時(shí)穩(wěn)壓5 min，并記錄排出液體的體積。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，打開模擬通道，觀察封堵情況。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

根據(jù)靖南區(qū)塊承壓堵漏實(shí)驗(yàn)可知，該區(qū)塊劉家溝組地層的承壓當(dāng)量密度在1.35 g/cm3左右，因此選擇1.35 g/cm3輕珠水泥漿作為堵漏水泥漿基礎(chǔ)配方。輕珠是一種多孔性固體，當(dāng)其進(jìn)入地層后，能在裂縫中形成骨架結(jié)構(gòu)，因此具有一定的堵漏能力。為了提升輕珠水泥漿體系的堵漏性能，在輕珠水泥漿中加入堵漏材料，考察不同堵漏材料對(duì)輕珠水泥漿體系性能的影響，并對(duì)堵漏水泥漿體系進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 植物顆粒對(duì)輕珠水泥漿性能的影響

在輕珠水泥漿中，改變植物顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，測定水泥漿體系常溫常壓下的流變性能及水泥石的抗壓強(qiáng)度。由表1可知，隨著植物顆粒加入量的增加，稠度系數(shù)、塑性黏度及動(dòng)切力逐漸變大，流性指數(shù)及強(qiáng)度逐漸變小。這是因?yàn)槎侣﹦┲参镱w粒具有較大的顆粒直徑，且屬于惰性材料，并不參與水泥漿的稠化反應(yīng)，因此其大大影響了水泥石的整體結(jié)構(gòu)，使水泥漿體系的稠度變大，流變性變差，水泥石強(qiáng)度降低，但是當(dāng)此水泥漿體系進(jìn)入漏層后，堵漏劑植物顆粒的特有結(jié)構(gòu)易在裂縫中形成骨架，阻止水泥漿的漏失，起到較好的堵漏效果。

表1 堵漏劑植物顆粒對(duì)水泥漿流變性能的影響

2.2 QD-2對(duì)輕珠水泥漿性能的影響

改變纖維混合物QD-2的加量，考察其對(duì)輕珠水泥漿體系流變性及抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表2。

表2 QD-2對(duì)水泥漿流變性能及水泥石強(qiáng)度的影響

由表2可以看出，隨著QD-2加入量的增加，稠度系數(shù)、塑性黏度及動(dòng)切力逐漸變大，流性指數(shù)及水泥石強(qiáng)度逐漸變小，但變化均不大。纖維混合物的顆粒均勻混合于水泥漿后易交聯(lián)橋接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)堵漏水泥漿進(jìn)入地層裂縫后，水泥顆粒填充于纖維混合物的顆粒形成的網(wǎng)孔之中，阻止水泥漿的漏失。而其顆粒直徑較小的特性使得水泥漿體系的性能變化均不大。

2.3 DF-NIN對(duì)輕珠水泥漿性能的影響

改變復(fù)合纖維DF-NIN的加量，考察DF-NIN對(duì)輕珠水泥漿常溫常壓下的流變性能及45 ℃、24 h下抗壓強(qiáng)度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 DF-NIN對(duì)水泥漿流變性能及水泥石強(qiáng)度的影響

由表3可以看出，隨著DF-NIN加入量的增加，水泥漿的稠度、流動(dòng)性、塑性黏度、動(dòng)切力及水泥石的抗壓強(qiáng)度基本不變。這是因?yàn)镈F-NIN具有較好的可塑性及較大的比表面積，當(dāng)其加入輕珠水泥漿中后，易吸附水泥漿中的固態(tài)顆粒形成聚集體，當(dāng)復(fù)合纖維水泥漿進(jìn)入裂縫后，其形成的聚集體能在裂縫中充當(dāng)骨架結(jié)構(gòu)，并借助水泥漿水化膠結(jié)反應(yīng)，將裂縫封堵牢固，而其較好的韌性使水泥石的抗壓強(qiáng)度不會(huì)降低。

2.4 正交實(shí)驗(yàn)

通過以上實(shí)驗(yàn)及水泥漿堵漏實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)可知，在輕珠水泥漿體系中加入單一的堵漏材料，其性能很難達(dá)到施工要求，因此必須優(yōu)化堵漏水泥漿體系，在進(jìn)行單因素條件的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇堵漏劑植物顆粒（A）、纖維混合物QD-2（B）、復(fù)合纖維DF-NIN（C）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為考察因素，每個(gè)因素取3水平。以24 h抗壓強(qiáng)度為考察指標(biāo)，用L9（3）4正交表設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4可以看出，從RA＞RB＞RC得出3因素對(duì)降凝效率的影響從主到次依次為堵漏劑植物顆粒、纖維混合物QD-2、復(fù)合纖維DF-NIN；最佳水平組合為A1B2C3，即堵漏劑植物顆粒、纖維混合物QD-2、復(fù)合纖維DF-NIN質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2%、2%和3%。

2.5 水泥漿堵漏性能的評(píng)價(jià)

將上述最佳配比的堵漏材料加入到2 000 mL水泥漿中，進(jìn)行水堵漏性能評(píng)價(jià)，結(jié)果見表5。水泥漿的其他性能見表6。

表4 正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理結(jié)果

表5 輕珠堵漏水泥漿堵漏性能評(píng)價(jià)結(jié)果

表6 輕珠堵漏水泥漿基本性能

由表5可知，在輕珠水泥漿體系中加入復(fù)合堵漏材料后，水泥漿的漏失量大幅度降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，打開模擬通道可以發(fā)現(xiàn)，縫板上方均形成部分橋堵塞。這說明該水泥漿體系可起到較好堵漏效果，并能形成較為致密的堵漏塞，可降低后續(xù)固井的漏失量，保證填充段的封固質(zhì)量和全井段封固合格率。由表6可知，該堵漏水泥漿的性能均滿足現(xiàn)場施工技術(shù)要求。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)

在靖南區(qū)塊鉆井，鉆至三疊系劉家溝組時(shí)，常發(fā)生壓裂性裂縫漏失，常規(guī)固井方式很難滿足固井技術(shù)要求。下面以水平井陜x井為例，探討漏失井固井工藝。

3.1 陜x井概況

陜x井是長慶油田部署于靖南區(qū)塊的一口天然氣水平井。二開完鉆井深為3 930 m，井底靜止溫度為95 ℃，鉆井液循環(huán)溫度為80 ℃，劉家溝組底界為3 065 m，全井段平均環(huán)空容積為18.09 L/m，平均井徑為23.27 cm，井徑擴(kuò)大率為4.81%，環(huán)容為71.09 m3。二開完鉆時(shí)鉆井液性能：密度為1.30 g/cm3，黏度為65 s，失水量小于3 mL，泥餅厚度小于0.3 mm，含砂量小于0.3%，pH值為9。

3.2 陜x井異常情況

該井正常鉆進(jìn)至井深2 900 m（劉家溝組）時(shí)發(fā)生漏失，漏失速率為30 m3/h，井隊(duì)采取隨鉆堵漏及水泥漿堵漏，堵住漏層后，井隊(duì)正常鉆進(jìn)至完鉆。當(dāng)套管下至井深3 000 m循環(huán)時(shí)發(fā)生漏失，鉆井液漏失速率為50 m3/h，繼續(xù)下套管至井底，循環(huán)時(shí)失返。

3.3 陜x井固井工藝設(shè)計(jì)思路

為確保該漏失井填充段固井質(zhì)量，針對(duì)該區(qū)塊的地層特性，采用一次上返結(jié)合反擠施工。具體固井工藝設(shè)計(jì)思路為：①對(duì)劉家溝組上部洛河組、延長組等薄弱地層進(jìn)行承壓試驗(yàn)，確保地層承壓在4 MPa以上，防止反擠施工時(shí)從洛河組、延長組擠開地層，導(dǎo)致填充段空段過長；②準(zhǔn)確收集裸眼完井井徑數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)計(jì)算環(huán)空容積，確保正注水泥漿上返至劉家溝組中部；③候凝24 h后進(jìn)行反擠施工，反擠施工時(shí)，小排量（0.2 m3/min）擠開地層，防止排量過高，憋開洛河組、延長組地層；④擠開地層后，先注入隔離液，沖洗油污及虛泥餅，使裸眼段及套管外壁潤濕反轉(zhuǎn)，提高膠結(jié)質(zhì)量；再注入堵漏水泥漿，將裂縫封堵牢固，再注入粉煤灰水泥漿，從而達(dá)到正注段與反擠段的銜接，確保全井段封固。⑤反擠施工結(jié)束后，及時(shí)關(guān)閉懸掛器兩側(cè)倒流閥門，防止水泥漿下沉，破壞膠結(jié)質(zhì)量。

3.4 固井質(zhì)量分析

陜X井固井質(zhì)量聲幅圖見圖1。由圖1可知，該井全井段一界面固井質(zhì)量合格率為95%，二界面固井質(zhì)量合格率為99%，且在劉家溝組實(shí)現(xiàn)了正注段與反擠段的銜接。后續(xù)在靖南區(qū)塊以該固井工藝設(shè)計(jì)思路試驗(yàn)8井次，其一界面固井質(zhì)量合格率均在95%以上，二界面固井質(zhì)量合格率均在99%以上。這說明使用輕珠堵漏水泥漿體系及該固井施工工藝能大幅度提高靖南區(qū)塊漏失井填充段固井質(zhì)量。但在該區(qū)塊，井口至劉家溝組裸眼井段還存在洛河組、延長組等薄弱地層，反擠施工時(shí)易從該井段擠開，不能確保正注段與反擠段的銜接，使得正注段與反擠段之間空段較長。因此該固井施工工藝存在一定的局限性，只適合上部地層承壓能力較強(qiáng)的井段。

圖1 陜X井固井質(zhì)量聲幅圖

4 結(jié)論

1.通過對(duì)堵漏材料的篩選及優(yōu)化，得到了一種輕珠堵漏水泥漿體系，該水泥漿體系的各項(xiàng)性能均能滿足現(xiàn)場固井施工技術(shù)質(zhì)量的要求。

2.針對(duì)靖南區(qū)塊漏失井地質(zhì)特征，制定了一套新的固井工藝技術(shù)以提高填充段合格率；現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明，該堵漏水泥漿體系及該固井施工工藝能大幅度提高填充段固井質(zhì)量。但該固井施工工藝存在一定的局限性，需在今后的工作中繼續(xù)探討研究。

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