RPN-0085復(fù)雜地層高壓氣井固井技術(shù)

劉振通 莊建山 郭文猛 宋元洪 習(xí)勝利 和建勇

渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司

RPN-0085井是委內(nèi)瑞拉ANACO油氣田 EL ROBLE 區(qū)塊上的一口氣井。三開(kāi)?311.2 mm鉆頭鉆至井深3 127.74 m中期完鉆，油基鉆井液體系，鉆井液密度1.51 g/cm3；?244.5 mm技術(shù)套管封固O(píng)FICINA地層的MORENO—COLORADO層段的多套高壓氣層和漏失層，鉆井過(guò)程多次發(fā)生嚴(yán)重氣侵和井漏等復(fù)雜情況，屬于又溢又漏、窄安全密度窗口復(fù)雜高壓氣井。

1 工程概況

1.1 井身結(jié)構(gòu)

一開(kāi)?660.4 mm井眼，下入?508 mm表層套管228.60 m，水泥漿返至地面；二開(kāi)?444.5 mm井眼，下入?339.7 mm技術(shù)套管1 098.47 m，水泥封至地面；三開(kāi)?311.2 mm井眼，下入?244.5 mm技術(shù)套管至3127.13 m，水泥漿返至上層套管重疊段300 m；四開(kāi)?215.9 mm井眼，設(shè)計(jì)3 622.24 m井深完鉆，下入?177.8 mm尾管完井。

1.2 地質(zhì)概況及鉆井液體系

三開(kāi)?244.5 mm技術(shù)套管，封固O(píng)FICINA地層的 MORENO—COLORADO 層段 1、2、3套砂礫巖、砂巖油氣層和漏失層，砂礫和砂巖地層累計(jì)厚度1 946.03 m；油基鉆井液密度1.51 g/cm3；井底靜止溫度132 ℃。

1.3 井下復(fù)雜情況

1.3.1 多漏失層與堵漏 三開(kāi)鉆遇1 109.75 m、1 128.05 m、1 165.85 m、1 501.22 m、2 541.16 m、2853.65 m、2 896.04 m、2 987.81 m和3 079.27 m等多套漏失層位。其中1 109.75～2 896.04 mm多點(diǎn)發(fā)生失返性漏失，采用可酸化溶解材料堵漏；2987.81 m、 3 079.27 m兩個(gè)漏層，共計(jì)漏失鉆井液149.92 m3，采用鉆井液+橋堵材料堵漏，完成三開(kāi)進(jìn)尺。

1.3.2 多氣層與壓穩(wěn) 三開(kāi)鉆遇1 146.34 m、1 844.51 m、1 993.9 m、2 966.46 m、3 113.11 m、3 125.61 m 等多套氣層，鉆進(jìn)過(guò)程中多次發(fā)生嚴(yán)重氣侵，出現(xiàn)溢流。其中井深3 125.61 m，鉆井液密度1.44 g/cm3發(fā)生氣侵溢流，循環(huán)壓井節(jié)流排氣，調(diào)整鉆井液密度至1.46 g/cm3，井下基本平衡。

1.3.3 窄安全密度窗口 完鉆鉆井液密度調(diào)整至1.48 g/cm3，下入?244.5 mm技術(shù)套管至井底，開(kāi)泵循環(huán)發(fā)生嚴(yán)重氣侵，出現(xiàn)溢流，以0.6 m3/min低排量壓井，節(jié)流循環(huán)13周，鉆井液密度逐步提高至1.51 g/cm3，井下溢流現(xiàn)象消除，但出現(xiàn)井漏征兆，形成又溢又漏的復(fù)雜井下?tīng)顩r。

2 技術(shù)難點(diǎn)

2.1 井漏與封固段長(zhǎng)的矛盾

地層承壓能力低，漏點(diǎn)多，鉆井過(guò)程中多次嚴(yán)重井漏。特別是下套管到底后，循環(huán)壓井過(guò)程中，井下出現(xiàn)漏失現(xiàn)象。同時(shí)，由于水泥漿封固段長(zhǎng)，固井施工的動(dòng)液柱壓力高于鉆井液循環(huán)壓力，施工存在井下漏失風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 壓力窗口窄與壓穩(wěn)和防漏矛盾

自上而下分布多套氣層，地層孔隙壓力高、油氣活躍，環(huán)空水泥漿失重期間，易發(fā)生氣竄；壓力窗口窄，固井過(guò)程中一旦發(fā)生井漏，不僅影響固井質(zhì)量，且有可能誘發(fā)井噴。

2.3 油基鉆井液影響水泥膠結(jié)

油基鉆井液條件下固井，井壁虛濾餅和套管管壁清洗不干凈，井壁油基濾餅不能完全實(shí)現(xiàn)親油性向親水性的濕潤(rùn)反轉(zhuǎn)，影響一、二界面膠結(jié)質(zhì)量。

2.4 頂替效率對(duì)固井質(zhì)量的影響

1.5 g/cm3水泥領(lǐng)漿與1.51 g/cm3的鉆井液及1.55 g/cm3的加重隔離液形成負(fù)密度差，不能發(fā)揮液體間密度差的浮力效應(yīng)，頂替效率低，環(huán)空易發(fā)生混竄；?244.5 mm套管環(huán)空間隙大，且地層漏失，固井不宜采用大排量作業(yè)，頂替效率低；不規(guī)則井段油基鉆井液難以驅(qū)替干凈，環(huán)空易滯留油基鉆井液條帶，形成氣竄通道，影響環(huán)空封固質(zhì)量。

3 固井技術(shù)措施

3.1 提高套管居中度

水泥尾漿封固段及上部主要?dú)鈱佣危?根套管安放扶正器1只，并用固定環(huán)鎖定扶正器位置；其他裸眼井段每3根套管安放扶正器1只；套管重疊封固段每5根套管安放扶正器1只，全井加放彈性扶正器70只，確保油氣層段套管居中度≥75%，為提高頂替效率創(chuàng)造條件。

3.2 優(yōu)化前置液設(shè)計(jì)

由于地層壓力高，油氣活躍、安全密度窗口窄，固井不易使用以柴油為基液的低密度油基沖洗液。因此，設(shè)計(jì)密度1.55 g/cm3硅粉加重沖洗型隔離液（濃度55%），密度1.26 g/cm3的硅酸鈉水溶液 + 密度1.55 g/cm3硅粉加重沖洗型隔離液的復(fù)合功能型固井前置液體系。

高濃度硅酸鈉水溶液能與地層中的鈣、鎂等離子化學(xué)反應(yīng)迅速絮凝沉淀，對(duì)漏層孔隙喉道產(chǎn)生膠凝堵漏作用；硅酸鈉水溶液對(duì)油污具有較強(qiáng)的清洗效果，且對(duì)套管有較好的防腐保護(hù)作用；硅酸鈉對(duì)氧化物具有活化作用，吸附在套管壁和井壁上的硅酸鈉，能夠促進(jìn)水泥的強(qiáng)度發(fā)展。因此，硅酸鈉溶液應(yīng)用到復(fù)雜井固井前置液中，能夠發(fā)揮良好的防漏堵漏、提高環(huán)空兩壁清潔效果、增強(qiáng)水泥界面膠結(jié)強(qiáng)度的作用［1］。

硅粉加重的固井隔離液在環(huán)空上返過(guò)程中，堅(jiān)硬的硅砂顆粒對(duì)井壁油基濾餅產(chǎn)生較強(qiáng)的沖刷、刮洗作用，配合BCS-010L油污清洗表面活性劑，能夠提高對(duì)井壁油基濾餅的沖洗凈化效果。

3.3 合理選擇環(huán)空返速

該井平均井徑315mm，注替排量 9.3 L/s，環(huán)空上返速度 0.32 m/s，降低作業(yè)井漏風(fēng)險(xiǎn)；增加隔離液用量，與井壁接觸時(shí)間≥15 min，55%濃度硅酸鈉水溶液與地層接觸時(shí)間≥5 min；利用塞流的平推作用，提高環(huán)空頂替效率。

3.4 優(yōu)化防竄水泥漿體系

使用雙凝雙密度的機(jī)體抗侵防氣竄水泥漿體系，領(lǐng)漿密度1.50 g/cm3，尾漿密度1.87 g/cm3，控制水泥漿48～240 Pa靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展時(shí)間＜20 min，水泥漿防竄系數(shù)SPN＜3。

3.5 選擇雙塞工具防止污染

注隔離液前投放中空下膠塞，注水泥漿結(jié)束壓入碰壓上膠塞。利用上下雙膠塞有效隔離固井液與鉆井液，刮削套管內(nèi)壁鉆井液，預(yù)防管內(nèi)水泥漿與鉆井液及隔離液的混竄，減少水泥漿污染，提高頂替效率，確保固井施工安全。

3.6 施工后的預(yù)防措施

如果固井施工中發(fā)生嚴(yán)重井漏，井口環(huán)空看不到鉆井液液面情況下，為了保證環(huán)空有效液柱壓力，替漿結(jié)束，立即向套管外環(huán)空連續(xù)灌注密度1.87 g/cm3防氣竄水泥漿，直至水泥領(lǐng)漿稠化，以防因環(huán)空液面下降、液柱壓力失衡導(dǎo)致氣竄或井噴事故發(fā)生；井下無(wú)漏情況下，施工結(jié)束關(guān)閉井口環(huán)空候凝。

4 固井液體系

4.1 固井前置液配方

加重隔離液：淡水+0.6%GW-4懸浮劑+3%BCS-010L沖洗劑+1%BCS-021L稀釋劑 + 0.2%G603消泡劑，硅粉加重至密度1.55 g/cm3。

硅酸鈉水溶液：淡水+55%硅酸鈉，密度1.26 g/cm3。性能見(jiàn)表1。

表1 前置液流變性Table 1 Rheological property of prepad fluid

4.2 水泥漿配方

水泥領(lǐng)漿：G級(jí)油井水泥+25% 硅粉+3% 微硅+52% BXE-600S減輕劑+5%BXF-200L降濾失劑+4.5%BCG-200L 防氣竄劑+1.2%BCR-260L 中高溫緩凝劑+1%G-603消泡劑。

水泥尾漿：G級(jí)油井水泥+30%硅粉+7%微硅 +CF40S分散劑+4.2%BXF-200L+1.7%BCG-200L+0.55%BCR-260L +0.1%G-603。性能見(jiàn)表2、表3。

表2 水泥漿性能Table 2 Performance of cement slurry

表3 水泥漿流變性Table 3 Rheological property of cement slurry

表2中T為超聲波強(qiáng)度與靜膠凝強(qiáng)度UCA &SGSM測(cè)量?jī)x實(shí)測(cè)水泥漿48 Pa升至240 Pa的靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展時(shí)間。

式中，SPN為水泥漿防竄系數(shù)；B為水泥漿API失水量，mL；t100Bc、t30Bc分別為水泥漿稠度 100 Bc和 30 Bc 時(shí)間，min。

4.3 固井液性能評(píng)價(jià)

4.3.1 固井前置液 依據(jù)表1中的前置液性能分析，固井隔離液密度、塑性黏度均大于鉆井液，因此，隔離液對(duì)井下油基鉆井液能夠產(chǎn)生密度差的浮力效應(yīng)和黏度差的拖曳效果；按施工設(shè)計(jì)排量 9.3 L/s，加重隔離液量9.6 m3計(jì)算，隔離液與井壁接觸時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 17 min，能夠?qū)裸@井液發(fā)揮較好的沖刷、置換和隔離作用；55%硅酸鈉水溶液設(shè)計(jì)量3.2 m3，與井壁接觸時(shí)間接近6 min，對(duì)井下漏層能夠發(fā)揮有效的防漏、堵漏作用，對(duì)井壁和套管壁油污能夠發(fā)揮良好清洗作用，吸附在兩壁上的硅酸鈉薄膜，能夠促進(jìn)水泥界面膠結(jié)強(qiáng)度發(fā)展，提高封固質(zhì)量。

4.3.2 機(jī)體抗侵水泥漿體系 漿體性能具有較強(qiáng)的抵抗地層流體侵入能力。水泥漿防氣竄性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)SPN≤3時(shí)防氣竄性能好，當(dāng)3＜SPN＜6時(shí)防氣竄性能一般，當(dāng)SPN＞6時(shí)防氣竄性能差；一般氣井T≤30 min，高壓氣井T≤20 min。從表2中分析可以看出，該水泥漿體系具有低失水、直角稠化和優(yōu)良的SPN防氣竄性能系數(shù)；具有迅速渡過(guò)氣竄風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間，超短靜膠凝強(qiáng)度過(guò)度期，能夠滿足該復(fù)雜井阻止氣竄的水泥漿性能要求。

5 固井施工參數(shù)及質(zhì)量評(píng)價(jià)

地面管匯試壓21 MPa；釋放套管下膠塞；注入1.55 g/cm3加重隔離液 4.8 m3，濃度55%、 1.26 g/cm3硅酸鈉水溶液 3.2 m3，1.55 g/cm3沖洗型加重隔離液 4.8 m3；注入 1.50 g/cm3水泥領(lǐng)漿 64 m3，1.87 g/cm3水泥尾漿 6 m3；釋放套管上膠塞，壓膠塞 0.8 m3；頂替1.50 g/cm3鉆井液 115 m3。施工注、替排量0.55～0.5 m3/min；施工過(guò)程中漏失鉆井液 7 m3，隨著硅酸鈉前置液進(jìn)入環(huán)空，漏失現(xiàn)象逐漸消失。固井施工結(jié)束，立即關(guān)閉井口環(huán)空候凝。

固井質(zhì)量檢測(cè)水泥漿上返至設(shè)計(jì)高度，封固質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)，滿足氣井封固質(zhì)量要求。

6 結(jié)論

（1）硅酸鈉固井前置液和低排量施工可有效預(yù)防井下漏失，提高頂替效率，改善固井水泥界面的膠結(jié)質(zhì)量。

（2）油氣活躍的窄安全密度窗口氣井，油基鉆井液體系下，固井采用沖洗型硅粉加重隔離液，既可保證井下液柱壓力平衡，也能有效改善井壁界面條件。

（3） 窄密度窗口氣井固井，在保證施工連續(xù)前提下，選用短稠化、短靜膠凝強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)過(guò)渡期的雙凝雙密度機(jī)體抗侵水泥漿體系，利于發(fā)揮防氣竄作用。

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