大跨度易竄井固井技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

尹江瓊，朱 明，劉 勇，宋士祥，馬 躍

(1.中石化西南石油工程有限公司 臨盤鉆井分公司，山東 德州 251500；2.中油管道檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司，河北 廊坊 065000；3.東北石油管道有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110031)

商河油田商25區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，斷層密布，落差懸殊，且斷塊之間規(guī)律性極差，構(gòu)造甚為復(fù)雜。區(qū)塊儲(chǔ)層主要為沙一、沙二砂巖(存在火成巖)；多數(shù)儲(chǔ)集層成巖性差、欠壓實(shí)、膠結(jié)疏松，屬中高孔中高滲儲(chǔ)集層；巖石孔隙度在21.6%～44.1%，滲透率在0.02～5 μm2[1]。該地區(qū)調(diào)整井由于多年注水開發(fā)，月注采比在1.13以上，累積注采比在2.37以上。地層壓力異常復(fù)雜，部分區(qū)塊井底極易漏失；區(qū)塊油層多，非均質(zhì)嚴(yán)重，層間、平面及層內(nèi)矛盾非常突出，縱向上單層有效厚度范圍在0.2～10 m；高滲透油層與低滲透油層、厚油層與薄油層交互分布；厚油層以正韻律和多段韻律油層為主，在平面上相變頻繁而劇烈，非均質(zhì)性嚴(yán)重。普通水泥漿體系由于自身密度大、強(qiáng)度發(fā)育緩慢和失水量大等缺點(diǎn)，同時(shí)普通固井工藝無(wú)法解決商25區(qū)塊調(diào)整井的漏失問(wèn)題，導(dǎo)致普通水泥漿體系及工藝已經(jīng)無(wú)法達(dá)到商25區(qū)塊調(diào)整井的固井質(zhì)量要求，嚴(yán)重制約了商河油田勘探開發(fā)和經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提升[2]。為了提高商25區(qū)塊調(diào)整井固井質(zhì)量，逐步提高商河油田采收率和經(jīng)濟(jì)效益，并為商河油田的長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)給予技術(shù)支撐，有必要開展適用于商25區(qū)塊調(diào)整井固井技術(shù)需求的固井液體系及其配套工藝。

1 商25區(qū)塊調(diào)整井防竄固井技術(shù)

商25區(qū)塊調(diào)整井固井技術(shù)研究分為兩個(gè)方面，一方面是研制滿足適用于商25區(qū)塊的梯度多凝水泥漿體系，重點(diǎn)是研究適用于商25區(qū)塊特殊地層條件的低密度水泥漿體系，解決因水泥在凝結(jié)過(guò)程中因失重所造成的油氣竄槽；另一方面是調(diào)整固井工藝技術(shù)，應(yīng)用特殊固井工具和配套施工措施提高頂替效率，在提高高滲低壓層固井質(zhì)量的同時(shí)，兼顧常壓層、高壓層的固井質(zhì)量。

1.1 梯度多凝水泥漿技術(shù)

商25區(qū)塊調(diào)整井防竄水泥漿有以下要求：1)密度要與地層抗壓性能相吻合，在避免井漏的前提下，有效壓穩(wěn)高壓層段；2)稠化時(shí)間形成梯度，滿足在高溫高壓地層條件下具備較長(zhǎng)泵送時(shí)間；3)具備較好早期強(qiáng)度，確保頂部水泥漿柱早期強(qiáng)度較高；4)具有良好流變性，以適應(yīng)井徑不規(guī)則井筒施工；5)嚴(yán)格控制濾失量，普通層段控制在150 mL以內(nèi)，特殊地層控制在50 mL以內(nèi)，避免水泥漿對(duì)油氣儲(chǔ)層的污染，確保油氣井產(chǎn)量；6)因地層流體活躍，在滿足施工條件下，盡可能縮短稠化時(shí)間，防止油氣水竄，保證固井質(zhì)量。

梯度多凝水泥漿技術(shù)通過(guò)將水泥漿稠化時(shí)間從固定值轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓奶荻戎?，利用稠化時(shí)間的差值，有效解決由于發(fā)生地層失穩(wěn)現(xiàn)象而造成油氣上竄的技術(shù)難題；低密度、超低密度和常規(guī)密度水泥漿體系構(gòu)成了具有密度梯度的復(fù)合體系，顯著降低施工作業(yè)壓力，防止對(duì)欠壓層的破壞；嚴(yán)格控制水泥漿濾失量，避免水泥漿對(duì)油氣儲(chǔ)層造成的污染，確保油氣井的產(chǎn)量；水泥封固頂部采用超量加重隔離液，防止上部套管破損井段因注水造成水泥漿凝結(jié)過(guò)程中侵入，造成固井后溢流或井口帶氣[3]。

第一段領(lǐng)漿(油頂～地面)為緩凝段，采用自行設(shè)計(jì)的密度為1.30 g/cm3低密度水泥漿固井；第二段中漿(重點(diǎn)封固段以上100 m～油頂)為緩凝段，采用密度為1.80～1.85 g/cm3的常規(guī)水泥漿固井；第三段尾漿(井底～重點(diǎn)封固段以上100 m)為速凝段，采用密度為1.90～1.95 g/cm3常規(guī)水泥漿，各段水泥漿的性能指標(biāo)見表1及圖1所示。

表1 多凝梯度水泥漿體系的性能評(píng)價(jià)

1.2 前置液防污染技術(shù)

前置液是在注入水泥漿前注入的一段或幾段能夠與水泥漿和鉆井液相容的液體，它起到充分清洗套管壁，提高界面膠結(jié)質(zhì)量，提升水泥漿對(duì)鉆井液頂替效率等作用。前置液作用決定了其應(yīng)該符合牛頓型流體粘度，同時(shí)密度較低，具備一定的浸透和懸浮井壁疏松而較厚的濾餅，降低粘土顆粒間的連接強(qiáng)度，降低濾餅剝落難度，以及一定分散和稀釋鉆井液的能力[4-5]。

通過(guò)多次室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研制成一套適用于臨盤地區(qū)注采井淡水鉆井液的前置液。其基本方法是，運(yùn)用20～25 m3密度1.05～1.08 g/cm3的先導(dǎo)漿改善鉆井液的流變性能和降粘切性能，然后在注水泥漿前利用6～8 m3沖洗液沖刷井壁表面的虛泥餅，6～8 m3加重隔離液，共同構(gòu)成水泥漿前置液。沖洗液配方為：淡水+5%分散劑+5%稀釋劑+5%降失劑，其技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 沖洗液技術(shù)參數(shù)

要確保鉆井液、隔離液和水泥漿三者間合理的密度差，防止因密度相近混漿嚴(yán)重，造成水泥漿和鉆井液之間直接接觸發(fā)生接觸污染，影響頂替效率和施工安全。隔離液采用礦渣加重，相比重晶石，礦渣粒徑更小，密度更低，固相相對(duì)含量更高，增強(qiáng)了隔離液的懸浮性和沉降穩(wěn)定性，具有良好的浮力效應(yīng)及拖曳力，加強(qiáng)了頂替效果，從而防止水泥漿的接觸污染和鉆井液的絮凝稠化。加重隔離液配方為：淡水+1.5%降濾失劑DHG302-1+1.0%減阻劑USZ+礦渣。

沖洗液體系在臨盤地區(qū)固井170口，混漿段長(zhǎng)由平均段長(zhǎng)213 m降至55 m，固井優(yōu)質(zhì)率93.2%，二界面固井優(yōu)質(zhì)率提高7%。事實(shí)證明，本沖洗液體系能有效地對(duì)井壁和套管壁進(jìn)行物理沖刷和化學(xué)沖刷，清除殘留鉆井液和虛泥餅，并具備良好的流變性，其塑性粘度、屈服值、流性指數(shù)和稠度系數(shù)均能滿足在較低排量下達(dá)到紊流狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)隔離、引導(dǎo)和改善水泥漿的效果，提高頂替效率。

1.3 提高頂替效率技術(shù)

1)保證套管居中度。套管居中是提高頂替效率的前提[6]，套管扶正器是保證套管居中的有效手段，針對(duì)臨盤地區(qū)注水井全封封固段長(zhǎng)的特點(diǎn)，制定了扶正器的加放原則，保持環(huán)空流動(dòng)區(qū)域的均勻性。油層段每一根套管加一個(gè)限位彈性扶正器，油層段以上封固井段每?jī)筛坠芗右粋€(gè)限位彈性扶正器，在井徑大且不規(guī)則處每一根套管加一個(gè)限位彈性扶正器，保證套管居中，提高頂替效率，形成均勻水泥環(huán)[7]。

2)采用復(fù)合頂替技術(shù)。前置液在紊流流態(tài)下，不僅具有斷面流速均勻分布的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)產(chǎn)生的漩渦具有攜帶、沖蝕和擾動(dòng)作用，對(duì)于窄間隙內(nèi)鉆井液具有較好的頂替效果[8-10]。臨盤地區(qū)調(diào)整井固井主要具有井眼不規(guī)則、全井封固和“糖葫蘆”井眼等特征，因此應(yīng)充分利用前置液的紊流流態(tài)作用，在接觸時(shí)間充分的條件下，根據(jù)固井施工泵壓變化隨時(shí)調(diào)整頂替排量，來(lái)控制水泥漿在不規(guī)則井眼段的上返速度，實(shí)現(xiàn)高返速+低返速的復(fù)合頂替技術(shù)，提高固井頂替效率。

3)管內(nèi)重漿頂替技術(shù)。由于調(diào)整井全封鉆遇油氣層位多，封固段長(zhǎng)，在固井施工中管內(nèi)外壓差高，施工泵壓高。為保證施工安全，應(yīng)減小管內(nèi)外壓差，降低頂替泵壓，采用管內(nèi)重漿頂替技術(shù)。

1.4 漿量設(shè)計(jì)

為滿足快速生產(chǎn)需要，鉆開上部地層的過(guò)程中通常采取高泵壓、大排量噴射鉆進(jìn)技術(shù)，容易在上部地層形成開放式井眼，部分井段井徑甚至超出了井徑測(cè)量?jī)x器范圍。若根據(jù)電測(cè)井徑曲線圖，通過(guò)手工取值來(lái)進(jìn)行水泥漿量設(shè)計(jì)會(huì)出現(xiàn)較大誤差；若利用井眼平均井徑通過(guò)相互累加計(jì)算，會(huì)忽略小段井徑擴(kuò)大的影響，直接關(guān)系到水泥漿是否能返至地面[11]。因此，通過(guò)多次室內(nèi)推算和實(shí)際分析，總結(jié)出一套準(zhǔn)確計(jì)算方法。首先確定井徑曲線誤差大小，對(duì)實(shí)際上層套管內(nèi)徑數(shù)據(jù)與本次電測(cè)井徑數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，若前后數(shù)據(jù)相等，則按經(jīng)驗(yàn)公式附加相應(yīng)水泥漿量，若前后數(shù)據(jù)有差距，則在附加水泥漿量上要有所區(qū)分；其次，縮小取值段長(zhǎng)，如此計(jì)算出來(lái)的環(huán)空容積，更加貼近實(shí)際的井筒容積；最后，針對(duì)不同的井眼及鉆進(jìn)狀況，附加相應(yīng)的水泥漿量。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 水泥漿設(shè)計(jì)

臨41-斜123井設(shè)計(jì)為生產(chǎn)井，要求全井封固，重點(diǎn)封固井段為1 400～1 800 m段和2 500～2 776 m 段。臨41-斜123井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 臨41-斜123井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

采用一級(jí)固井方式，用三段三凝水泥漿體系，800～1 200 m段采用自行研發(fā)的密度為1.30 g/cm3水泥漿；1 200～1 400 m段采用密度1.80 g/cm3水泥漿；1400 m～井底段采用密度1.90 g/cm3水泥漿。

2.2 前置液設(shè)計(jì)

為了提高水泥漿頂替鉆井液的效率，改善水泥環(huán)質(zhì)量，首先必須采用合理的前置液，且和鉆井液及水泥漿具有良好的相溶性。前置液的配方：淡水+3%降濾失劑DHG302-1+3%減阻劑USZ+重晶石。為有效沖洗井壁及驅(qū)替鉆井液，在注前置液前注入一段輕漿，起到清除井壁虛泥餅及驅(qū)替大井眼處窩存的泥漿，提高頂替效率，同時(shí)可以降低管內(nèi)外壓差。前置液與鉆井液及水泥漿間的相溶性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。

由表4可知，前置液與鉆井液及水泥漿之間具有良好的相溶性，能夠起到提高頂替效率、清除井壁虛泥餅和驅(qū)替大井眼處殘存泥漿的作用，并有效降低套管內(nèi)外壓差。

2.3 管串結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

管串結(jié)構(gòu)：浮鞋+套管+阻流環(huán)+套管串+聯(lián)頂節(jié)。

根據(jù)井徑、井斜情況運(yùn)用西南石油大學(xué)的固井軟件優(yōu)化扶正器安放位置，提高套管居中度；下入4只旋流發(fā)生器，2只剛性扶正器，刮除井壁虛泥餅，提高二界面膠結(jié)質(zhì)量；下入3只管外封隔器，封隔下部油氣水層。扶正器安放位置及數(shù)量見表5。

2.4 工藝流程

施工工藝流程：注輕漿18 m3+1.02 g/cm3沖洗液10 m3+加重隔離液10 m3+1.30 g/cm3領(lǐng)漿10 m3+1.80 g/cm3中間漿6 m3+1.90 g/cm3尾漿39 m3+膠塞液4 m3+井漿10 m3+重漿16 m3+清水3.0 m3，碰壓18 MPa，施工正常，敞壓候凝，水泥漿成功返出地面。

表5 扶正器安放位置及數(shù)量

2.5 固井質(zhì)量檢測(cè)

臨41-斜123井測(cè)井結(jié)果和測(cè)井評(píng)價(jià)分別見圖2和表6。

由圖2、表6可知，臨41-斜123井油層套管固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)，重點(diǎn)封固井段測(cè)井解釋優(yōu)質(zhì)，這說(shuō)明自行研發(fā)的低密度水泥漿體系現(xiàn)場(chǎng)性能優(yōu)良，調(diào)整井防竄固井技術(shù)效果明顯，實(shí)現(xiàn)了商25區(qū)塊調(diào)整井固井防竄的目的。

表6 臨41-斜123井測(cè)井評(píng)價(jià)

3 結(jié)論

1)商25區(qū)塊調(diào)整井防竄固井技術(shù)主要由梯度多凝水泥漿技術(shù)、前置液防污染技術(shù)、提高頂替效率技術(shù)和漿量設(shè)計(jì)等工藝組成。

2)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，針對(duì)商25區(qū)塊調(diào)整井固井需求研發(fā)的低密度水泥漿體系和防竄固井技術(shù)效果明顯，解決了商25區(qū)塊調(diào)整井固井防竄的問(wèn)題。

3)通過(guò)開展商25區(qū)塊調(diào)整井固井技術(shù)的研究，初步形成一套具有較強(qiáng)理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)意義的調(diào)整井防竄固井工藝技術(shù)與配套措施，為臨盤地區(qū)的固井作業(yè)奠定較好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，逐步提高臨盤地區(qū)的油田采收率和開發(fā)水平。