克深Y井鹽層固井難點(diǎn)分析與技術(shù)對(duì)策

熊鈺丹，李立華，何思龍，鄧強(qiáng)，史永哲，陳永衡，屈凌霄

（1.海洋工程有限公司渤星公司，天津300451；2.渤海鉆探工程技術(shù)研究院，河北任丘 062552；3.塔里木油田分公司油氣田產(chǎn)能建設(shè)事業(yè)部，新疆庫(kù)爾勒841000；4.塔里木油田分公司勘探事業(yè)部，新疆庫(kù)爾勒841000；5.渤海鉆探第一固井公司，河北任丘062552）

1 地質(zhì)及工程條件分析

庫(kù)車山前鹽層地質(zhì)條件復(fù)雜[1]，克深Y井四開裸眼段為庫(kù)姆格列木群，巖性從上至下分別為中泥巖、膏鹽巖和下泥巖，累計(jì)鉆遇3段鹽層、1個(gè)垮塌層、1個(gè)高壓水層和4個(gè)漏失層（見表1）。通過(guò)地質(zhì)工程條件分析并結(jié)合漏失壓力評(píng)估技術(shù)，確定主要施工風(fēng)險(xiǎn)為：第3套鹽層蠕變性強(qiáng)[2-5]，套管下入困難；最大漏失風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)為井深6056 m， 漏失壓力約為2.27 g/cm3，難以滿足正常一次上返需要；高壓水層壓力約為2.24 g/cm3，高于中途完鉆時(shí)鉆井液密度2.19 g/cm3， 水層未壓穩(wěn)，固井過(guò)程中可能出現(xiàn)溢流。

最初設(shè)計(jì)采用φ241.3 mm鉆頭下入φ（196.8+206.3） mm 尾管，井身結(jié)構(gòu)如表2所示。中途完鉆井深為6558 m，起下鉆時(shí)間長(zhǎng)，且φ206.3 mm無(wú)結(jié)箍，套管下放速度慢，導(dǎo)致下套管施工時(shí)間長(zhǎng)?？紤]到間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)鹽層蠕變將增加阻卡風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)管柱進(jìn)行了優(yōu)化。

表1 克深Y井四開復(fù)雜層位及復(fù)雜分析

表2 克深Y井井身結(jié)構(gòu)

2 固井技術(shù)難點(diǎn)

1）承壓堵漏施工難度大，鹽層蠕變影響套管下入；漏失點(diǎn)3憋壓吃入量大，泄壓回吐嚴(yán)重，堵漏效果差，并導(dǎo)致中途完鉆鉆井液密度無(wú)法提高；本開次鉆井液密度為2.19 g/cm3，為本區(qū)塊鹽層鉆井最低鉆井液密度，因此，導(dǎo)致鹽層蠕變相對(duì)較快，間隔40 h鉆頭就無(wú)法通過(guò)。

2）溢漏共存，安全密度窗口窄，下套管易漏，固井期間易溢流；漏失壓力低，水層處于欠平衡狀態(tài)，每次起下鉆出鹽水約10 m3，固井后靜液柱當(dāng)量密度為2.21 g/cm3，小于溢流壓力，停泵后易溢流。

3）封隔高壓水層難度大；鹽層厚壁套管暫無(wú)匹配尺寸的扶正器，導(dǎo)致管柱偏心，鉆井液在窄邊容易滯留形成竄流通道，高壓水層難以封隔。

3 關(guān)鍵技術(shù)措施

3.1 優(yōu)化管串組合

在滿足生產(chǎn)的前提下優(yōu)化了管串組合，強(qiáng)度滿足井下條件需要，設(shè)計(jì)管串與優(yōu)化管串對(duì)比分析見表3。可以看出，優(yōu)化后的管串下套管施工時(shí)間縮短約20 h，優(yōu)化后為有結(jié)箍套管，操作簡(jiǎn)便速度快，且尺寸小，阻卡風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步降低。模擬計(jì)算顯示，相同下套管速度，激動(dòng)壓力降低1～3 MPa[6]，固井環(huán)空壓力當(dāng)量密度減少0.05 g/cm3，降低了下套管和固井過(guò)程的漏失風(fēng)險(xiǎn)。

表3 設(shè)計(jì)管串與優(yōu)化管串對(duì)比分析表

3.2 強(qiáng)化井眼準(zhǔn)備

采用鹽層擴(kuò)眼技術(shù)+模擬管柱通井技術(shù)（管串組合見表4）。先對(duì)鹽層段擴(kuò)眼，最大可擴(kuò)眼至φ279.4 mm，再利用電測(cè)、刮壁及稱重的施工時(shí)間進(jìn)行鹽層蠕變測(cè)試，當(dāng)驗(yàn)證安全時(shí)間不小于67 h時(shí)，再下模擬管柱測(cè)試通過(guò)性，根據(jù)計(jì)算[7]模擬管柱與套管串剛度比為1.2，可準(zhǔn)確模擬管柱的通過(guò)性。模擬管柱通過(guò)后再擴(kuò)眼、下套管?，F(xiàn)場(chǎng)下套管過(guò)程中控制速度約為0.15～0.2 m/s，順利到位，全過(guò)程無(wú)阻卡。

表4 管串組合表

3.3 制定扶正器方案

采用固井輔助設(shè)計(jì)軟件對(duì)管柱居中度進(jìn)行模擬優(yōu)化并制定了扶正器方案：采用整體式彈性扶正器；按照懸掛器下部連續(xù)3根套管1根加1只，重合段（4594～4950 m）φ177.8 mm尾管每2根套管加1只的方案加放，鹽層厚壁套管段暫無(wú)扶正器；模擬顯示，套管重合段居中度約為85%，裸眼段居中度約為20%，見圖1。

圖1 管串居中度模擬圖

3.4 選擇合理的固井方式

實(shí)踐顯示預(yù)測(cè)漏失壓力與完鉆漏失壓力通常相差較大，對(duì)于安全密度窗口窄的井參考意義較小。對(duì)于固井設(shè)計(jì)，根據(jù)鉆井階段的漏失狀態(tài)結(jié)合摩阻計(jì)算，獲得的完鉆漏失壓力通常更準(zhǔn)確。該井通井到底，降密度至2.22 g/cm3循環(huán)輕微滲漏；結(jié)合鉆井液性能、循環(huán)排量等數(shù)據(jù)，采用輔助設(shè)計(jì)軟件模擬計(jì)算漏失壓力為2.27 g/cm3，通過(guò)軟件計(jì)算的摩阻與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[8]計(jì)算結(jié)果基本一致。

通過(guò)分析論證認(rèn)為，低返速、正常一次上返及控壓固井3種固井工藝與該井特殊井況不匹配，均滿足不了固井需要。圍繞封隔鹽水層這個(gè)核心目標(biāo)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定了正注反擠[9]的固井方案，并采用大排量頂替及多倍置換等技術(shù)措施，完成“穿鞋戴帽”實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓水層的封隔。

1）低返速固井。按塞流頂替Re≤100計(jì)算[10]，該井塞流頂替排量約0.4～0.5 m3/min，環(huán)空返速為0.3～0.4 m/s，該排量下固井施工過(guò)程中水層位置動(dòng)態(tài)當(dāng)量密度為2.23 g/cm3，小于高壓水層的壓穩(wěn)當(dāng)量密度2.24 g/cm3，如圖2所示，固井過(guò)程將發(fā)生鹽水溢流。

圖2 高壓水層位置固井過(guò)程當(dāng)量密度模擬

頂替分析顯示，該井裸眼套管居中度低，低返速固井管鞋段頂替效果差，無(wú)法封隔高壓水層，見圖3。

圖3 頂替模擬（紅色為滯留鉆井液，淺灰色為領(lǐng)漿，深灰色為尾漿）

2）正常一次上返固井。按照管鞋50 m封隔良好考慮， 封隔水層需要的最小頂替排量為1.2 m3/min。該排量下薄弱層6055 m處動(dòng)態(tài)當(dāng)量密度為2.32 g/cm3（考慮2 MPa懸掛器節(jié)流壓力），遠(yuǎn)大于薄弱層漏失壓力2.27 g/cm3，如圖4所示。另外，即使水泥漿能返至喇叭口，在井底溫度為141 ℃，喇叭口靜止溫度為100 ℃下，高密度鹽水水泥漿頂部強(qiáng)度發(fā)展緩慢，難以封隔水層。因此，本層尾管不具備一次上返固井條件。

圖4 薄弱層（6055 m）固井動(dòng)態(tài)壓力模擬

3）控壓固井?？貕汗叹甗11]是通過(guò)固井前降低鉆井液密度，并在井口建立回壓，固井施工過(guò)程中再根據(jù)工況特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)井口回壓使整個(gè)施工期間井底壓力保持平穩(wěn)。其優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)降低靜液柱壓力，在窄壓力窗口下，滿足大排量頂替要求，并防止固井漏失。模擬計(jì)算該井在最低頂替排量約為1.2 m3/min，該排量下固井環(huán)空壓耗為0.13 g/cm3，薄弱層漏失壓力為2.27 g/cm3，為實(shí)現(xiàn)控壓固井，鉆井液密度需降至2.14 g/cm3，為確保壓穩(wěn)水層固井施工最大需控壓7.2 MPa。鑒于接近控壓壓力大，且由于控制參數(shù)計(jì)算的誤差及控壓操作的復(fù)雜性以及井控風(fēng)險(xiǎn)，決定暫不采用。

3.5 優(yōu)化前置液及水泥漿性能

電測(cè)井底靜止溫度為141 ℃，正注溫度系數(shù)取0.85，反擠按喇叭口靜止溫度100 ℃考慮。正注及反擠水泥漿均采用抗高溫水泥漿體系，硅粉及微硅總量為46%BWOC；反擠水泥漿體系強(qiáng)度發(fā)展快，約10 h起強(qiáng)度。水泥漿密度為2.30 g/cm3，半飽和鹽水配漿；采用密度為7.8 g/cm3的鐵粉加重，改善了鹽水高密度水泥漿的流變性能。

為改善油基鉆井液對(duì)水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量的不利影響[12]，采用2.22 g/cm3沖洗型隔離液，并加大用量，隔離液占裸眼環(huán)空高度約1250 m，提高沖洗劑濃度至30%，測(cè)試沖洗效率95%；優(yōu)化了隔離液的流變性能，控制冪律指數(shù)大于0.8，稠度系數(shù)小于0.3 Pa·sn，提高對(duì)偏心環(huán)空的頂替效率[13]。

3.6 優(yōu)化施工措施

設(shè)計(jì)正注水泥漿返至高壓水層以上約200 m，距離第1個(gè)漏點(diǎn)約400 m，既封隔了水層，又防止封堵所有漏層影響反擠施工。增加水泥漿與鉆井液的密度差至0.11 g/cm3，并提高頂替排量至1.3 m3/min，計(jì)算壁面剪應(yīng)力為45 Pa[14]，模擬頂替效率顯示滿足管鞋頂替需要（如圖5）。

正注結(jié)束后候凝2 h后試擠，有效保護(hù)了正注段的膠結(jié)質(zhì)量。由于試擠返吐較大，確定了高注高擠+及時(shí)憋壓的反擠方案。將先導(dǎo)漿和隔離液用量加大至30 m3和25 m3。將水泥漿用量增大至35 m3，采用多倍沖洗提高重合段質(zhì)量。反擠排量1.5 m3/min，反擠后不起鉆，保持憋壓10 MPa候凝，有效壓穩(wěn)了水層。

圖5 正注頂替效率模擬圖（紅色為滯留鉆井液，綠色為隔離液，灰色為水泥漿）

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

套管順利下放到位，無(wú)遇阻。固井施工順利且控制良好，正注未漏失、未溢流，反擠排量較大，塞面穩(wěn)定可控并能憋壓候凝。喇叭口驗(yàn)竄結(jié)果顯示：將鉆井液密度降至下開鉆井的最低密度1.70 g/cm3，喇叭口造負(fù)壓22.5 MPa，靜止觀察無(wú)異常，驗(yàn)竄成功，固井質(zhì)量滿足下開鉆進(jìn)需要。

5 結(jié)論

1.鹽層擴(kuò)眼+模擬管柱通井技術(shù)，管柱優(yōu)化、激動(dòng)壓力計(jì)算與下套管速度控制等措施，確保了鹽層套管順利到位。

2.基于鉆井階段的漏失狀態(tài)并結(jié)合摩阻計(jì)算，獲得的完鉆漏失壓力相對(duì)準(zhǔn)確；窄安全密度窗口固井需以完鉆漏失壓力為基礎(chǔ)，制定精細(xì)化控制參數(shù)。

3.通過(guò)大排量頂替、正注反擠、多倍置換、前置液流變性優(yōu)化等技術(shù)措施有效實(shí)現(xiàn)了本開鹽層尾管固井封隔高壓水層的核心目標(biāo)。