頁巖氣井長水平段漏失下的固井工藝技術(shù)研究

張凱

摘 要：針對A區(qū)塊頁巖氣井長水平段井漏頻繁，類型多樣等問題，研究了一系列井眼準(zhǔn)備技術(shù)、沖洗隔離液密封封堵技術(shù)、管外料漿柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的實(shí)施，較好的提高了固井質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：頁巖氣;鉆井;水平井;漏失;固井質(zhì)量

頁巖氣是近年油氣勘探開發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)，但頁巖氣生產(chǎn)后期需要大規(guī)模壓裂，以防止后期套管附件的潛在風(fēng)險(xiǎn)。固井應(yīng)采用單級固井工藝，而不是雙級和尾管固井工藝。漏失影響難以保障水泥漿上返高度，以四川盆地A區(qū)塊為例，該區(qū)產(chǎn)層為五峰組、龍馬溪組，頁巖層理發(fā)育，構(gòu)造裂縫發(fā)育，地層松散，滲漏點(diǎn)多，滲漏情況復(fù)雜等，優(yōu)化固井技術(shù)，對該區(qū)塊頁巖氣開發(fā)有重要意義。

1 A區(qū)塊鉆井漏失情況

1.1 斷層--裂縫漏失

A 區(qū)塊地層裂縫發(fā)育，主要以水平、垂直裂縫為主，少量斜交縫。靠近斷層位置的地層裂縫發(fā)育程度高于其他位置，裂縫起初在應(yīng)力作用下處于閉合狀態(tài)，由于井眼形成及井內(nèi)流體壓力影響，應(yīng)力平衡環(huán)境被破壞，井周地層微裂縫開啟，造成鉆進(jìn)中突然出現(xiàn)漏失甚至失返性漏失。

1.2 堵漏措施不利

現(xiàn)在三開鉆井采用的是油基鉆井液鉆進(jìn)。在鉆井的過程中因裂縫大，泄漏速度快，很難進(jìn)行封堵。鉆進(jìn)過程中所形成的濾餅不致密，不能滿足堵塞微裂縫的要求，堵漏的材料不能留在裂縫中。只有通過減小驅(qū)替量，減小循環(huán)壓力損失和泥漿的密度，在泥漿中添加細(xì)顆粒，才能在鉆井時(shí)堵漏，增強(qiáng)鉆井時(shí)的堵漏能力。

2 固井難點(diǎn)

①地層承載力較低，常規(guī)密度水泥漿無法進(jìn)行封堵，甚至部分井使用低密度情況下在替漿后期也出現(xiàn)漏失，造成水泥漿返高達(dá)不到要求;②水平段長，隨著開發(fā)水平段長度由最初1000-1200m 逐漸增到1300-1500m，甚至更長;垂向深度加深，井底壓力增大，長井段大排量循環(huán)會導(dǎo)致泵壓過高，壓漏層風(fēng)險(xiǎn)增大;③頂替效率不易提高。因漏失導(dǎo)致循環(huán)排量提升空間有限，固井施工以循環(huán)排量為基準(zhǔn)，低返速下頂替效率低下制約固井質(zhì)量;④封堵過程中，油基鉆井液經(jīng)處理之后，固含量增加，粘度增加，動(dòng)切力增大，鉆井液性能的改變造成沖洗液難以實(shí)現(xiàn)對油基鉆井液的沖洗，沖洗的效果不容易得到保證;⑤對水泥漿性能要求也較高，低密度要求良好沉降穩(wěn)定性。根據(jù)固井施工質(zhì)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)，凝結(jié)過程中，低密度水泥漿在環(huán)空沉降處的固井間隔較差，約為200-400m;⑥后期壓裂要求水泥石有良好彈性、韌性及膠合強(qiáng)度;⑦套管向下運(yùn)行時(shí)，受扶正器摩擦和激振壓力影響，井底已堵漏完成井段極易再次泄漏;⑧由于存在泄漏，地層壓穩(wěn)難度很大，會增加極大返壓風(fēng)險(xiǎn)，固井后可能重新出現(xiàn)地層壓漏風(fēng)險(xiǎn)。

3 固井技術(shù)優(yōu)化措施

3.1 地層承壓能力的提升

對于堵漏成功的井，為了給固井提供依據(jù)，采用動(dòng)靜壓法提高了固井前地層的承載力。通過鉆井液密度計(jì)算失穩(wěn)前后的失穩(wěn)壓力。大位移的循環(huán)是基于固井施工計(jì)算的環(huán)空返流速度，計(jì)算泄漏量和泄漏率。

3.2 針對固井前鉆井液的處理

為了防止漏失，在下套管時(shí)，原有的泥漿性能保持不變。下套管完畢后逐步篩除鉆井液中堵漏材料，并調(diào)整鉆井液性能，降低其粘度更易實(shí)現(xiàn)沖洗液的紊流沖洗和頂替;適當(dāng)降低密度，進(jìn)一步減小環(huán)空壓力。

3.3 合理的管串結(jié)構(gòu)

井底存在斷層--裂縫漏失的井，由于漏失只存在于井底，采用封隔器封堵井底后固井的方法能有效避開漏失層段。管串結(jié)構(gòu)：浮鞋+短套一根+封隔器+套管一根+分級箍+套管一根+浮箍+套管一根+浮箍+套管串。

3.4 預(yù)堵漏措施

鉆進(jìn)中出現(xiàn)漏失后期堵漏成功的井，沖洗干凈出現(xiàn)漏失和沖洗不干凈固井質(zhì)量不好相矛盾。為此，在先導(dǎo)鉆井液、沖洗隔離液和水泥漿領(lǐng)漿中加入不同堵漏材料能封堵由于下套管和循環(huán)時(shí)打開的漏失通道，減小漏失風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 理設(shè)計(jì)水泥漿返高

依據(jù)泄漏情況來合理計(jì)算出水泥漿的返高高度。并且在更換鉆井液后，應(yīng)使用低于鉆井液密度的沖洗液沖洗更換鉆井液，以一次降低環(huán)空液柱壓力，減少甚至避免漏失。

3.6 優(yōu)選水泥漿體系

為了減小水泥漿液柱壓力，對水泥漿體系進(jìn)行優(yōu)選，目前能使用1.40-1.60g/cm3水泥漿體系實(shí)現(xiàn)環(huán)空重疊段的封固。該體系以天然漂珠、人造空心微珠等固體減輕材料作為減輕劑，添加不同粒徑大小的充填增強(qiáng)材料，增強(qiáng)水泥石的致密性，同時(shí)改善物料表面特質(zhì)，減少顆粒間充填水和表面的潤滑水。為了降低水泥漿柱的壓力，對于水泥漿的體系進(jìn)行全面優(yōu)化。目前能使用1.40-1.60g/cm3水泥漿體系對重疊環(huán)空段進(jìn)行密封。該體系以天然漂珠、人造空心微珠等固體減重材料當(dāng)作減輕劑。添加不同粒徑大小的充填增強(qiáng)材料，提高水泥石的密實(shí)度，同時(shí)改善物料表面特質(zhì)，減少表面潤滑水與顆粒間填充水。

3.7 合理安裝扶正器

現(xiàn)場采用剛性扶正器、欠尺寸剛性扶正器、滾輪扶正器、整體彈性扶正器、樹脂旋流扶正器等多種扶正器的搭配使用，不但保證了套管的居中度，還在一定程度上減小了下套管摩阻。

3.8 合理附加水泥漿量

研究區(qū)產(chǎn)層漏失層對壓力高度敏感，固井時(shí)壓差1-2MPa就會導(dǎo)致出現(xiàn)替漿后期漏失。在固井中加入水泥漿引起的壓力增大，增加了泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

3.9 合理的施工排量

紊流頂替效率最高，其次是塞流，層流效率最低。因此，應(yīng)用紊流--塞流復(fù)合置換技術(shù)比較符合。當(dāng)井下條件允許時(shí)，采用紊流施工，替漿后期降低排量可減少水泥車塞流量更換的排量。塞流驅(qū)替能有效提高水泥漿驅(qū)替效果，并大大降低對地層的附加壓力，降低漏失風(fēng)險(xiǎn)。