插入法固井工藝在銀額盆地蒙阿左地1井的應(yīng)用

黃曉林， 趙遠(yuǎn)剛， 吳金生

(中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，四川 成都 611734)

1 概況

蒙阿左地1井是中國地質(zhì)調(diào)查局部署在銀額盆地拖萊凹陷尚丹坳陷的重點(diǎn)油氣調(diào)查井，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善左旗烏力吉蘇木東南方向約21.8 km處，地表為戈壁灘。蒙阿左地1井于2017年7月28日開鉆，2017年10月24日完鉆，完鉆井深2520.5 m，完鉆口徑215.9 mm。

蒙阿左地1井設(shè)計(jì)井深2500 m,一開采用?311 mm鉆頭,鉆至井深990.52 m，鉆穿新生界(第四系+新近系)及白堊系頂面風(fēng)化殼至灰色泥質(zhì)砂巖處，巖性穩(wěn)定，地層壓力約為10.5 MPa，可坐套管，一開完井井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。固井前鉆井液密度1.09 g/cm3，漏斗粘度45 s，鉆井循環(huán)排量36 L/s，泵壓3.5 MPa，固井前井徑及井斜見表1。

圖1 蒙阿左地1井一開完井井身結(jié)構(gòu)

井段/m平均井徑/mm最大井徑/mm最小井徑/mm最大井斜/(°)0～990.52332512.9288.50.8

2 蒙阿左地1井固井工藝

2.1 固井工藝的選擇

為確保蒙阿左地1井二開鉆井及后續(xù)工作的順利進(jìn)行，對(duì)表層套管進(jìn)行固井施工，采用固井水泥漿加固井壁和套管，形成穩(wěn)固的水泥環(huán)，保護(hù)井筒，提供穩(wěn)定的井眼。蒙阿左地1井為該區(qū)域的第1口井，半徑200 km內(nèi)無深井鉆井記錄，缺少鄰井資料作為參考，需根據(jù)實(shí)時(shí)鉆遇地層情況結(jié)束一開，進(jìn)行固井施工，保證井身安全。本井鉆遇穩(wěn)定地層——灰色泥質(zhì)砂巖層時(shí)井深已達(dá)到990.52 m，導(dǎo)致表層套管固井井段較長。鉆井工程設(shè)計(jì)中要求下入的表層套管直徑為?244.5 mm，直徑較大。本井一開井段長、套管內(nèi)外環(huán)空大，采用常規(guī)固井方法作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、作業(yè)時(shí)間長，因此擬采用插入法固井工藝進(jìn)行固井。

插入法固井工藝在下入深度大的大直徑油氣井表層套管固井時(shí)，用下部連接有浮箍插頭的小直徑鉆桿插入套管的插座式浮箍(或插座式浮鞋)，與環(huán)空建立循環(huán)，用水泥車通過鉆桿向套管外環(huán)空注水泥漿，固井施工過程中固井水泥漿返出地面[1-4]。與傳統(tǒng)的固井施工方法相比，插入法固井工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)能減少水泥漿在套管內(nèi)與鉆井液的摻混，縮短頂替鉆井液時(shí)間；

(2)水泥漿可提前返出從而減少因附加水泥量過大而造成的浪費(fèi)和環(huán)境污染；

(3)固井所需替漿量較小，不但可以減少混漿使用量，而且易準(zhǔn)確計(jì)量；

(4)不需要單獨(dú)儲(chǔ)備替漿用水，不需要大泵替漿；

(5)單井可以節(jié)約30%左右的水泥，一般情況下，可以減少90%左右的替漿廢水的排放；

(6)對(duì)于下入深度大的大直徑油氣井表層套管固井，可以有效提高固井質(zhì)量；

(7)由于鉆桿空間較小，可大大減小水泥漿的污染，提高固井效率[5-12]。

2.2 固井工藝設(shè)計(jì)

2.2.1 套管串設(shè)計(jì)

套管串結(jié)構(gòu)為：引鞋+?244.5 mm套管+插入式浮箍+磁定位器+?244.5 mm套管串，下入92根?244.5 mm套管，長986.38 m，浮鞋長0.53,下深987.28 m，使用扶正器30個(gè)，下部20根套管焊接加固，采用斷續(xù)焊,其焊縫長4～5 cm,焊縫間距2～2.5 cm,每下入20根套管灌入一次泥漿。套管柱參數(shù)見表2。

2.2.2 鉆桿串設(shè)計(jì)

表2 表層套管柱參數(shù)

鉆桿串結(jié)構(gòu)為：內(nèi)插頭+?127 mm 加重鉆桿+?127 mm 鉆桿+方鉆桿，內(nèi)插頭接在鉆柱最下端鉆桿上，為保證插頭居中且順利插入插座，在鉆桿最下端的3根鉆桿接頭上分別加1個(gè)彈性扶正器。從套管內(nèi)下入鉆桿，當(dāng)插入頭接近插座5～8 m時(shí)接方鉆桿，邊循環(huán)邊下入鉆桿，下鉆至最后一個(gè)單根緩慢下放，待插座以上的沉砂沖洗干凈后，慢慢插入插座孔內(nèi)，以防蹾壞密封面，并加一定壓力，形成密封。

2.2.3 水泥漿量計(jì)算與配方

根據(jù)套管串與鉆桿串環(huán)形容積計(jì)算得到累計(jì)容積為39.2 m3，施工時(shí)以實(shí)測(cè)井徑為準(zhǔn)，按30%附加則預(yù)注水泥漿50.96 m3。

設(shè)計(jì)水泥漿為G級(jí)油井水泥，實(shí)驗(yàn)溫度45 ℃，水泥用量60 t，首漿低密度(地面-790 m)+尾漿高密度(790～986.80 m)，水泥漿流變參數(shù)見表3。

2.3 存在的風(fēng)險(xiǎn)與預(yù)防措施

采用插入法對(duì)蒙阿左地1井進(jìn)行固井施工，若操作不當(dāng)則存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，主要體現(xiàn)為插頭與插座之間的密封會(huì)發(fā)生失效或防回壓失靈等事故，且這個(gè)過程不可逆，處理不當(dāng)將產(chǎn)生嚴(yán)重后果。蒙阿左地1井一開祼眼井段較長，井眼多處出現(xiàn)擴(kuò)徑，加大了下入套管串的難度，增加了影響固井質(zhì)量的因素。為提高固井質(zhì)量，防止固井事故的發(fā)生，固井施工前做好充分的準(zhǔn)備工作，采取一定的技術(shù)措施和管理措施，避免事故的發(fā)生，保證插入法固井在本井的固井質(zhì)量，具體措施有：

表3 水泥漿流變參數(shù)

注：首漿為G級(jí)油井泥/普通漂珠(SD-96)/微硅+3.0%早強(qiáng)劑(G209)+1.2%降失水劑(G302)+0.1%緩凝劑(GH-1)+0.5%減阻劑(USZ)+0.05%消泡劑(SP-A)+井場(chǎng)水；尾漿為G級(jí)油井泥51 t+0.6%降失水劑(S901)+0.1%緩凝劑(GH-1)+0.3%減阻劑(USZ)+0.05%消泡劑(SP-A)+井場(chǎng)水。

(1)細(xì)致檢查浮鞋、浮箍(含插座)、內(nèi)插頭及其密封墊質(zhì)量；內(nèi)管注水泥器屬易鉆材質(zhì)，易損壞，宜輕裝輕放、勿碰撞；工具使用前做好檢查、保養(yǎng)和校核，確保井下工具、附件安全可靠。

(2)在下套管和固井前做好通井工作，充分循環(huán)處理鉆井液，確保井內(nèi)無沉砂與井眼穩(wěn)定再下套管和注水泥，同時(shí)盡力減少回壓凡爾或回壓閥座被沖刷的時(shí)間。

(3)做好鉆井液凈化工作，在下套管和下鉆過程中，套管柱內(nèi)和鉆具內(nèi)不得落入雜物，嚴(yán)禁有棕繩、棉紗、藥品袋等雜物進(jìn)入井口和鉆具內(nèi)，否則將造成插座浮鞋關(guān)閉失靈。

(4)按照井壁巖性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，優(yōu)化固井水泥漿(優(yōu)化水泥漿外加劑、減阻劑與早強(qiáng)劑的配比)，對(duì)施工工序進(jìn)行仔細(xì)的研究，確定最佳的水泥漿凝固時(shí)間，保證達(dá)到預(yù)期的水泥環(huán)質(zhì)量。

(5)固井施工過程中，以固井施工設(shè)計(jì)為準(zhǔn)則，按設(shè)計(jì)要求組織施工，對(duì)固井施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

(6)加強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，在地表對(duì)廢泥漿、水泥漿進(jìn)行隔離、回收、固化處理，減小對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的污染[13-16]。

2.4 固井工藝流程

按固井施工設(shè)計(jì)要求先后下入套管串和鉆桿串后，接入固井設(shè)備，檢查各器具、設(shè)備及各通道無誤后開始準(zhǔn)備注漿。

蒙阿左地1井插入法注漿的具體流程為：注入前置液→注入水泥漿→替入頂替液→放回壓檢查回壓閥是否倒流→上提鉆桿循環(huán)出多余的水泥漿，注漿流程示意見圖2。

圖2 蒙阿左地1井插入法注漿流程示意圖

具體施工過程為：注前置液(清水)10 m3，注壓為1 MPa，返高約250 m；注水泥漿，水泥漿為G級(jí)油井水泥，密度為1.40～1.69 g/cm3,平均密度為1.59 g/cm3，API失水量≤150 mL,流動(dòng)度≥22 cm，抗壓強(qiáng)度(48 h)≥12 MPa，共注水泥漿51 m3，注漿壓力2 MPa，水泥返出地面后注入密度為1.85～1.95 g/cm3的高密度水泥漿，注入2.4 m3；注頂替液(清水)，共注9.5 m3，水泥塞處替0.3 m3，留0.25 m3水泥漿，置替壓力為3～9 MPa，上提鉆桿循環(huán)出多余的水泥漿，固井結(jié)束，候凝48 h。

3 固井質(zhì)量評(píng)價(jià)

固井結(jié)束48 h后，井壁環(huán)腔水泥漿完成凝固，采用ECLIPS5700成像測(cè)井儀下入套管內(nèi)對(duì)固井質(zhì)量進(jìn)行聲波變密度測(cè)井，測(cè)量井段為0～986.80 m。從所得的聲波變密度成像數(shù)據(jù)解釋，表明測(cè)量井段內(nèi)80%左右井段膠結(jié)較好，10%左右的井段水泥膠結(jié)有缺陷，出現(xiàn)空洞。分析造成小部分膠結(jié)缺陷的原因主要是水泥灌車送水泥的速度波動(dòng)，送量不均勻，兩輛灌車切換銜接不順暢，導(dǎo)致水泥漿密度出現(xiàn)波動(dòng)。

通過測(cè)井解釋蒙阿左地1井固井井段總體上膠結(jié)較好，特別是關(guān)鍵井段水泥膠結(jié)良好，一開固井質(zhì)量合格。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

對(duì)蒙阿左地1井一開固井施工采用插入法和模擬常規(guī)方法固井的相關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行記錄與計(jì)算(詳見表4)。插入法固井施工時(shí)間為1.18 d，若采用常規(guī)注水泥施工時(shí)間為2.03 d。通過經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析，兩種注水泥固井施工方法相比較，插入法節(jié)約施工時(shí)間0.85 d，節(jié)約水泥2.9 t，節(jié)約施工用水3.5 t，節(jié)約柴油3.0 t，共計(jì)節(jié)約費(fèi)用5.90萬元。

表4 固井施工各項(xiàng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

5 結(jié)論

(1)在缺乏鄰井資料的情況下，蒙阿左地1井作為銀額盆地尚丹坳陷拖萊凹陷的首口油氣調(diào)查風(fēng)險(xiǎn)探井，在銀額盆地區(qū)域完成大直徑、長井段表層套管固井施工，成功解決了長井段固井質(zhì)量差的難題。

(2)插入法固井技術(shù)方法縮短了施工時(shí)間、節(jié)約了生產(chǎn)用水、油井水泥和柴油等材料，施工效率提高了42%、施工成本降低了30%。

(3)插入法固井在下入深度大的大直徑表層套管固井中所需水泥漿量少、替漿量少，施工時(shí)間短，固井質(zhì)量可靠，在本井固井中具有較明顯的優(yōu)點(diǎn)，并且插入法固井技術(shù)是一種環(huán)保、高效和低成本的固井技術(shù)方法，是實(shí)施大直徑地質(zhì)調(diào)查與探采結(jié)合井表層套管固井施工的優(yōu)選方案，為后續(xù)在銀額盆地區(qū)域開展的油氣井固井施工提供參考。