鹽膏層固井難點(diǎn)及其應(yīng)對措施

林楓，岳家平，王浪，文華，楊曉榕

油氣田開發(fā)

鹽膏層固井難點(diǎn)及其應(yīng)對措施

林楓1，岳家平2，王浪3，文華4，楊曉榕4

（1. 中海石油伊拉克有限公司，北京 100015；2.中海油研究總院責(zé)任有限公司，北京 100028；3. 中國石油渤海鉆探第二固井分公司，天津 300000；4. 荊州嘉華科技有限公司，湖北 荊州 434000）

鹽膏層儲(chǔ)層固井往往存在井漏、井噴及卡鉆事故，如何構(gòu)建一套適用于含鹽儲(chǔ)層固井封隔的水泥漿配方體系及配套施工工藝一直是各大油田爭相探討的重難點(diǎn)所在。本文就鹽膏層所存在的固井難點(diǎn)、鹽層蠕動(dòng)機(jī)理以及具體的防治措施進(jìn)行了分類研究，旨在提高對鹽膏層固井的進(jìn)一步認(rèn)識。

鹽膏層；井噴；固井封隔；防治措施

鹽膏層固井一直是油田工程技術(shù)領(lǐng)域的重大難題之一。在國內(nèi)，廣泛分布于江漢、四川、新疆、渤海等地，且依據(jù)成藏環(huán)境、埋深等因素，不同地區(qū)的鹽膏層區(qū)塊性質(zhì)也各不相同，厚鹽層深度可以從地表到五千多米，總厚度可由幾十米至二千多米，其中單層厚度從幾厘米到八十多米，成份主要為氯化鈉，有時(shí)也含有其他水溶性無機(jī)鹽，或與石膏、芒硝等共生。正是這一情況下，使得鹽膏層具有一定的蠕動(dòng)特性，這會(huì)造成水泥硬化前井徑不斷縮??；還會(huì)使得鹽巖沖蝕和溶解使從下至上環(huán)空水泥漿的含鹽量不斷增多，從而使得水泥漿性能發(fā)生復(fù)雜變化。此外，水泥水化硬化期間與鹽巖不斷滲透和溶解，導(dǎo)致膠結(jié)性差。正是由于鹽膏層這一特殊構(gòu)成，因而在對含鹽層段鉆井施工過程中，極易發(fā)生井漏、井噴及卡鉆等事故?；诖?，本文分別從鹽膏層的種類、特點(diǎn)、應(yīng)對措施以及應(yīng)用情況等方面進(jìn)行了綜述，旨在為鹽膏層固井作業(yè)的發(fā)展提供一定的指導(dǎo)。

1 鹽膏層固井水泥環(huán)失效原因分析

1.1 鹽膏層固井水泥環(huán)失效原因

鹽膏巖是塑性地層，在一定的溫度壓力下會(huì)發(fā)生蠕動(dòng)，其蠕變過程分為瞬態(tài)蠕動(dòng)、穩(wěn)態(tài)蠕動(dòng)和加速度蠕動(dòng)等３個(gè)階段。（在鉆開鹽膏層初期的3~5天內(nèi)發(fā)生瞬態(tài)蠕動(dòng)，地層蠕動(dòng)速率很快，然后慢慢減小進(jìn)入穩(wěn)態(tài)蠕變期，此后隨著時(shí)間的推移，蠕動(dòng)速率加劇，進(jìn)入加速度蠕動(dòng)期。分析認(rèn)為，在低于上覆巖層的當(dāng)量密度下，不管井內(nèi)流體的密度多高，鹽膏巖都會(huì)不斷蠕動(dòng)，導(dǎo)致井徑不斷縮小；流體密度越小，鹽膏巖裸眼暴露時(shí)間越長，則井眼尺寸越小。）基于鹽膏層的基本蠕動(dòng)原理，可以將鹽膏層固井后造成水泥環(huán)封隔失效的原因歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）鹽膏巖蠕變欠壓穩(wěn)，鹽層向井眼的擠壓作用導(dǎo)致環(huán)空間隙變小，最終所形成的水泥環(huán)過于薄弱，且鹽層蠕動(dòng)所導(dǎo)致的井眼縮徑也會(huì)使套管的下入過程變得困難。

（2）鹽層蠕動(dòng)造成水泥漿柱自身結(jié)構(gòu)的不合理，水泥失重時(shí)夾層中的高壓流體欠壓穩(wěn)，使得高密度水泥漿失重大，長封固段中常出現(xiàn)水泥漿在塑態(tài)初期就壓不住高壓地層流體，導(dǎo)致基體靜膠凝強(qiáng)度低，防竄能力差。

（3）鹽水水泥漿強(qiáng)度發(fā)展所需時(shí)間長，防氣竄能力低（15% NaCl外摻下的水泥石早起強(qiáng)度降低近40%），這增加了界面溶蝕、滲透時(shí)間、形成微環(huán)隙的機(jī)會(huì)。

（4）為抑制鹽侵往往需要提高漿體密度，這在一定程度上降低了頂替效率。密度不夠時(shí)，漿體抑制性差，從而加速了井眼不規(guī)則度。

1.2 鹽膏層對固井水泥作用機(jī)理分析

在鹽膏層固井中，鹽膏層一方面會(huì)通過鹽層蠕動(dòng)向井眼中心靠近，使得井徑變小，造成水泥環(huán)薄弱；另一方面，則是通過與水泥漿中溶液的離子濃度差而產(chǎn)生一定的離子交換，進(jìn)一步使得鹽層溶解，加入蠕動(dòng)進(jìn)程。此外，在對水泥漿本體性質(zhì)的影響上，由于地層含鹽礦物的侵入，水泥漿的性能會(huì)受到極大的影響，以MgCl2為例，通過與水泥漿體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變了水泥漿體水化動(dòng)力學(xué)機(jī)制，導(dǎo)致水泥漿體過早凝膠化，大大縮短了水泥漿稠化時(shí)間，造成水泥漿過早凝固，影響了封固質(zhì)量。其中所產(chǎn)生的具體反映過程如下所示：

由上述反應(yīng)方程式可知，地層鹽中的鎂離子與水泥漿中的氫氧根反應(yīng)生成氫氧化鎂，氫氧化鎂沉淀后黏度突然增大，導(dǎo)致水泥漿過早凝固，終止頂替。

2 鹽膏層固井水泥環(huán)失效應(yīng)對措施

在鹽膏層固井作業(yè)中主要的難點(diǎn)即是以地層含鹽礦物帶來的影響而展開，因此，針對鹽膏層固井封隔失效這一問題也應(yīng)圍繞如何避免鹽蠕動(dòng)以及鹽侵水泥漿展開。

2.1 配方體系

采用鹽水配漿以平衡由于離子濃度差帶來的離子交換。這其中，反應(yīng)性鹽誘導(dǎo)的漿液凝膠化可以通過在漿液中加入NaCl（也可加入KCl，同等條件下，KCl水泥漿有著較強(qiáng)的鹽溶柱抑制力。用料較NaCl更少）來減少，加入水泥漿中的NaCl會(huì)延緩Ca(OH)2的形成。因而鹽濃度會(huì)對水泥漿稠化時(shí)間產(chǎn)生一定影響，其中3%～5%的鹽水促凝作用最為明顯,10%～20%的鹽水對水泥漿凝結(jié)時(shí)間幾乎沒有影響,而含鹽量大于20%的鹽水起緩凝作用。因而在鹽水配漿過程中還需選用配套緩凝劑。

2.2 施工工藝

除了在配方上進(jìn)行調(diào)整，更多地還是在施工工藝上進(jìn)行改變，具體如下：

（1）起下鉆觀察有無阻卡情況；

（2）防止鹽膏層塑性流動(dòng)應(yīng)盡快固井；

（3）高密半飽和鹽水體系結(jié)合雙級或尾管固井工藝；

（4）鉆井液與水泥漿需要較好相容性，高效穩(wěn)定隔離液（隔離+緩沖+攜帶沖刷泥餅作用），提高頂替效率，清除井壁附著泥餅，提高水泥與地層膠結(jié)質(zhì)量。

（5）增大水泥漿同鉆井液密度差，避免竄槽；

（6）替漿結(jié)束前盡量采用塞流頂替模式，確保頂替效率。

3 鹽膏層鹽水水泥漿體系應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)在秋南1井構(gòu)建了密度為2.30~2.35 g/m3的高密度抗鹽水泥漿，該水泥漿在18%的鹽水條件下漿體穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的控失水能力、易于調(diào)整的稠化時(shí)間和良好的抗壓強(qiáng)度。采用高密度抗鹽水泥漿成功完成了秋南1井的固井施工任務(wù)。在官深1井中，為解決異常高壓氣層和高壓鹽水層固井的實(shí)際困難，采用新型超高密度加重材料、超細(xì)加重穩(wěn)定劑與其他填充劑進(jìn)行顆粒級配，形成了密度為2.60～2.85 g/m3的超高密度水泥漿體系。該體系具有流動(dòng)性好、強(qiáng)度高、抗高溫、防竄能力強(qiáng)、對溫度及密度變化自適應(yīng)、施工安全性高、頂部無超緩凝的優(yōu)點(diǎn)。國外在巴西近海測試了15%NaCl鹽水水泥漿體系對含光鹵石鹽層的聲波固井質(zhì)量，表現(xiàn)出較好的膠結(jié)質(zhì)量。

4 結(jié)束語

隨著國內(nèi)對各大非常規(guī)油氣田開發(fā)力度的不斷加大，今后針對高含鹽儲(chǔ)層的開發(fā)也會(huì)不斷更進(jìn)。在鹽膏層固井中，配方主要圍繞鹽水水泥漿體系展開，而如何在兼顧抑制地層鹽溶解的基礎(chǔ)上還需注重對水泥漿力學(xué)性質(zhì)以及溫壓抗性的提升，與此同時(shí)，對于鹽膏層固井過程中的配套工藝也應(yīng)給予一定的重視。

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Difficulties of Well Cementing in Salt Gypsum Formation and Countermeasures

1234,

（1. CNOOC Irag Limited, Beijing 100015, China; 2.CNOOC Research Institute Co., Ltd., Beijing 100028, China; 2.The Second Cementing Branch of CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited, Tianjin 300000, China; 3. Jingzhou Jiahua Technology Co., Ltd., Hubei Jingzhou 430100, China）

Many accidents including lost circulation, blowout and sticking often occur in the well cementing of salt gypsum reservoir. How to build a set of slurry formulation system and supporting construction technology suitable for the cementing and sealing of salt reservoir has always been the key and difficult point for the major oil fields. In this paper, these difficulties were classified and studied, peristalsis mechanism of the salt gypsum layer was analyzed, and specific prevention and control measures were put forward in order to improve the further understanding of the well cementation of the salt gypsum layer.

salt gypsum layer; blowout; cementing and sealing; prevention and control measures

國家科技重大專項(xiàng)“2017ZX05032004-004”

2019-11-20

林楓（1984-），畢業(yè)于大慶石油學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)，主要從事油氣田鉆井技術(shù)工作。Email：linfeng@cnoociraq.com。

TE 256

A

1004-0935（2020）02-0157-03