頂部注水泥工藝在東勝氣田多層開(kāi)發(fā)中的首次應(yīng)用

張 輝

（中國(guó)石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，河南 鄭州 450006）

0 引言

東勝氣田位于鄂爾多斯盆地北部，錦142井是氣田的一口重點(diǎn)評(píng)價(jià)定向井，主要是為了落實(shí)弄清蔣家梁東圈閉南部?jī)?chǔ)層發(fā)育狀況及含氣性，目的層是中二疊統(tǒng)下石盒子組盒3 段，次要目的層為盒1 段，兼探元古生界，可為儲(chǔ)量升級(jí)提供依據(jù)。錦142井完鉆井深為3 363 m，盒3段、盒1段和元古界均發(fā)現(xiàn)了較好的油氣顯示。為了更好地探明該區(qū)塊的儲(chǔ)量，并防止氣層固井時(shí)漏失水泥漿污染儲(chǔ)層，在東勝氣田首次試驗(yàn)頂部固井完井，盒3 段、盒1 段含水氣藏［1-4］采用固井射孔建產(chǎn)，元古界裂縫性氣藏采用篩管完井，保障了勘探目的順利實(shí)現(xiàn)。

1 頂部固井技術(shù)

頂部固井技術(shù)［5-8］是在同一井徑條件下根據(jù)儲(chǔ)層特點(diǎn)建立分層多樣完井方式的主要手段之一。通過(guò)篩管頂部聯(lián)接套管串，在適當(dāng)位置安放盲板短接、管外封隔器和分級(jí)箍；利用管外封隔器有效封隔環(huán)空，保障篩管段無(wú)水泥漿；采用盲板短接封隔內(nèi)通徑，分級(jí)箍一級(jí)注水泥漿封固上部套管串，從而有效保護(hù)油氣層，實(shí)現(xiàn)同一井徑條件下多層同時(shí)開(kāi)發(fā)。該技術(shù)有利于阻止油氣上竄，防止水泥污染油氣層，并為復(fù)雜油氣藏分層精細(xì)化開(kāi)發(fā)提供了重要途徑。

2 主要難點(diǎn)

2.1 錦142井概況

錦142 井完鉆層位為元古界，井深為3 363 m，垂深為3 332.95 m，井斜為7.50°，方位為2.00°，水平位移為214.56 m，采用二級(jí)井身結(jié)構(gòu)篩管頂部固井完井（表1）。

表1 實(shí)鉆井身結(jié)構(gòu)情況表

2.2 主要難點(diǎn)

1）垂深較深，固井施工壓力大，對(duì)工具穩(wěn)定性要求高。封隔器提前漲封容易導(dǎo)致井筒報(bào)廢，封隔器可能無(wú)法有效漲封，上部水泥漿進(jìn)入篩管污染儲(chǔ)層；此外分級(jí)箍也存在打不開(kāi)或無(wú)法正常關(guān)孔的風(fēng)險(xiǎn)，容易導(dǎo)致工藝失敗。

2）垂向多層漏失，固井質(zhì)量難以保障。錦142井上部劉家溝和井底元古界裂縫發(fā)育，提高頂替效率及壓穩(wěn)與固井防漏矛盾突出；同時(shí)上部下三疊統(tǒng)劉家溝組易漏，封隔器漲封后，環(huán)空承壓驗(yàn)封精確度差，上提管柱驗(yàn)封易損壞封隔器。

3 管串結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 工具優(yōu)選

頂部固井成功的關(guān)鍵是盲板短接、管外封隔器和分級(jí)箍的穩(wěn)定性［9-10］。盲板短接主要起到管串內(nèi)部的阻隔作用，用于支撐固井期間管串內(nèi)部流體壓力，要求具有較高的承壓能力。分級(jí)箍?jī)?yōu)選壓差式雙級(jí)箍，避免機(jī)械式對(duì)盲板的沖擊損壞，由本體、關(guān)閉套、打開(kāi)套及關(guān)閉塞等組成；通過(guò)井口打壓控制循環(huán)孔的打開(kāi)和關(guān)閉，形成套管內(nèi)外聯(lián)通的通道，實(shí)現(xiàn)頂部注水泥工藝。管外膨脹式封隔器優(yōu)選水力擴(kuò)張式封隔器，由中心管、膠筒及密封件等組成；固井前井口蹩壓，液壓漲開(kāi)封隔器的膠筒，封隔套管串和篩管串外部的環(huán)形空間，防止水泥漿下落。

為了確保頂部固井成功，選用了性能較好且配套的分級(jí)箍、封隔器和盲板短接（表2）。并設(shè)計(jì)兩個(gè)封隔器，提高井筒環(huán)空密封的有效性，具體管串結(jié)構(gòu)為：引鞋+篩管串+盲板短節(jié)+1 根套管+1 只封隔器+1根套管+1只封隔器+1根套管+可鉆式分級(jí)箍+套管串。

3.2 位置優(yōu)選

雙井徑測(cè)井［11-12］結(jié)果顯示，上部3 000～3 150 m的測(cè)量井段井徑為242.0～248.8 mm，擴(kuò)大率為12.09%～15.24%；下部3 150～3 300 m的測(cè)量井段井徑為239.4～226 mm，擴(kuò)大率為10.88%～4.68%。為保障壓差式雙級(jí)箍的順利打開(kāi)及水力擴(kuò)張式封隔器的高效密封，同時(shí)兼顧上部含水氣藏固井和元古界篩管裸眼建產(chǎn)，優(yōu)選了井徑規(guī)則且井壁穩(wěn)定性較好的砂巖地層放置，避開(kāi)上部大肚子井眼，保障了元古界的裸露面積，具體位置見(jiàn)表3。

4 主要固井工藝

4.1 漿體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)劉家溝組漏失情況采用正注反擠固井工藝［13-18］，優(yōu)選低密度、流動(dòng)性好、低失水、短過(guò)渡的GSJ 水泥漿體系，具體性能見(jiàn)表4。正注采用一次注水泥雙凝近平衡固井工藝［19-21］，密度為1.75 g／cm3的水泥漿返至劉家溝組底部，封固2 674～2 874 m井段，密度為1.90 g／cm3水泥漿封固2 874～3 210 m井段，自上而下液柱為鉆井液、前置液、過(guò)渡漿、尾漿、泥漿，環(huán)空當(dāng)量密度為1.20 g／cm3，保障了目的層壓穩(wěn)。反擠采用1.30 g／cm3低密度水泥漿，封固段為0～2 674 m井段。

表2 固井工具參數(shù)表

表3 固井工具安放位置列表

4.2 注替工藝

正注期間，水泥漿出套管時(shí)采用1.3 m3／min 大排量頂替，提高目的層頂替效率，保障固井質(zhì)量，壓力平穩(wěn)后采用0.8～0.3 m3／min 小排量頂替，控制施工壓力，防止固井漏失；反擠試擠清水為0.5～1.0 m3，排量為 0.3 m3／min，逐步提高至 0.8 m3／min，提高反向頂替效率。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)施工工藝

錦142 井頂部固井具體現(xiàn)場(chǎng)施工工藝如下：①下生產(chǎn)套管至預(yù)定井深3363m，坐封封隔器，排量為0.1～0.2 m3／min，逐步提高壓力，分別穩(wěn)壓，11 MPa，穩(wěn)壓5 min；憋壓在13 MPa，穩(wěn)壓5 min；憋壓在14 MPa，穩(wěn)壓5 min；停泵上提套管驗(yàn)證坐封及管串情況，上提0.2 m 時(shí)，套管從原懸重為73 t 上漲至83 t，上提0.5 m時(shí)，套管從原懸重為73 t上漲至90 t，判斷封隔器已坐封。②采用泥漿泵打壓，壓力上漲至19 MPa，瞬間降至2.5 MPa，井口返漿，判斷分級(jí)箍打開(kāi)與否。③正注固井前置液為8 m3，低密度水泥漿為7.5 m3，常規(guī)水泥漿為13 m3，替漿為38 m3，地面施工連續(xù)順利，壓力為9～20 MPa，碰壓正常，井口返漿正常。④套管試壓為20 MPa，穩(wěn)壓達(dá)30 min，壓降為0.2 MPa。反擠固井注前置液10 m3，排量為0.6 m3／min，壓力為3 MPa，注水泥漿80 m3，平均密度為1.30 g／cm3；注后置液0.5 m3，停泵壓力為0。⑤候凝48 h 后，經(jīng)CBL-VDL 儀器測(cè)井顯示，在0～2 150 m、2 600～3 210 m 的封固段內(nèi)的一、二界面固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)，其他封固段固井質(zhì)量合格。分級(jí)箍?jī)?nèi)套鉆完后，后期試氣等作業(yè)施工順利，水力封隔器工作正常，水泥漿沒(méi)有下落到篩管中。

表4 水泥漿性能表

5 結(jié)論

1）錦142 井首次成功應(yīng)用了頂部固井技術(shù)，簡(jiǎn)化了井身結(jié)構(gòu)，節(jié)約了成本，避免了水泥漿污染油氣層，為東勝氣田上古生界含水氣藏和元古界裂縫氣藏的高效開(kāi)發(fā)提供了可推廣的借鑒范例。

2）頂部固井技術(shù)是在同一井徑條件下建立分層多樣完井方式的重要手段，可以實(shí)現(xiàn)垂向多層精細(xì)化動(dòng)用，成功的關(guān)鍵是性能優(yōu)良的液壓工具及合適的安放位置。

3）正注反擠固井工藝有利于提升垂向多層惡性漏失井的固井質(zhì)量。