**1-H*復(fù)雜井“正注、反擠、中間分流”固井技術(shù)

黨冬紅 ，郭文猛，李利軍，李冬，沈磊，馬倩蕓，陳大滄

（1.渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司，河北任丘 062552；2.渤海鉆探工程技術(shù)研究院，河北任丘 062552）

**1-H*井為水平井四開井身結(jié)構(gòu)，二開中途完鉆井深5363 m，下入φ244.5 mm 套管坐入古近系E2-3s 頂部2.47 m 的泥巖隔板層，封固新近系吉迪克組N1j 下部膏泥巖高壓層及上部砂礫巖、泥巖地層，為三開鉆穿古近系E2-3s 低壓層創(chuàng)造條件。該井新近系吉迪克組N1j 膏泥巖段夾雜砂巖、白云巖的高壓鹽水層和漏層，地層呈“零”壓力窗口狀態(tài)，井下出現(xiàn)又漏又溢的復(fù)雜情況，邊壓井、邊堵漏完成二開進(jìn)尺，下入φ244.5 mm 技術(shù)套管，復(fù)雜的井下條件給固井帶來較高難度。通過采用抗侵防竄、防漏、高韌性、抗鹽水泥漿體系及“正注、反擠、中間分流”固井工藝技術(shù)，并結(jié)合使用低黏度低切力先導(dǎo)鉆井液、沖洗型固井前置液和中間分流三凝雙密度漿體結(jié)構(gòu)等系列工藝措施[1]，實(shí)現(xiàn)該層套管環(huán)空水泥環(huán)完整封固。

1 工程概況

1.1 井身結(jié)構(gòu)及地質(zhì)概況

**1-H*井φ339.7 mm 表層套管下深800 m，二開φ244.5 mm 技術(shù)套管下深5363 m，坐入E2-3s頂部2.47 m 的泥巖隔板層固井，封固新近系吉迪克組N1j 高壓鹽水層，為三開低壓層鉆進(jìn)創(chuàng)造條件。二開庫車組N2k 上段為砂礫巖、粉細(xì)砂巖、泥巖互層，壓力系數(shù)為1.15；庫車組N2k 下段、康村組N1-2k、吉迪克組N1j 上段為泥巖、粉砂巖層，吉迪克組N1j 層下段為泥巖、砂巖、膏泥巖互層，5065～5360.53 m井段存在多套高壓鹽水層和漏層，壓力系數(shù)為1.50；井底靜止溫度為113.7 ℃。

1.2 鉆井液體系及性能

使用KCl 聚磺鉆井液體系，完鉆鉆井液密度為1.51 g/cm3，表觀黏度為38.5 mPa·s，塑性黏度為23 mPa·s，動(dòng)切力為5.5 Pa，靜切力為1.0/6.5 Pa/Pa，高溫高壓濾失量為2.6 mL，泥餅為0.5 mm，摩擦系數(shù)為0.08，固相含量為20%，含油量為1%，含砂量為0.3%，pH 值為8.5，Cl-含量為82 172 mg/L，Ca2+含量為320 mg/L。

1.3 井下復(fù)雜情況

1）溢流層與壓穩(wěn)。二開鉆井液密度為1.50 g/cm3，鉆至井深5313 m，Cl-含量由47 260 mg/L 上升到66 960 mg/L，電導(dǎo)率由4.38 上升至4.84 S/m。準(zhǔn)備地質(zhì)測(cè)井，通井過程中發(fā)生井口溢流，循環(huán)排出13.2 m3密度為1.40 g/cm3混漿，Cl-含量為94 568 mg/L，鉆井液密度提至1.51 g/cm3循環(huán)壓井，測(cè)井完再次水侵溢流，循環(huán)壓井排出31.8 m3密度為1.18～1.38 g/cm3混漿，Cl-含量為181 105 mg/L。

2）失返性井漏、堵漏與水侵。使用密度為1.51 g/cm3的鉆井液，鉆至井深5324.51 m 發(fā)生鉆井液失返性漏失，注入40 m3配方為5%膨潤(rùn)土+1%NaOH+15%SMP-3+15%YA-2+3%FT-1A+0.5%THJN 堵漏液，堵漏恢復(fù)鉆進(jìn)，鉆井過程中每趟鉆均發(fā)生嚴(yán)重后效水侵，循環(huán)排出47.3～62.0 m3密度為1.17～1.38 g/cm3的鹽水混漿。

在壓井、堵漏中二開中途完鉆，下入φ244.5 mm 技術(shù)套管至井深5363 m，坐入古近系E2-3s 頂部泥巖隔板層2.47 m，分級(jí)箍深度為3003.53 m。低排量開泵井下失返性漏失，間斷性小排量向井底注入40 m3配方為0.5%NaOH+10%SMP-3+10%YA-2+1%THJN 堵漏膠液，并向環(huán)空吊灌密度為1.51 g/cm3的鉆井液，以平衡地層壓力，防井噴事故發(fā)生。封堵漏層后小排量循環(huán)，排出62.4 m3低密度混漿，混漿全部出井后，井下再次出現(xiàn)有進(jìn)無出的失返性漏失。依據(jù)混漿密度、排出量和井下靜止時(shí)間，計(jì)算地層水侵速度為0.6 m3/min，環(huán)空上竄速度為452 m/h。

2 施工技術(shù)難點(diǎn)

1）井底隔板層固井質(zhì)量的重要性。二開吉迪克組N1j 高壓層與三開古近系E2-3s 低壓層之間僅有2.47 m 的泥巖隔層，膏泥巖蠕動(dòng)縮徑及井斜變化易造成下套管遇阻，若套管不能坐入井底隔板層，或隔板層環(huán)空水泥封固質(zhì)量差，三開鉆具對(duì)套管敲擊會(huì)使水泥環(huán)破碎，環(huán)空封隔失效，吉迪克組N1j層的高壓水竄入三開古近系E2-3s低壓層井眼內(nèi)，將造成地下井噴。

2）井漏對(duì)固井的影響。地層承壓能力低，漏點(diǎn)多，鉆進(jìn)過程中頻繁發(fā)生失返性漏失，套管到底開泵失返未能建立循環(huán)。水泥封固段長(zhǎng)，施工動(dòng)、靜液柱壓力高，施工存在井漏、水泥低返、地層漏封風(fēng)險(xiǎn)。

3）窄壓力窗口對(duì)壓穩(wěn)防竄、防噴的影響。井下存在高壓鹽水層，地層孔隙壓力高，水層活躍，環(huán)空水泥漿失重后，易發(fā)生水竄；壓力窗口窄，施工過程中一旦井漏，不僅影響固井質(zhì)量，且環(huán)空壓力失衡誘發(fā)井噴。

4）水侵對(duì)封固質(zhì)量的影響。施工過程中地層水侵入環(huán)空，鹽水影響水泥漿性能，縮短水泥漿稠化時(shí)間，造成施工風(fēng)險(xiǎn)；井漏環(huán)空液柱壓力降低，大量地層水快速侵入和上竄，環(huán)空水泥被鹽水稀釋、置換，造成水泥強(qiáng)度降低或大段環(huán)空無水泥，地層漏封；水泥漿失重過程中，高壓地層水沿環(huán)空持續(xù)上竄形成水帶和竄流通道。

4)由于核磁共振儀器成本和維護(hù)費(fèi)用較高，一定程度上限制了該技術(shù)在植物科學(xué)上的應(yīng)用。今后我們需要提高核磁共振儀器性能，加強(qiáng)技術(shù)人員的培訓(xùn)，以降低儀器成本，并且爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)儀器共享，必將促進(jìn)核磁共振技術(shù)在植物研究方面的進(jìn)一步提高。

5）頂替效率對(duì)固井質(zhì)量的影響。φ244.5 mm套管環(huán)空間隙大，套管居中度低，且井下漏失嚴(yán)重，固井不宜采用大排量作業(yè)，頂替效率低；施工前井下老化的鉆井液和堵漏漿得不到循環(huán)處理和頂替出井，滯留井內(nèi)的高黏稠鉆井液及井壁虛泥餅難以驅(qū)替、清除，水泥不能與井壁或致密層泥餅良好膠結(jié)；鉆井液條帶和虛厚泥餅形成水泥界面竄流通道，影響環(huán)空封固質(zhì)量。

3 固井技術(shù)方案

3.1 確保套管坐入井底2.47 m的泥巖隔層

下套管前，采用φ311.15 mm 鉆頭+630*NC560變扣接頭+φ203.2 mm 鉆鋌×1 根+φ311.15 mm扶正器+φ203.2 mm 鉆鋌×1 根+φ311.15 mm 扶正器+φ203.2 mm 鉆鋌×10 根+NC56 公*520+φ139.7 mm WHDP×15 根+φ139.7 mm DP 的雙扶鉆具結(jié)構(gòu)通井到底，修整井壁，并計(jì)算鉆鋌與φ244.5 mm 套管的剛度比，剛度比大于1 即可保證套管順利下至井底。該井計(jì)算剛度比為1.8，套管能夠順利下至隔板層底部。

3.2 提高套管居中度

正注水泥漿封固段，每1 根套管安放扶正器1 只，并用固定環(huán)鎖定扶正器位置，特別是第一根套管扶正器鎖固在近浮鞋位置；其他裸眼井段每2根套管安放扶正器1 只；套管重疊封固段每3～5根套管安放扶正器1 只，確保套管居中度不小于75%，為提高頂替效率創(chuàng)造條件。

3.3 優(yōu)化固井液結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）正注固井。施工前注入占環(huán)空段長(zhǎng)1500 m左右的密度為1.50 g/cm3低黏度低切力先導(dǎo)鉆井液；注入環(huán)空沖洗段長(zhǎng)350 m 密度為1.53 g/cm3的沖洗型加重隔離液；注入密度為1.88 和1.90 g/cm3高韌性雙凝防竄水泥領(lǐng)、尾漿，領(lǐng)漿返至井深5324.51 m 漏層以上200 m，尾漿封固漏層以下38.49 m 的鹽水層和泥巖隔板層[2-3]。

2）分流固井。采用沖洗液+三凝雙密度水泥漿的固井液結(jié)構(gòu)。即：正注施工結(jié)束，打開分級(jí)箍，以低排量、低泵壓將正注水泥領(lǐng)漿緩慢推入漏層，水泥領(lǐng)漿與隔離液、鉆井液在漏道內(nèi)混合，形成低強(qiáng)度水泥混漿，對(duì)漏道適度封堵，使漏層保持低承壓能力，井口環(huán)空敞壓狀態(tài)下，建立低排量循環(huán)條件。

從分級(jí)箍注入密度為1.02 g/cm3、環(huán)空沖洗段長(zhǎng)300 m 的沖洗液；注入井深1600 m～分級(jí)箍的1400 m 環(huán)空段長(zhǎng)、容積量2 倍的1.55 g/cm3低密度水泥漿；注入分級(jí)箍至井底環(huán)空容積量各占一半的1.88 g/cm3快凝和緩凝水泥封固漿；實(shí)施壓塞替漿作業(yè)，當(dāng)1.55 g/cm3低密度水泥漿出分級(jí)箍一半，即返至井深1600 m 砂礫巖易漏層時(shí)，關(guān)閉井口環(huán)空，壓漏井深5324.51 m 處漏層，使另一半密度為1.55 g/cm3的水泥漿從分級(jí)箍位置分流，做為先導(dǎo)漿和隔離液，最終進(jìn)入井深5324.51 m 漏層，密度為1.88 g/cm3水泥兩凝封固漿與正注水泥封固段對(duì)接，替漿結(jié)束，碰壓關(guān)閉分級(jí)箍。三凝雙密度水泥漿的液柱結(jié)構(gòu)，快凝水泥漿失重狀態(tài)下，既能壓穩(wěn)高壓鹽水層，又降低了環(huán)空液柱壓力，控制水泥漿漏失量[4]。

3）井口反擠水泥。待分流固井密度為1.55 g/cm3的水泥膠結(jié)強(qiáng)度不小于7 MPa 后，從井口環(huán)空試擠，壓漏水泥頂部砂礫巖地層，求取試擠排量和壓力參數(shù)。向環(huán)空擠注沖洗段長(zhǎng)300 m 密度為1.02 g/cm3的沖洗液和雙密度水泥漿。水泥漿封固段1600～1000 m 井段為1.55 g/cm3的低密度水泥漿，以降低水泥漿液柱壓力，控制水泥漿漏失量；1000 m～地面井段為密度1.88 g/cm3的水泥漿，以保證井口和上部井段高強(qiáng)度封固。當(dāng)密度為1.55 g/cm3低密度水泥與分流固井水泥面對(duì)接后，停泵觀察30 min，再間歇式擠注不小于20 m3密度為1.88 g/cm3的水泥漿，以確保環(huán)空水泥充滿封實(shí)。

3.4 優(yōu)化水泥漿體系

4 固井液體系

4.1 前置液及水泥漿配方

固井前置液和水泥漿配方如下。

1#（隔離液） 淡水+4%懸浮劑BCS-040S+2%稀釋劑BCS-021+30%沖洗劑BCS-110L+0.5%消泡劑+重晶石，密度為1.53 g/cm3

2#（分流固井沖洗液） 淡水+4%BCS-040S+2%BCS-021+30%BCS-110L+0.5%消泡劑，密度為1.02 g/cm3

3#（正注水泥領(lǐng)漿） G 級(jí)水泥+35%硅粉+4%防竄劑降失水劑BCG-200L+3%減阻劑BCD-210L+0.9%緩凝劑BXR-200L+0.5%消泡劑G603+纖維ALF-1

4#（正注水泥尾漿） G 級(jí)水泥+35% 硅粉+4%BCG-200L+3%BCD-210L+0.4%BXR-200L+0.5%G603+纖維ALF-1

5#（中間分流固井低密度水泥漿） G 級(jí)水泥+17% 互力漂珠+4%BCG-200L+3%BCD-210L+8%微硅+0.9%BXR-200L+0.5%G603+ALF-1

6#（快凝水泥漿） G 級(jí)水泥+35% 硅粉+4%BCG-200L+3%BCD-210L+0.7%BXR-200L+0.5%G603+ALF-1

7#（緩凝水泥漿） G 級(jí)水泥+35%硅粉+4%BCG-200L+3%BCD-210L+0.3%BXR-200L+0.5%G603+ALF-1

8#（井口環(huán)空反擠低密度水泥漿） G 級(jí)水泥+17% 互力漂珠+4%BCG-200L+3%BCD-210L+8%微硅+0.4%BXR-200L+0.5%G603+ALF-1

9#（井口環(huán)空反擠高密度水泥漿） G 級(jí)水泥+4%BCG-200L+3%BCD-210L+0.1%BXR-200L+0.5%G603+ALF-1

4.2 漿體性能及評(píng)價(jià)

正注固井隔離液流動(dòng)度為21 cm，穩(wěn)定性為0.01 g/cm3。水泥漿性能見表1，正注固井水泥漿領(lǐng)漿和尾漿稠化曲線見圖1。漿體流變性見表2。水泥漿與鉆井液相容性見表3。

圖1 3#、4#正注水泥漿領(lǐng)漿和尾漿的稠化曲線

表1 水泥漿性能

依據(jù)SY/T 5504.5—2010 標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)檢測(cè)，在2.1 MPa、80 ℃下，實(shí)驗(yàn)過程中的流體侵入量為0。見圖2。

圖2 BCG-200L 水泥漿防竄性能實(shí)驗(yàn)曲線

表2 漿體流變性能

從表1 和圖2 中看出，漿體中的抗侵防竄降失水劑BCG-200L 具有良好的耐溫抗鹽降失水作用，其分子鏈微交聯(lián)形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生較強(qiáng)的觸變性，當(dāng)漿體泵送到位由動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)為靜態(tài)后，基體內(nèi)迅速形成較強(qiáng)的黏滯力，靜膠凝強(qiáng)度迅速增大，提高了水泥漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)阻力，從而實(shí)現(xiàn)防止地層流體侵入的作用。

表3 相容性實(shí)驗(yàn)

從表3 可以看出，抗鹽水泥漿體系與鉆井液具有良好的相容性，確保了水泥漿不被地層鹽水污染，保持施工過程中的漿體性能穩(wěn)定。

1）正注固井。①施工前注入1500 m 段長(zhǎng)的低黏度、低切力先導(dǎo)鉆井液，充分稀釋、置換高黏度堵漏膠液和滯留井下的老化鉆井液，改善環(huán)空鉆井液流動(dòng)性；②沖洗型加重隔離液中高濃度的活性沖洗劑，充分溶解剝蝕、驅(qū)替井壁虛泥餅和可壓縮層泥餅，改善環(huán)空清潔條件；③緩凝水泥領(lǐng)漿與隔離液及先導(dǎo)鉆井液混合，進(jìn)入5324.51 m 處漏道內(nèi)，膠結(jié)形成低強(qiáng)度水泥石，以滿足中間分流固井水泥漿上返過程中的承壓能力；④利用ρ先導(dǎo)漿＜ρ隔離液＜ρ水泥領(lǐng)漿的密度差的浮力效應(yīng)，液體間黏度、膠凝強(qiáng)度差的拖曳和推移機(jī)理及有效接觸時(shí)間，提高環(huán)空頂替效率；⑤正注快凝水泥尾漿以“穿鞋”方式，封固井深5324.51 m 漏層以下高壓水層和套管鞋處2.47 m 的泥巖隔板層，確保吉迪克組N1j 和古近系E2-3s 等2 個(gè)不同壓力體系地層有效封隔[5-6]。

2）分流固井。①分級(jí)箍分流注水泥及井口環(huán)空反擠水泥固井的沖洗液，在環(huán)空紊流狀態(tài)下的布朗運(yùn)動(dòng)，對(duì)井壁產(chǎn)生強(qiáng)力的沖刷、清洗、稀釋作用；其活性劑與井壁沖撞和有效接觸時(shí)，分解、溶蝕、剝離井壁虛泥餅，改善界面膠結(jié)條件。②密度為1.55 g/cm3的水泥漿返至分級(jí)箍以上1400 m 段長(zhǎng)，封固井深1600 m～分級(jí)箍環(huán)空，降低環(huán)空液柱壓力，利于井下防漏、堵漏；分流到分級(jí)箍以下的密度為1.55 g/cm3低密度水泥漿作為1.88 g/cm3封固漿的先導(dǎo)漿和隔離液，起到良好的驅(qū)替、隔離鉆井液的作用。③由粒徑0.043 mm 油井水泥、粒徑為0.100～0.125 mm 漂珠和微硅等固相材料配制的密度為1.55 g/cm3水泥漿，發(fā)揮了漿體顆粒級(jí)配作用，作為上段封固漿實(shí)現(xiàn)了漿體的穩(wěn)定性和致密性；分流到分級(jí)箍以下作為先導(dǎo)漿和隔離液，其大粒徑漂珠對(duì)井壁虛泥餅起到了沖刷清除作用；利用粒徑差在漏道內(nèi)架橋堆積、水泥漿在漏道內(nèi)產(chǎn)生較高的膠凝強(qiáng)度，從而膠結(jié)封堵漏層，確保密度為1.88 g/cm3的水泥封固漿與正注固井水泥對(duì)接，實(shí)現(xiàn)環(huán)空替凈封實(shí)。④1600～5324.51 m 井段的雙密度三凝水泥漿液柱結(jié)構(gòu)，在水泥漿自下而上逐級(jí)稠化失重過程中，井下活躍水層始終處于壓穩(wěn)狀態(tài)，阻止地層水向環(huán)空侵入上竄。⑤井口環(huán)空反擠密度為1.55 和1.88 g/cm3水泥漿并與分流固井水泥對(duì)接。低密度水泥漿降低環(huán)空液柱壓力，減少漏失量；密度為1.88 g/cm3水泥漿強(qiáng)度高，良好封固套管重疊段環(huán)空。

水泥漿中的纖維網(wǎng)聯(lián)膠織，改善水泥石韌性，提高水泥石抗沖擊能力，防止鉆具對(duì)水泥環(huán)鞭打震擊產(chǎn)生裂紋，避免環(huán)空水泥環(huán)密封失效；纖維隨水泥漿流動(dòng)過程中對(duì)井壁起到撓動(dòng)、拖曳作用，利于清除井壁虛泥餅，改善清潔井壁；纖維的網(wǎng)聯(lián)和水泥漿膠凝作用阻止高壓水層向環(huán)空侵入，減少地層水對(duì)漿體的侵入和稀釋污染，避免水泥漿密度降低，強(qiáng)度下降；纖維隨水泥漿進(jìn)入漏層，發(fā)揮膠聯(lián)堵漏作用，降低漏失速度，提高地層承壓能力[7-8]。

5 固井施工參數(shù)及質(zhì)量檢測(cè)

5.1 正注水泥固井

施工前注入60 m3密度為1.50 g/cm3、黏度為37 s 的先導(dǎo)鉆井液；施工注入14 m3密度為1.53 g/cm3的隔離液；6.5 m3密度為1.88 g/cm3的水泥領(lǐng)漿；12 m3密度為1.90 g/cm3的水泥尾漿；4 m3密度為1.53 g/cm3的后置液壓膠塞；頂替196 m3密度為1.51 g/cm3的鉆井液；碰壓突增3 MPa；泄壓釋放二級(jí)塞開孔；關(guān)閉井口環(huán)空，反擠30 m3密度為1.51 g/cm3的鉆井液，排量為7 L/s，套管壓力變化0 ↗4.4 ↘0 MPa 漏道暢通，關(guān)井候凝8 h，期間每60 min 從套管內(nèi)小排量正擠2～3 m3密度為1.51 g/cm3鉆井液，泵壓逐漸升高，開啟井口環(huán)空，循環(huán)井下不漏，滿足二級(jí)固井要求。

5.2 分流注水泥固井

注入10 m3密度為1.02 g/cm3的沖洗液；注81 m3密度為1.55 g/cm3的水泥漿，45 m3密度為1.88 g/cm3的快凝水泥漿，45 m3密度為1.88 g/cm3的緩凝水泥漿；用4.3 m3密度為1.88 g/cm3的水泥漿壓膠塞；注4 m3密度為1.02 g/cm3的后置液；替漿8 m3時(shí)密度為1.55 g/cm3的水泥漿返至井深1600 m，關(guān)閉井口環(huán)空，繼續(xù)替漿至碰壓5.1 ↗22 MPa，穩(wěn)壓10 min 關(guān)閉分級(jí)箍。

5.3 井口環(huán)空反擠固井

注入10 m3密度為1.02 g/cm3沖洗液；注入30 m3密度為1.55 g/cm3水泥漿，注入20 m3密度為1.88 g/cm3水泥漿，停泵30 min，在稠化時(shí)間內(nèi)間歇式擠注23 m3密度為1.88 g/cm3水泥漿，關(guān)閉套管頭四通閥門，施工完成。

5.4 封固質(zhì)量檢測(cè)

井底5363～5160 m 井段封固質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)，其他井段中等或優(yōu)質(zhì)。滿足三開低壓層鉆井封固質(zhì)量的要求。

6 結(jié)論

1.對(duì)于復(fù)雜井薄隔板層的不同壓力體系地層固井，隔板層的有效封隔是固井的根本要求，因此采用雙扶通井和合理使用套管扶正器，保證套管順利下至井底和套管居中是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)封隔的前提條件。

2.對(duì)于含高壓鹽水層又溢又漏不能建立循環(huán)的復(fù)雜井固井，采用先導(dǎo)鉆井液+沖洗型前置液+抗鹽、抗侵、防竄水泥漿的固井液結(jié)構(gòu)，有利于環(huán)空替凈封實(shí)；采用正注、中間分流、井口反擠分段注水泥漿的技術(shù)措施，是實(shí)現(xiàn)井下壓力平衡、防漏、防竄，替凈封實(shí)的一種較好的固井方法。

3.水泥漿中加入纖維有利于提高漏層封堵能力，對(duì)井壁發(fā)揮沖刷撓動(dòng)作用，阻止地層流體向環(huán)空侵入和上竄，并提高水泥石韌性和抗沖擊能力。