大港棗園油田高含水儲(chǔ)層固井技術(shù)與應(yīng)用

李小林，叢謐 (中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司第二固井公司，天津 300280)

信婧敏 (中國(guó)石油工程項(xiàng)目管理公司天津設(shè)計(jì)院，天津 300280)

劉文明，閆振峰，凌勇，齊奔 (中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司第二固井公司，天津 300280)

隨著油氣鉆探的不斷開展，鉆完井作業(yè)面臨著各種復(fù)雜工況，對(duì)鉆完井固井施工作業(yè)提出了更高的要求[1,2]。目前，大港油田主力開發(fā)區(qū)塊已步入高含水開發(fā)階段，存在地層復(fù)雜、斷塊碎裂、地層非均質(zhì)性強(qiáng)且注采強(qiáng)度不均衡等問(wèn)題，導(dǎo)致原來(lái)地層壓力系統(tǒng)遭到破壞[3,4]。棗園油田已鉆井?dāng)?shù)773口，含油面積11.88km2，采收率20.67%，綜合含水率86.90%。由于長(zhǎng)期注水開發(fā)，油藏的層間壓力矛盾突出，形成高壓層、低壓層和欠壓層共存的多壓力層系，固井過(guò)程中存在井下漏失、油氣水侵和層間竄、管外冒等復(fù)雜風(fēng)險(xiǎn)，使提高固井質(zhì)量工作面臨著極大的挑戰(zhàn)[5～7]。針對(duì)這些問(wèn)題，王東明等[8]借鑒中國(guó)石油集團(tuán)固井技術(shù)規(guī)范中固井前鉆井液低黏低切的性能要求，提出了井眼準(zhǔn)備技術(shù)，但未針對(duì)大港油田在用鉆井液提出具體的指標(biāo)要求；黃杰等[9]將硅基鉆井液固井前性能調(diào)整指標(biāo)進(jìn)行了量化，但采用高成本的纖維防漏防竄水泥漿體系，增加了老油田開發(fā)的成本。針對(duì)棗園油田儲(chǔ)層高含水這一特性，筆者在完鉆前循環(huán)洗井方法、提高井筒承壓能力、鉆井液性能調(diào)整、研發(fā)低溫早強(qiáng)短候凝防竄水泥漿體系、倒?jié){柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面展開技術(shù)研究，探索適用于棗園油田高含水儲(chǔ)層的固井工藝技術(shù)。

1 棗園油田調(diào)整井固井技術(shù)難點(diǎn)

1.1 存在高壓水竄層

棗園油田構(gòu)造破碎、斷層多且小，長(zhǎng)期的注水開發(fā)導(dǎo)致部分區(qū)塊形成高壓圈閉，出現(xiàn)不明層位的高壓水層，在固井候凝過(guò)程中地層流體易侵入環(huán)空，易發(fā)生水泥漿竄槽，對(duì)水泥環(huán)膠結(jié)造成不利影響[10]。以棗園油田棗1266斷塊為例(見(jiàn)表1)，棗1266-18井、棗1266-13井、棗1608-10井均發(fā)生過(guò)水侵，二界面優(yōu)質(zhì)率較低，原因是由于固井前未有效壓穩(wěn)地層，地層流體易向失重狀態(tài)中的水泥漿竄流，并以溶解遷移的方式帶走水泥漿液相中的Ca2+、OH-等，破壞水泥漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響水泥膠結(jié)強(qiáng)度[11,12]。

表1 棗園油田棗1266斷塊水侵情況

1.2 高壓層、低壓層共存

在長(zhǎng)期高壓分層注水開發(fā)的作用下，棗園油田地層物性已經(jīng)發(fā)生較大變化，孔一段棗Ⅲ油組、棗Ⅳ油組存在高壓區(qū)和泄壓困難井區(qū)，鉆井固井施工過(guò)程中易發(fā)生油氣水侵，需將鉆井液密度提高至1.55g/cm3以上；而孔一段棗Ⅴ油組、孔二段地層膠結(jié)疏松、孔滲性大，當(dāng)鉆井液密度高于1.40g/cm3時(shí)極易發(fā)生漏失，“上侵下漏”的矛盾異常突出，同一口井在縱向剖面上高壓層、低壓層交互共存，區(qū)塊層間壓差突出，且壓力窗口窄，極易發(fā)生井漏或油氣水侵等復(fù)雜工況。因此，固井過(guò)程中壓穩(wěn)與防漏的矛盾、高滲低壓層水泥漿失水量大的難題，制約了固井質(zhì)量的提升[13]。

以棗1266-13井為例，該井在鉆至1800m時(shí)，鉆井液密度為1.28g/cm3，發(fā)生水侵，提高鉆井液密度至1.38g/cm3，電測(cè)后通井循環(huán)，鉆井液密度由1.38g/cm3降低至1.29g/cm3，出水嚴(yán)重；后鉆井液密度提高至1.40g/cm3壓穩(wěn)水層，提高鉆井液密度至1.42g/cm3發(fā)生漏失。

1.3 井段長(zhǎng)、間隔小

棗園油田井深在1100～3200m之間，主力產(chǎn)層在1800～2500m之間，油層段較長(zhǎng)。為實(shí)施油井分層系開采、選擇性射孔以及注水井分層注水等工藝，水泥環(huán)要防止主力油層與水層、油水同層、被開發(fā)的薄層與老油層等互相竄通，層間有效封隔難度大。圖1為棗園油田棗南斷塊油藏剖面圖。平均含油井段長(zhǎng)750m，劃分為44個(gè)小層，平均層間間隔僅為3～5m，井段長(zhǎng)、間隔小使全井封固段固井難度增大。

1.4 巖性特殊

棗園油田漏失層位以沙河街組生物灰?guī)r、孔店組玄武巖地層為主，這些層位孔洞裂縫發(fā)育，膠結(jié)疏松，滲透性好，鉆井及固井施工過(guò)程中易發(fā)生惡性漏失，嚴(yán)重制約了固井質(zhì)量的提升。棗園油田部分漏失井情況見(jiàn)表2，其中棗1281-17井在鉆進(jìn)至2172m時(shí)，鉆遇灰黑色玄武巖，發(fā)生井漏，漏速達(dá)120m3/h，最終堵漏失敗導(dǎo)致該井報(bào)廢。

表2 棗園油田部分漏失井情況

2 主要技術(shù)措施

2.1 完鉆前循環(huán)洗井

監(jiān)測(cè)油氣上竄速度、全烴含量，根據(jù)儲(chǔ)層段鉆井液失水量、密度變化判斷是否發(fā)生水竄，以此為依據(jù)調(diào)整鉆井液密度，確保固井前壓穩(wěn)地層。完鉆階段靜止觀察4～6h，要求油氣上竄速度小于15m/h，且鉆井液密度變化小于0.02g/cm3，失水量無(wú)變化。

2.2 提高井筒承壓能力

由于棗園油田漏失層位厚度較大，采用強(qiáng)穿鉆進(jìn)技術(shù)，配合隨鉆堵漏，強(qiáng)穿漏失層位，再進(jìn)行承壓堵漏，根據(jù)提前預(yù)測(cè)和模擬壓穩(wěn)高壓層所需的壓力，改變固井動(dòng)態(tài)當(dāng)量密度，提高地層承壓能力，保證壓穩(wěn)地層及固井施工需要[14]。各地層施工建議如下：

1)砂巖地層，采用改性植物纖維(單封)+復(fù)合堵漏劑+凝膠纖維(SPA)。

2)特殊巖性(安山巖、玄武巖)地層，采用雷特超強(qiáng)堵漏劑(中粗、細(xì))+雷特隨鉆堵漏劑+酸溶性橋塞堵漏劑(中粗、細(xì))+核桃殼(粗、中粗、細(xì))。

3)惡性漏失(生物灰?guī)r)地層，采用自膠結(jié)堵漏、水泥封堵。

2.3 固井前鉆井液性能調(diào)整

棗園油田區(qū)塊內(nèi)地層壓力紊亂，水層能量高，壓穩(wěn)地層是保證固井質(zhì)量的前提[15～17]。針對(duì)棗園油田通常采用防塌鉆井液體系，但鉆井液在井壁上易形成虛厚泥餅而阻礙水泥石與地層間界面的膠結(jié)，降低固井質(zhì)量，降低水泥環(huán)的層間封隔能力。所以，固井前需要調(diào)整鉆井液性能，調(diào)整指標(biāo)如表3所示。提高pH，強(qiáng)堿能夠拆解井壁上鉆井液的化學(xué)結(jié)構(gòu)，提升泥餅質(zhì)量，為提高二界面固井質(zhì)量創(chuàng)造了條件；延長(zhǎng)強(qiáng)堿與井壁泥餅的接觸時(shí)間；降低鉆井液塑性黏度、動(dòng)切力，提高鉆井液流變性能，改善泥餅質(zhì)量，降低流動(dòng)摩阻。

表3 固井前鉆井液性能調(diào)整指標(biāo)

圖2為鉆井液性能調(diào)整前后沖洗效果對(duì)比，可以看出，調(diào)整前(見(jiàn)圖2(a))鉆井液失水量過(guò)高，泥餅厚而松散，加入化學(xué)劑(硅稀釋劑)調(diào)整后(見(jiàn)圖2(b))，提高鉆井液流變性，有利于去除虛泥餅。表4為部分井調(diào)整前后固井質(zhì)量對(duì)比，可以看出調(diào)整后的固井二界面的優(yōu)質(zhì)率都有了大幅度的提升。

表4 鉆井液性能調(diào)整前后固井質(zhì)量對(duì)比

2.4 低溫早強(qiáng)短候凝防竄水泥漿體系

水泥漿配方：華銀G級(jí)水泥+降失水劑JS-2+膨脹劑YXPZ-1(晶格型)+膨脹劑QJ-625(發(fā)氣型)+纖維堵漏劑ALF-1。優(yōu)選使用發(fā)氣型膨脹劑QJ-625與晶格型膨脹劑YXPZ-1，彌補(bǔ)因水泥漿收縮而引起的竄流，提高水泥石膠結(jié)密封性[18～20]。由表5可以看出，該水泥漿體系流動(dòng)性好，失水量小于40mL，40～100Bc時(shí)間小于15min，呈現(xiàn)直角稠化。由圖3可以看出，60℃條件下靜膠凝強(qiáng)度的過(guò)渡時(shí)間為12min，防竄性能好。該水泥漿體系具有早強(qiáng)、低溫下低失水、短候凝、防漏的特點(diǎn)，2種膨脹劑同時(shí)配合使用，水泥漿膨脹率高，防竄效果好，對(duì)于提高棗園油田高含水儲(chǔ)層固井質(zhì)量有積極影響。

表5 水泥漿體系綜合性能

2.5 合理漿柱結(jié)構(gòu)

采用“倒?jié){柱”結(jié)構(gòu)即先注入加重隔離液或重漿，再注入沖洗液，確保沖洗液完全返過(guò)水層位置時(shí)該位置的漿柱壓力大于水層的壓穩(wěn)系數(shù)，同時(shí)使用加重隔離液可以保證速凝水泥漿失重時(shí)環(huán)空漿柱壓力對(duì)油氣層產(chǎn)生的壓力大于通井時(shí)鉆井液液柱對(duì)油氣層產(chǎn)生的壓力，實(shí)現(xiàn)了固井及候凝過(guò)程中的壓穩(wěn)。尾漿失重時(shí)井底當(dāng)量泥漿密度經(jīng)驗(yàn)公式為：

ρ1=ρ0+ρ

(1)

式中：ρ1為尾漿失重時(shí)井底當(dāng)量泥漿密度，g/cm3；ρ0為完鉆時(shí)鉆井液密度，g/cm3；ρ為附加當(dāng)量密度，以保證候凝過(guò)程中的壓穩(wěn)，0.05～0.1g/cm3。

以棗1281-11井為例，現(xiàn)場(chǎng)鉆井液密度1.40g/cm3，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的漿柱結(jié)構(gòu)，尾漿失重時(shí)井底當(dāng)量泥漿密度為1.47g/cm3，高于鉆井液密度，確保了候凝過(guò)程中壓穩(wěn)油氣層。

2.6 其他配套施工措施

1)油層段每一根套管配一只扶正器，以保證良好的套管居中度，為注替過(guò)程中實(shí)現(xiàn)紊流頂替，提高頂替效率打好基礎(chǔ)。

2)根據(jù)地層物性特點(diǎn)，為減小因過(guò)高的激動(dòng)壓力造成界面交換，采用復(fù)合排量頂替：前期采用紊流頂替，環(huán)空返速1.0～1.1m/s以上，保證頂替效率；施工后期采用塞流頂替，上返速度小于0.4m/s，以免發(fā)生井漏。

3 工程應(yīng)用

針對(duì)棗園油田的固井難點(diǎn)分析可知，起決定性作用的是固井前完全壓穩(wěn)的問(wèn)題。以棗1281-13井為例，該井鉆進(jìn)至2027、2131m時(shí)分別發(fā)生井漏，共漏失鉆井液210m3。針對(duì)該井工況制定技術(shù)措施：完鉆鉆井液密度為1.35g/cm3，測(cè)得后效4m/h，固井調(diào)整鉆井液性能流型指數(shù)為0.74，pH為11，循環(huán)洗井3周，保持進(jìn)出口鉆井液密度不變。采用倒?jié){柱設(shè)計(jì)重漿(1.63g/cm3)+沖洗液(1.00g/cm3)+水泥漿(1.90g/cm3)，尾漿失重時(shí)井底當(dāng)量泥漿密度為1.40g/cm3。為避免固井施工過(guò)程中漏失風(fēng)險(xiǎn)，在重漿和水泥漿中加入纖維堵漏劑?，F(xiàn)場(chǎng)水泥漿體系為低溫早強(qiáng)短候凝防竄水泥漿體系(G級(jí)水泥+JS-2+QJ-625+YXPZ-1)，現(xiàn)場(chǎng)單車注灰，排量控制在1.0m3/min以上，施工順利，24h測(cè)聲幅質(zhì)量，二界面優(yōu)質(zhì)率89.39%。該項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用7口井(見(jiàn)表6)，固井質(zhì)量均為優(yōu)質(zhì)。

表6 低溫早強(qiáng)短候凝防竄水泥漿體系工程應(yīng)用效果

4 結(jié)論

1)根據(jù)儲(chǔ)層段進(jìn)出口鉆井液密度和失水量變化判斷是否發(fā)生水竄，根據(jù)不同漏失巖性，選擇不同堵漏措施，做好固井前井眼準(zhǔn)備工作。

2)調(diào)整固井前鉆井液性能，利用強(qiáng)堿性拆解井壁上鉆井液化學(xué)結(jié)構(gòu)，加入化學(xué)稀釋劑，提高鉆井液流變性，能夠較好地清除井壁虛泥餅，為提高二界面膠結(jié)質(zhì)量提供了條件。

3)選擇具有早強(qiáng)、短候凝、防竄、低失水特點(diǎn)的水泥漿體系是提高高含水儲(chǔ)層固井質(zhì)量的重要保障。

4)通過(guò)合理設(shè)計(jì)漿柱結(jié)構(gòu)使尾漿失重時(shí)井底當(dāng)量密度高于鉆井液密度0.05～0.1g/cm3，確保候凝過(guò)程中壓穩(wěn)地層流體。