提高新蘇A井固井質(zhì)量工藝研究

張 猛，賈永江，何德清，汪松柏，楊 陽

（1.中國石化華北石油工程有限公司井下作業(yè)分公司，河南 鄭州 450042；2.中國石化華北石油工程有限公司河南鉆井分公司，河南 南陽 473132）

新蘇A井是部署在塔里木盆地阿瓦提凹陷沙井子構(gòu)造帶的一口參數(shù)井，屬山前構(gòu)造，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鄰井資料缺乏，實際鉆遇地層與預(yù)測差別較大。鉆井過程中，二開鉆遇不同壓力體系，壓力窗口較窄；三開膏鹽巖溶解蠕變造成鉆井液污染和套管變形；四開（增加開次）鹽巖溶解掉塊，導(dǎo)致鉆井情況復(fù)雜[1-3]，主要存在以下固井難點：①套管附件及水泥漿實驗難度高；②下套管阻卡風(fēng)險大、施工風(fēng)險高；③環(huán)空間隙小、施工壓力高、易發(fā)生漏失；④固井液密度高且采用鹽水體系、整體性能要求高，井身結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 新蘇A井井身結(jié)構(gòu)

通過對新蘇A井二開、三開、四開固井工藝技術(shù)應(yīng)用情況分析，得出針對性認(rèn)識和建議，為該區(qū)勘探開發(fā)過程中固井施工提供參考。

1 固井質(zhì)量控制難點

山前構(gòu)造下地層壓力體系復(fù)雜，奧陶系上部多個地層缺失，二疊系火成巖，奧陶系、寒武系碳酸鹽巖易發(fā)育裂縫，且固井前后壓差較大，存在漏失風(fēng)險。鄰井新蘇地A井完鉆井深2 882.05 m（奧陶系大灣溝組），實鉆過程中，在二疊系與奧陶系大灣溝組發(fā)生漏失，證明新蘇A井固井漏失風(fēng)險較大。另外，長裸眼壓力窗口窄，封固段長，上下溫差大，上部溫度低，水泥石強度發(fā)展緩慢；寒武系碳酸鹽巖易溶解侵蝕鉆井液并形成“大肚子”井眼，膏鹽巖易蠕變、對下套管有時效限制，且對套管抗外擠強度要求高；尾管下入無接箍+有接箍套管，受井身結(jié)構(gòu)影響，無法加放扶正器，難以保證套管居中，且易貼壁、易黏卡、套管下入難度大，易壓漏地層，導(dǎo)致后期封固難度大，甚至造成井控風(fēng)險；鉆井液密度高、含鹽量大，要求前置液和水泥漿密度較高，滿足前置液和水泥漿各項性能要求；參數(shù)井可能存在鉆井復(fù)雜導(dǎo)致提前中完，或者改變井深結(jié)構(gòu)帶來的固井難題；對工具可靠性要求高。

2 固井工藝技術(shù)應(yīng)用

2.1 固井工藝設(shè)計思路

結(jié)合新蘇A井實鉆情況，在固井設(shè)計前對該井進行承壓，關(guān)井狀態(tài)下累計注入密度1.140 g/cm3泥漿20 m3，壓力升至3 MPa后保持不變，開井后回吐2 m3。根據(jù)上開套管地破當(dāng)量密度2.266 g/cm3，判斷該井裸眼段存在地層漏失，且可承受壓力窗口窄。結(jié)合電成像測井與巖心照片（圖2），二疊系部分地層發(fā)育裂縫明顯，奧陶系及下部地層裂縫發(fā)育不明顯。

圖2 二疊系（a）、奧陶系（c）成像測井和巖心照片

結(jié)合新蘇地A井鉆井情況進行初步分析，潛在漏失層位位于二疊系及奧陶系中統(tǒng)部分，因此，對新蘇A井進行分段固井設(shè)計，第一段封固下部潛在漏失井段、封固碳酸鹽巖地層以及柯坪塔格組下部不整合界面；第二段封固奧陶系上部地層，同時針對二疊系地層可能存在的漏失，提出漏失后的反擠措施；若第二段固井發(fā)生漏失，則進行第三段補救反擠，即從井口環(huán)空反擠至漏失層位（二疊系）。

存在地層侵入體的窄間隙尾管固井工藝[4]重疊段環(huán)空間隙窄，水泥漿形成的水泥環(huán)較薄，地層流體侵入，污染水泥漿，造成水泥環(huán)完整性差，給后期鉆井及油氣開發(fā)帶來安全隱患。新蘇A井固井實施重點在于確保水泥漿體抗污染性能，有效封固膏巖層，壓穩(wěn)地層流體[5]。

2.2 提高頂替效率措施

根據(jù)井徑、井斜等數(shù)據(jù)合理加放扶正器。管鞋、油氣顯示井段選用整體樹脂旋流扶正器，優(yōu)點為摩阻系數(shù)低、易于套管下入和旋轉(zhuǎn)，同時可以改變水泥漿流態(tài)；其余井段加放彈性扶正器，有效降低經(jīng)濟成本。通過軟件校核居中度，二開固井大部分井段套管居中度大于67%。

受井眼條件制約，水泥漿在環(huán)空不能實現(xiàn)紊流頂替，影響頂替效率。因此，在確保井眼安全的前提下，適當(dāng)降低泥漿屈服值，結(jié)合該井壓力窗口過窄的情況，合理設(shè)計高效沖洗液段長，調(diào)整固井液柱壓力，以減少循環(huán)壓耗，改善同等條件下驅(qū)替效果[6]。采用沖洗液紊流頂替模式，可提高對井壁的沖刷；注水泥漿排量不低于1.8 m3/min，減少水泥漿在管內(nèi)混漿段，從而提高頂替效率[7]。通過軟件模擬[8]，在固井頂替過程中漿體的流體能夠持續(xù)紊流達45 min，有利于提高環(huán)空水泥環(huán)的完整性和水泥環(huán)強度。

2.3 配套適應(yīng)水泥漿體系

針對新蘇A井二開情況，合理設(shè)計漿柱結(jié)構(gòu)，除漏失反擠措施外，其余分段固井均采用雙凝雙密度水泥漿體系，領(lǐng)漿采用國產(chǎn)高抗擠微珠水泥漿體系[9]，采用8 000 psi人工微珠作為減輕劑。在控制成本前提下，確保水泥漿穩(wěn)定性，同時加入對溫度敏感性較小的緩凝劑，使水泥漿強度發(fā)展快；尾漿采用非滲透性短候凝水泥漿體系，同時加入防竄材料，有效封固管鞋、分級箍等重要井段，整體提高封固質(zhì)量。從優(yōu)化后的雙凝水泥漿體系相關(guān)數(shù)據(jù)（表1、表2、表3）可以看出，該體系具有良好的流變性能和控制失水能力，API失水控制在50 mL以內(nèi)，析水0；漿體沉降穩(wěn)定性良好，領(lǐng)漿頂部強度24 h抗壓強度為8.3 MPa；尾漿24 h抗壓強度達到23.0 MPa。

表1 優(yōu)化后水泥漿性能數(shù)據(jù)

表2 優(yōu)化后水泥漿稠化實驗數(shù)據(jù)

表3 優(yōu)化后水泥漿抗壓強度及沉降穩(wěn)定性數(shù)據(jù)

水泥漿配方如下：

領(lǐng)漿：阿G水泥+15.00%人工微珠+15.00%微硅+2.00%膨脹劑+3.00%降失水劑+1.50%防竄劑+1.00%防塵劑+1.50%緩凝劑+2.00%分散劑+0.30%消泡劑+91.30%淡水；

尾漿：阿G水泥+2.00%微硅+1.33%膨脹劑+1.70%降失水劑+0.13%防竄劑+0.13%早強劑+0.60%緩凝劑+1.33%分散劑+0.20%消泡劑+45.00%淡水。

從表4可以看出，在停機60 min后稠度未高于20 Bc，稠化時間達到安全時間，證明分級固井過程中開孔，領(lǐng)漿性能安全可靠。

表4 領(lǐng)漿稠化停機實驗數(shù)據(jù)

針對穿鹽尾管設(shè)計采用半飽和鹽水水泥漿體系進行鹽層封固作業(yè)，欠飽和鹽水能有效防止鉆井液及侵入體對水泥漿的污染，確保固井作業(yè)安全可靠。欠飽和鹽水水泥漿配方：阿G水泥+70.00%加重材料+3.00%微硅+2.00%膨脹劑+7.20%降失水劑+1.60%防竄劑+0.30%防塵劑+0.72%緩凝劑+8.60%工業(yè)鹽+0.50%早強劑+57.00%淡水。

為提高頂替效率，水泥漿與泥漿之間應(yīng)有正密度差。例如三開固井前泥漿密度為1.95 g/cm3，設(shè)計水泥漿密度為2.10 g/cm3，采用高比重材料（鐵礦粉）加重。鐵礦粉是惰性材料，加量過大不利于水泥石的強度發(fā)展；加量過小則必須減小水灰比，導(dǎo)致水泥漿表觀黏度增大，影響現(xiàn)場配漿，不易控制注水泥密度；此外，水泥漿黏度過高給施工帶來高泵壓誘發(fā)井漏風(fēng)險。

實驗室通過對水泥漿流變和強度性能優(yōu)化，根據(jù)加重材料確定最終加量，從優(yōu)化后水泥漿體系相關(guān)數(shù)據(jù)（表5、表6、表7）可以看出，該高密度鹽水水泥漿體系通過配方優(yōu)化，基本消除鐵礦粉和鹽水對水泥漿漿體穩(wěn)定性的影響，具有良好流變性能和較好穩(wěn)定性，析水0，API失水控制在50 mL以內(nèi)。同時，稠化時間可調(diào)性強、養(yǎng)護強度高，24 h抗壓強度達到20.1 MPa，滿足設(shè)計施工需求。

表5 優(yōu)化后水泥漿性能數(shù)據(jù)

表6 優(yōu)化后水泥漿稠化實驗數(shù)據(jù)

表7 優(yōu)化后水泥漿抗壓強度及沉降穩(wěn)定性數(shù)據(jù)

2.4 現(xiàn)場應(yīng)用

新蘇A井二開固井，在雙級固井的二級施工替漿至56 m3時，井口返漿量突然變小，替漿到量碰壓后未返出水泥漿，罐面計量漏失55 m3。根據(jù)壓力和漏失量復(fù)核，水泥漿返高應(yīng)不低于井深1 600 m，不高于井深1 300 m，初步判斷為二疊系井段漏失。后期按分段固井設(shè)計對該井進行反擠，共擠入水泥漿76.5 m3，平均密度1.71 g/cm3，排量0.9～1.3 m3/min，壓力2.0～4.0 MPa，停泵壓力為0。

從二開測井聲幅質(zhì)量數(shù)據(jù)看，該井管鞋、分級箍、井口及油氣顯示井段封固優(yōu)秀，全井固井封固效率達到98%，全井優(yōu)良率達到85%，達到預(yù)期固井目的。

三開穿鹽尾管固井測井聲幅質(zhì)量顯示，合格率100%、優(yōu)良率70.5%、優(yōu)質(zhì)率62.5%。上層管鞋、套管重疊段封固合格，達到固井施工目的，該井固井綜合評定為優(yōu)質(zhì)。

2.5 異常處理

新蘇A井三開固井后鉆井隊鉆掃下水泥塞結(jié)束后，起鉆過程發(fā)現(xiàn)4 420～4 430 m、4 387～4 392 m、4 371～4 375 m、4 357～4 360 m井段遇阻，后證實為巖鹽、膏巖層蠕變擠壓導(dǎo)致套管變形。由于套管形變不大，采用φ149.2 mm偏心鉆頭（擴徑至φ165.1 mm）能夠滿足下開次鉆井施工。

四開鉆井過程在4 654～4 661 m、4 672～4 679 m、4 685～4 687 m井段再次鉆遇鹽巖（地質(zhì)設(shè)計未預(yù)測），導(dǎo)致繼續(xù)鉆井風(fēng)險加大，采用增加一開次尾管進行提前中完，有效封固下部鹽巖層及上部套管形變部分井段。增加開次φ139.7 mm尾管固井施工順利，套管重疊段封固合格率100%，整體優(yōu)良率86.3%，達到固井施工目的。

3 結(jié)論

新蘇A井為外圍參數(shù)井，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鄰井資料匱乏，給鉆井和固井工程施工帶來困難和風(fēng)險。通過對該井固井工藝技術(shù)應(yīng)用情況和固井過程中遇到的問題進行綜合性回望和分析，得到以下結(jié)論。

（1）針對長裸眼固井，合理設(shè)計分段固井，既降低漏失風(fēng)險，又有效“壓穩(wěn)防漏”，提高了套管封固效率和固井質(zhì)量。

（2）高抗擠人工微珠低密度水泥漿體系，性能優(yōu)良，針對易漏失地層，能夠有效降低液柱壓力，提高水泥漿返高，從而提高固井質(zhì)量。

（3）欠飽和鹽水水泥漿體系主要針對鹽膏層地層侵入體，抗污染能力強，給窄間隙鹽層尾管固井提供有效的水泥漿體系支撐。

（4）對于巖鹽、膏巖層蠕變擠壓產(chǎn)生的套管變形，可采用增加一開次高強度套管進行補救固井作業(yè)。