南海樂東區(qū)塊高溫高壓窄壓力窗口尾管固井技術(shù)及應(yīng)用

羅東輝(中海油服油田化學(xué)事業(yè)部，廣東 湛江 524057)

0 引言

樂東10-1構(gòu)造位于鶯歌海盆地凹陷斜坡帶，儲層為水道沉積，蘊(yùn)含豐富的天然氣。由于樂東10-1區(qū)塊靜止溫度167 ℃、壓力系數(shù)2.29、壓力窗口僅0.05，且地質(zhì)條件復(fù)雜，存在的薄弱層容易產(chǎn)生漏失，給該區(qū)塊安全勘探與開發(fā)帶來了巨大挑戰(zhàn)。對于如何采用綜合技術(shù)措施提高固井質(zhì)量，防止環(huán)空氣竄研究不多，如何保證此類氣井安全固井還沒有成熟技術(shù)。為此，如何解決南海鶯歌海盆地樂東10-1區(qū)塊“高溫、高壓、窄壓力窗口”氣井固井質(zhì)量問題已經(jīng)成為氣田勘探開發(fā)的技術(shù)瓶頸 。

1 樂東區(qū)塊高溫高壓氣井主要固井技術(shù)難題

南海鶯歌海盆地樂東10-1區(qū)塊高溫高壓氣井固井受到的影響因素眾多，技術(shù)難度大、風(fēng)險(xiǎn)大，主要包括：(1)封固高壓氣層，氣竄風(fēng)險(xiǎn)高；氣層壓力高，固井后易發(fā)生環(huán)空氣竄。由于氣體可壓縮，易膨脹，控制難度大，固井后如何防止環(huán)空氣竄是所有氣井必須要解決的技術(shù)難題。樂東區(qū)塊在探井作業(yè)期間鉆遇的最高地層壓力系數(shù)達(dá)2.29 g/cm3，屬于固井后環(huán)空氣竄高危險(xiǎn)井，控制環(huán)空氣竄和提高固井質(zhì)量難度大。(2)地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜，異常高壓和薄弱地層交替存在，井漏風(fēng)險(xiǎn)大。樂東10-1區(qū)塊成藏模式為“烴源流體超壓驅(qū)動、底辟微裂縫輸導(dǎo)、重力流水道儲集、厚層淺海高壓泥巖封蓋、天然氣上傾尖滅式成藏”。地層縱向的壓力梯度變化很大(壓力系數(shù)為2.05～2.30 g/cm3)。在鉆遇高壓氣層的井眼內(nèi)，同時(shí)存在薄弱層甚至裂縫型的漏失層，要壓穩(wěn)高壓氣層，就有壓漏薄弱層的危險(xiǎn)，鉆井液密度安全窗口窄，壓穩(wěn)和防漏矛盾十分突出。(3)高壓滲透性地層泥餅韌厚、致密難清除，泥漿竄槽或環(huán)空微間隙造成水泥環(huán)與套管、井壁界面膠結(jié)質(zhì)量差，導(dǎo)致環(huán)空氣竄風(fēng)險(xiǎn)。(4)高密度鉆井液頂替難度大。南海鶯歌海盆地樂東10-1區(qū)塊層壓力高，需要采用高密度鉆井液平衡氣層壓力，高密度鉆井液黏度高、切力大，造成流動摩阻大，頂替難度大，同時(shí)，由于鉆井液安全密度窗口窄，無法采用常規(guī)的提高水泥漿頂替效率技術(shù)措施，水泥漿膠結(jié)質(zhì)量難以保證。

2 樂東區(qū)塊高溫高壓氣井主要固井技術(shù)

2.1 新型CoCEM防氣竄水泥漿技術(shù)

2.1.1 新型CoCEM防氣竄水泥漿設(shè)計(jì)原理與配方組成

南海西部鶯歌海域由于存在高溫、高壓、壓力窗口窄以及地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)，優(yōu)選了以防竄型多功能降失水劑為主的新型CoCEM防氣竄水泥漿體系。水泥漿具備優(yōu)良的防竄性能和控失水能力，對稠化時(shí)間影響小，強(qiáng)度發(fā)展快。(1)降失水劑的選擇：防竄型降失水劑PC-G86L搭配分散性耐高溫降失水劑PC-G90L，在降失水的同時(shí)，PC-G86增加了液相的粘度和氣竄阻力，同時(shí)搭配分散性耐高溫降失水劑PC-G90L能更有效的控制失水和調(diào)節(jié)漿體粘度，達(dá)到最優(yōu)的平衡。(2)防竄劑的選擇：引入膠乳乳液、微米級液態(tài)硅材料及高溫膨脹劑，通過成膜、無極超細(xì)材料充填及促進(jìn)水化防收縮等多方面結(jié)合，達(dá)到降失水、降低滲透率和孔隙度、增強(qiáng)氣竄阻力的目的，在水泥漿水化和固化過程中達(dá)到最佳的防竄目的。(3) CoCEM防氣竄水泥漿2.40 g/cm3組成：100%JH“G”+50%硅粉+0.6%普通消泡劑+1%膠乳消泡劑+2%分散劑+2%PC-G86L+4%PC-G90L+6%膠乳+6%micro-block+110%加重劑(1 200目)+100%加重劑(250目)+74.2%F/W+2%高溫緩凝劑+2%中低溫緩凝劑

2.1.2 CoCEM防竄水泥漿體系常規(guī)性能評價(jià)[1]

作者選取循環(huán)溫度140 ℃、靜止溫度167 ℃、井底壓力76 MPa為實(shí)驗(yàn)條件，調(diào)配出CoCEM水泥漿體系常規(guī)性能如表1所示。

表1 CoCEM防竄體系常規(guī)性能

水泥漿配方：100%JH“G”+50%硅粉+0.6%普通消泡劑+1%膠乳消泡劑+2%分散劑+2%PC-G86L+4%PC-G90L+6%膠乳+6%micro-block+110%加重劑(1200目)+100%加重劑(250目)+74.2%F/W +2%中低溫緩凝劑+高溫緩凝劑。

水泥漿體系密度高達(dá)2.40 g/cm3時(shí)，稠化時(shí)間根據(jù)實(shí)際作業(yè)需要可調(diào)，無自由液，無沉降，167 ℃下養(yǎng)護(hù)24 h強(qiáng)度高達(dá)23.9 MPa，性能優(yōu)良。

2.1.3 CoCEM防竄水泥漿體系防竄性能評價(jià)

由表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，體系的SPn值僅僅0.1，體系防竄效果好[2]。從靜膠凝過渡時(shí)間來看，僅僅7 min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于30 min的國際標(biāo)準(zhǔn)，體系防竄效果好。

表2 COCEM防竄體系防竄性能評價(jià)

水泥漿配方：100%JH“G”+50%硅粉+0.6%普通消泡劑+1%膠乳消泡劑+2%分散劑+2%PC-G86L+4%PC-G90L+6%膠乳+6%micro-block+110%加重劑(1 200目)+100%加重劑(250目)+74.2%F/W+2%中低溫緩凝劑+2%高溫緩凝劑。

2.1.4 CoCEM防竄水泥漿體系溫敏性評價(jià)

由于新區(qū)域的探井循環(huán)溫度不好確定，一般參考臨井資料選取經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。對水泥漿主配方需要進(jìn)行±5 ℃復(fù)查、混合水大樣復(fù)查、混合水大樣老化復(fù)查等，根據(jù)試驗(yàn)復(fù)查顯示，體系性能穩(wěn)定，水泥漿溫敏性良好。

2.2 加重沖洗液技術(shù)

2.2.1 高密度清洗液的性能評價(jià)

固井利用“微米級顆粒級配+表面活性劑”懸浮技術(shù)[3-4]，經(jīng)過多次配方優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，調(diào)配制出性能更加優(yōu)良的高比重清洗液配方，性能如表3所示。

表3 清洗液的綜合性能

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果顯示高密度清洗液保持了良好的熱穩(wěn)定性，低流變更容易達(dá)到紊流狀態(tài)，在井眼擴(kuò)大30%條件下臨界排量能低至3.7桶/分鐘，更有利于清洗高密度泥餅。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對清洗效果進(jìn)行定性評價(jià)

評價(jià)方法(砂紙法)：現(xiàn)場取φ212.725 mm井眼鉆進(jìn)用泥漿，比重2.29 g/cm3，配制φ177.8 mm尾管固井用清洗液比重為2.29 g/cm3，在旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)轉(zhuǎn)子上包好砂紙，取出模擬井底溫度養(yǎng)護(hù)好的泥漿樣品，將粘度計(jì)轉(zhuǎn)子侵泡在泥漿中，旋轉(zhuǎn)造壁；再將造壁完成后的轉(zhuǎn)子侵泡在養(yǎng)護(hù)好的清洗液中，以200 轉(zhuǎn)/分鐘下清洗10 min后，觀察清洗情況。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示：本次利用“微米級顆粒級配加表面活性劑”懸浮技術(shù)配制的高密度清洗液，利用紊流清洗法，在理論試驗(yàn)上保證了化學(xué)沖洗效果，能夠有效清洗高比重泥漿形成的泥餅。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

采用上述綜合固井技術(shù)措施，較好地解決了南海鶯歌海盆地樂東10-1區(qū)塊高溫、高壓、窄壓力窗口固井技術(shù)難題，固井質(zhì)量滿足測試要求。樂東10-1-3井基本數(shù)據(jù)情況：φ244.475 mm套管鞋深3 898.12 m,φ212.725 mm井眼深度4 079.19 m,φ177.8 mm尾管封固段為3 693.01～4 077.72 m。井筒承壓系數(shù)2.37 g/cm3，地層壓力系數(shù)高達(dá)2.29 g/cm3，井底靜止25.5 h，電測取得溫度為181 ℃，鉆井液密度高達(dá)2.30 g/cm3，壓力窗口窄。

(1)防竄水泥漿體系：該井井底循環(huán)溫度為140 ℃，采用新型CoCEM防氣竄水泥漿體系固井。(2)固井漿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：根據(jù)壓穩(wěn)和防漏設(shè)計(jì)模型，采用分段壓穩(wěn)防氣竄設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)的加重清洗液密度為2.30 g/cm3，隔離液密度為2.30 g/cm3，領(lǐng)漿密度為2.40 g/cm3，尾漿密度為2.40 g/cm3，水泥漿壓穩(wěn)系數(shù)達(dá)到1.01，通過專業(yè)模擬軟件進(jìn)行模擬，控制整個固井過程中井底ECD＜2.37，模擬結(jié)果為：整個循環(huán)及固井作業(yè)最大施工排量為4 bpm，隔離液開始出φ177.8 mm尾管鞋時(shí)降低頂替排量至3.5 bpm，水泥漿開始出φ177.8 mm尾管鞋降排量至2.5 bpm頂替結(jié)束，可以滿足壓穩(wěn)和防漏固井技術(shù)要求。(3)主要固井技術(shù)措施：套管串按設(shè)計(jì)安放抗高溫螺旋減阻剛性扶正器，既利于尾管旋轉(zhuǎn)，又利于提高套管居中度；使用紊流沖洗液與加重隔離液相結(jié)合的前置液體系，有效沖洗井壁及隔離鉆井液與水泥漿，提高高密度鉆井液泥漿清洗效果及頂替效率；采用旋轉(zhuǎn)尾管固井技術(shù)，洗井和注水泥過程中旋轉(zhuǎn)尾管，提高頂替效率。(4) CBL/VDL固井質(zhì)量測井評價(jià)結(jié)果：下部氣層(4 053～4 070.0 m)與上部干層(3 974.2～3 984.6 m)、泥巖封隔良好，滿足測試要求。

4 結(jié)語

(1)中海油服自主研發(fā)的CoCEM防竄水泥漿體系在樂東區(qū)塊的成功應(yīng)用，表明該體系在高溫、高壓及窄壓力窗口等復(fù)雜地質(zhì)條件下能夠充分發(fā)揮其具備的優(yōu)良性能：溫敏性能好、防氣竄效果佳、控失水能力強(qiáng)、水泥石強(qiáng)度高，是提高固井封固質(zhì)量的關(guān)鍵。(2)利用紊流清洗法：研發(fā)新型高密度清洗液，低排量下能夠達(dá)到紊流，有效清洗高比重泥漿泥餅，提高水泥石膠結(jié)質(zhì)量。(3)在這種高溫高壓及窄壓力窗口的尾管固井作業(yè)中，使用專業(yè)模擬軟件具備較強(qiáng)的現(xiàn)場施工指導(dǎo)意義。