渤海灣BZ19-6中深井多壓力體系固井技術(shù)研究

＊李 成

（中海油服天津分公司 天津 300450）

引言

隨著油田開發(fā)的不斷深入，淺層資源大幅度減少，勘探深度日益增加。海洋鉆井起步較晚，目前渤海灣也加大了深井開發(fā)的力度。BZ19-6是渤海油田重點(diǎn)勘探項(xiàng)目，對(duì)勘探渤海灣潛山氣藏具有重要意義。

BZ19-6構(gòu)造太古界潛山和孔店組頂面為多個(gè)具有背斜、斷鼻形態(tài)的復(fù)雜斷塊圈閉，該區(qū)域8-1/2"井段鉆深達(dá)4000多米，存在高低壓同層且壓力窗口非常窄的問題，最高壓力系數(shù)1.46左右（沙河街組），最低壓力系數(shù)1.1左右，漏失壓力系數(shù)孔店組最低1.63（如圖1所示）。且完鉆層位屬于太古界潛山組，漏失風(fēng)險(xiǎn)性很大，鉆井過程中也常發(fā)生漏失現(xiàn)象，沙河街（孔店組）的氣全量高達(dá)37.9%。因此，BZ19-6油田固井作業(yè)面臨著高溫、防竄、防漏等諸多難題。為此，項(xiàng)目組針對(duì)BZ19-6固井提出了一系列技術(shù)措施，有效解決了存在的固井難題。

圖1 BZ19-6井地層三壓力剖面圖

1.渤海灣BZ19-6油田水泥漿性能優(yōu)化

對(duì)于油氣井固井來說良好的水泥漿性能是保證固井質(zhì)量的關(guān)鍵，BZ19-6油田固井作業(yè)面臨著高溫、防竄、防漏等諸多難題，要求水泥漿有良好的耐高溫、防竄、防漏功能。

(1)水泥漿耐高溫性能優(yōu)化

水泥漿的耐高溫性能主要指的是水泥石的力學(xué)性能、稠化性能、失水控制能力、高溫沉降穩(wěn)定性[1-2]。對(duì)水泥石的力學(xué)性能而言，當(dāng)溫度超過110℃時(shí)，G級(jí)油井水泥出現(xiàn)后期強(qiáng)度衰退和滲透率增大的現(xiàn)象[3]，為此使用硅粉水泥來防止固井水泥石高溫強(qiáng)度衰退。良好的水泥漿稠化特性，是保證固井施工安全及防止環(huán)空氣竄的關(guān)鍵，為了使水泥漿的稠化時(shí)間好調(diào)控，選用的緩凝劑為耐高溫緩凝劑H40L，從圖2可看出利用該緩凝劑調(diào)配的緩凝劑稠化曲線平穩(wěn)，無鼓包等異?，F(xiàn)場(chǎng)，且水泥漿直角稠化特性非常明顯，非常有利于固井防氣竄。水泥漿合理的稠化時(shí)間是保證油氣井固井安全的關(guān)鍵，針對(duì)于井底120℃的高溫，將首漿稠化時(shí)間調(diào)整為324min，尾漿時(shí)間調(diào)整為210min確保固井安全。選用的降失水劑為具有良好耐溫能力的PC-G82L，該水泥漿120℃的失水量可以控制在30mL，非常有利于防氣竄和儲(chǔ)層保護(hù)。

圖2 BZ19-6高溫防竄水泥漿體系首尾漿稠化曲線

(2)水泥漿防竄能力優(yōu)化

目前現(xiàn)場(chǎng)常用的防竄水泥漿體系有液硅水泥漿體系、膠乳水泥漿體系等[4-7]。膠乳水泥漿體系除具有良好的防氣竄性能外，對(duì)水泥漿的韌性也有很大的改進(jìn)，可以有效防止水泥環(huán)在長(zhǎng)期服役過程中的破壞，增強(qiáng)環(huán)空密封能力，延長(zhǎng)油井壽命。BZ19-6油田選用的水泥漿體系為膠乳水泥漿體系。為了更好的增強(qiáng)水泥漿的防竄能力，在水泥漿中引入了增強(qiáng)劑MC，提高水泥漿的早期強(qiáng)度。從圖3可以看出，加入納米增強(qiáng)劑MC后水泥石早期強(qiáng)度得到有效提高，強(qiáng)度達(dá)到50psi的時(shí)間由8h30min縮短至6h17min，12h抗壓強(qiáng)度增加值超過了100%（由412psi增加至866psi），大大增強(qiáng)了防竄能力。對(duì)于常規(guī)水泥漿而言，在高溫下由于其中的聚合物外加劑粘度降低容易發(fā)生沉降，進(jìn)而導(dǎo)致水泥漿沉降失重，或削弱大斜度井井眼高邊的密封質(zhì)量，影響水泥漿的防氣竄能力[8]。為此，在水泥漿中加入穩(wěn)定劑J10L，利用高溫BP實(shí)驗(yàn)檢測(cè)水泥漿上下密度差為0.008g/cm3，上下密度幾乎一致，進(jìn)一步增加了體系穩(wěn)定性，提高了漿體防竄性能。

圖3 BZ19-6高溫防竄水泥漿體系配方優(yōu)化前后強(qiáng)度發(fā)展曲線

2.BZ19-6油田固井工藝技術(shù)

良好的水泥漿性能是保證固井質(zhì)量的基礎(chǔ)，良好的固井質(zhì)量更需要有良好的固井工藝做支撐。BZ19-6油田固井作業(yè)在頂替效率、防漏防竄方面采取了一系列措施，來保證油井的固井安全和質(zhì)量。

(1)提高頂替效率

固井前井眼內(nèi)鉆井液的性能對(duì)固井頂替效率有較大影響。由于地層壓力系數(shù)高，渤海灣BZ19-6所使用的高溫鉆井液中加入了大量的固相加重材料，為保證井控安全，固井前井眼中的鉆井液無法降粘。在注水泥漿時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)紊流頂替，影響頂替效率。此外，固井水泥漿與鉆井液的密度差小，當(dāng)水泥漿與鉆井液接觸時(shí)，很容易產(chǎn)生混漿，必然影響固井頂替效率，危害固井質(zhì)量。

為了在鉆井液粘度無法降低的情況下，提高頂替效率，采取了相應(yīng)的措施如下：

①加大套管扶正器用量，提高套管居中度；

②優(yōu)化前置液、水泥漿的流變特性，使鉆井液、隔離液、水泥漿三者的粘度、壁面剪切應(yīng)力逐級(jí)增加，提高頂替效率，并保證攜砂能力達(dá)到井眼清潔的效果。

表1 不同排量下泥漿、隔離液、水泥漿壁面剪切應(yīng)力比較

經(jīng)優(yōu)化，在低速0.3m3/min和高速0.8m3/min下，泥漿（鉆井液）、隔離液、水泥漿三者的壁面剪切應(yīng)力滿足逐次提高要求，非常有利于提高頂替效率。

(2)防竄技術(shù)措施

8-1/2"井眼通井循環(huán)期間氣全量大，在注水泥后的候凝階段，容易發(fā)生高壓氣體的上竄問題，氣體上竄將形成竄流通道，該通道將一直保持至水泥漿凝固，形成永久的通道，容易導(dǎo)致環(huán)空帶壓等問題，危害油氣井的安全長(zhǎng)效生產(chǎn)。為此，采取了多重措施來防止固井氣竄的發(fā)生。①對(duì)固井漿柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，優(yōu)化固井流體的密度及用量，保證在水泥漿注替全過程均可以壓穩(wěn)油氣層，且為壓穩(wěn)油氣層，要保證尾管重疊段長(zhǎng)度至少為200m（見圖4）；②使用雙凝水泥漿體系，上部領(lǐng)漿選用緩凝漿，下部尾漿選用速凝漿，緩凝漿在速凝漿膠凝失重時(shí)提供足夠的靜液柱壓力壓穩(wěn)油氣層與高壓層，待速凝漿凝固后，油氣被速凝漿封固在地層中無法侵入環(huán)空，此時(shí)緩凝漿再慢慢凝固，增強(qiáng)整口井的封固能力；③針對(duì)固井時(shí)存在環(huán)空氣竄的風(fēng)險(xiǎn)，使用帶封隔器的尾管懸掛器，固井結(jié)束后坐封封隔器防止氣竄。

圖4 BZ19-6井固井漿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(3)防漏技術(shù)措施

BZ19-6的8-1/2"井眼段中完層位在潛山層位，施工壓力窗口窄，漏失的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較大，下套管和固井注水泥漿過程中都極易發(fā)生漏失。為此，需要采取良好的防漏措施。

BZ19-6固井防漏技術(shù)措施主要是：①在干水泥中加入水力尖劈堵漏材料（PC-B66S），在混漿過程中加入水力尖劈堵漏材料（PC-B62S），提高水泥漿的防漏堵漏能力；②采用具有廣譜堵漏能力的疏水締合型堵漏前置液提高地層的承壓能力；③泵注水泥漿時(shí)緩慢提高排量，并嚴(yán)格控制排量，泵注水泥漿的最高循環(huán)排量為0.8m3/min。④利用軟件模擬優(yōu)化固井頂替參數(shù)，控制井底ECD，預(yù)防固井時(shí)發(fā)生漏失（如圖5所示）。

圖5 BZ19-6井井底ECD模擬結(jié)果

3.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

在采取一系列上述技術(shù)措施之后，BZ19-6油田的整體固井質(zhì)量?jī)?yōu)良率較高，達(dá)到了施工要求。圖6為BZ19-6-1井的固井質(zhì)量評(píng)價(jià)曲線。

圖6 BZ19-6-1井固井質(zhì)量評(píng)價(jià)曲線

4.結(jié)束語

渤海灣BZ19-6油田存在高溫、漏失、氣竄等多種固井難題，固井作業(yè)難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。優(yōu)化水泥漿體系性能和固井工藝是保證固井安全和提高固井質(zhì)量的關(guān)鍵。在水泥漿性能方面，主要通過調(diào)控優(yōu)化水泥漿的耐高溫性能及防氣竄性能來保證水泥漿較好的滿足施工要求。在固井工藝方面，通過增加扶正器數(shù)量、優(yōu)化固井流體流變性、采用雙凝水泥漿體系等來保證頂替效率、防漏、防竄等目標(biāo)。通過上述措施，基本達(dá)到了施工的要求，在未來生產(chǎn)中還需要根據(jù)施工效果對(duì)施工工藝和水泥漿體系等進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。