精細(xì)控壓固井及配套技術(shù)在YT1井的應(yīng)用

曾磊，曾知昊，羅健僑

中國石油西南油氣田分公司工程技術(shù)研究院（四川 成都610017）

四川盆地油氣田地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地層橫向差異大，縱向油氣水顯示多，壓力層系復(fù)雜，密度窗口窄，溢漏同存，井控風(fēng)險高，固井難度大[1]。特別是在深井小間隙尾管固井中，環(huán)空摩阻高，經(jīng)常出現(xiàn)增加排量引發(fā)的井漏，停止泵入則發(fā)生井口外溢的情況，以常規(guī)固井方式應(yīng)對該類型井施工，不能保證固井施工頂替效率，甚至存在漏失和井控風(fēng)險，因此采用精細(xì)控壓固井[2]。精細(xì)控壓技術(shù)能在下鉆具送尾管、固井準(zhǔn)備、固井施工、坐封封隔器、起鉆循環(huán)等過程中，通過控制井口回壓來調(diào)節(jié)環(huán)空當(dāng)量密度，使各層位的密度當(dāng)量始終介于地層流體壓力當(dāng)量和地層破裂壓力當(dāng)量之間，達(dá)到不噴不漏的效果[3]。

1 YT1井基本情況

YT1井是探索四川盆地成都-簡陽地區(qū)二疊系峨眉山玄武巖組火山巖儲層發(fā)育情況及含流體性的一口風(fēng)險探井，構(gòu)造位置位于四川盆地二疊系上統(tǒng)底界龍泉山東斜坡帶。原井眼于2019年8月30日測試完后，由于管柱從5 438.08 m倒開，注水泥塞后，安裝采氣樹臨時完井。2020年1月，中國石油西南油氣田分公司決定以該井上部火山角礫熔巖為目標(biāo)實(shí)施大斜度井，設(shè)計(jì)側(cè)鉆點(diǎn)5 206 m，采用Ф149.2 mm鉆頭鉆至峨眉山玄武巖組上部火山角礫熔巖底界，進(jìn)入粒玄武巖斜厚20 m完鉆；然后下Ф127 mm尾管完井，設(shè)計(jì)井深6 257 m，垂深5 709 m，最大井斜75.85°。由于在龍?zhí)督M發(fā)生2次卡鉆事故，為保障鉆井作業(yè)安全，在5 400 m側(cè)鉆調(diào)整井身軌跡，變更設(shè)計(jì)井深為5 818 m，垂深5 793 m，以20°穩(wěn)斜進(jìn)入目的層（圖1）。

圖1 YT1井井身結(jié)構(gòu)

該井屬于一級風(fēng)險探井，卡鉆、氣侵、漏失多次發(fā)生，鉆探風(fēng)險非常高。鉆井過程中出現(xiàn)多次復(fù)雜情況，在龍?zhí)督M發(fā)生2次卡鉆，最后側(cè)鉆更改井眼軌跡鉆進(jìn)，在飛仙關(guān)組、龍?zhí)督M、玄武巖組出現(xiàn)了多次氣測異常和后效氣侵，鉆進(jìn)過程中多次發(fā)生井漏，堵漏多達(dá)19次，漏失泥漿1 500 m3以上，漏噴塌卡在同一裸眼系統(tǒng)存在，處理難度大；在用油基鉆井液鉆進(jìn)期間，飛仙關(guān)組發(fā)生井漏，完鉆前采用JFS鉆井液，該層位有油基鉆井液“反吐”，出口有線流，溢漏同存，密度窗口窄；同時該開次是第二次側(cè)鉆，增加與第一次側(cè)鉆井眼相碰的風(fēng)險。

2 固井技術(shù)難點(diǎn)

本開次尾管固井采用Ф149.2 mm鉆頭鉆至粒玄武巖斜厚20 m完鉆，然后下Ф127 mm尾管完井，完鉆井深5 818 m，裸眼長度691.74 m。由于環(huán)空間隙小，裸眼段比較長，密度窗口窄，溢漏同存，井壁不穩(wěn)定，因此在下套管作業(yè)及固井施工中的“三壓穩(wěn)”及井筒完整性等方面都面臨著巨大的挑戰(zhàn)，一旦發(fā)生復(fù)雜情況很可能導(dǎo)致固井失敗。

2.1 井下條件復(fù)雜，下入套管風(fēng)險高

該井鉆使用JFS泥漿鉆進(jìn)過程中，在龍?zhí)督M發(fā)生了2次卡鉆，第一次劃眼至井深5 637.26 m，泵壓上升，扭矩增大，上提懸重增加遇卡，再開泵出口不返，立壓不降，經(jīng)過不斷活動建立循環(huán)，耗時63.67 h順利解卡；第二次劃眼至井深5 671.08 m，泵壓上升，泵沖下降，扭矩增大頂驅(qū)蹩停，發(fā)生卡鉆，經(jīng)過處理未能解卡。龍?zhí)督M的泥巖和頁巖不穩(wěn)定，易掉塊，雖然重新側(cè)鉆，但下套管遇卡風(fēng)險仍然很大。

2.2 密度窗口窄，溢漏同存

鉆進(jìn)過程中多次發(fā)生井漏，用水泥漿、高失水鉆井液、橋漿進(jìn)行了19次堵漏，在峨眉山玄武巖段，5 699.56 m和5 746.60 m至5 746.74 m，泥漿密度為2.24 g/cm3，發(fā)生漏失，漏速11 m3/h，漏失當(dāng)量為2.38 g/cm3。完鉆前采用JFS鉆井液，在飛仙關(guān)組5 484.24～5 484.53 m處油基鉆井液“反吐”，出口有線流，通井后短起500 m驗(yàn)證，2.31 g/cm3密度條件下，出口無異常。完鉆后龍?zhí)督M5 605.50～5 611.50 m在2.29 g/cm3鉆井液密度條件下靜止54 h，有后效氣侵顯示。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，該裸眼壓力體系當(dāng)量密度窗口僅0.07 g/cm3，防漏和壓穩(wěn)難度非常大[4]。

2.3 井眼幾何條件受限，頂替效率提升困難

該井大部分井段井斜處于15°～20°，井徑不規(guī)則，在側(cè)鉆點(diǎn)以下200 m平均井徑181 mm左右，最大井徑達(dá)到了220 mm；在5 400～5 500 m平均井徑只有149 mm，部分點(diǎn)存在縮徑，環(huán)空單邊間隙僅11 mm；在5 570～5 610 m平均井徑165 mm，最大井徑188 mm，出現(xiàn)了一段大肚子井段。從井徑分布數(shù)據(jù)可知，該井眼幾何條件極不規(guī)則，固井流體的流變參數(shù)設(shè)計(jì)，套管居中度優(yōu)化，頂替效率提升難度大。

2.4 氣層壓力活躍，候凝過程中氣竄風(fēng)險高

該井氣層活躍，在龍?zhí)督M、玄武巖組出現(xiàn)了多次氣測異常和后效氣侵，特別是在龍?zhí)督M鉆井液密度2.29 g/cm3時出現(xiàn)了后效氣侵，出口密度2.29 g/cm3降至2.18 g/cm3，全氣量最高50.35%，精細(xì)控壓氣體流量最高15 m3/h，后效持續(xù)時間90 min。固井候凝過程中由于水泥漿液柱壓力下降，易導(dǎo)致環(huán)空氣竄形成微環(huán)隙，造成喇叭口竄氣等后果，嚴(yán)重影響后期試氣和投產(chǎn)。

3 優(yōu)化技術(shù)措施

針對以上難點(diǎn)，經(jīng)過對精細(xì)控壓固井技術(shù)的分析和研究，固井施工方案按照井眼準(zhǔn)備、精細(xì)控壓防漏壓穩(wěn)、井筒完整性保障的思路，對該井127 mm尾管固井制定了如下技術(shù)措施。

3.1 井眼準(zhǔn)備技術(shù)措施

下套管前按照技術(shù)要求，做好通井和承壓工作，保證井眼通暢，井壁穩(wěn)定，井下壓力系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，具體措施如下：①扎實(shí)通井工作，確保井眼通暢。通井鉆具組合采取由易到難的通井方式進(jìn)行，先使用Φ149.2 mm鉆頭+Φ148 mm扶正器的單扶鉆具組合通井后，再使用Φ149.2 mm鉆頭+Φ148 mm扶正器+Φ146 mm扶正器的雙扶鉆具組合通井。裸眼井段通井應(yīng)主動劃眼，劃完后再上下拉劃通過，卡點(diǎn)及以下井段進(jìn)行反復(fù)劃眼，確保井眼暢通、無阻卡、無沉砂，劃眼短起后通井鉆具能夠靜放通過至井底，方可進(jìn)行下套管作業(yè)。②做好地層承壓和漏速測定，防止固井過程中出現(xiàn)不可控漏失。稱重鉆具下入到底后，以密度2.29 g/cm3的鉆井液循環(huán)檢驗(yàn)地層承壓能力。測試6～15 L/s共5個排量下的地層承壓情況及漏失情況，從6 L/s開始，如漏速超過10 m3/h則停止動承壓試驗(yàn)，在動承壓試驗(yàn)及漏速測試期間，同時測試套壓及回吐量。

3.2 下套管技術(shù)措施

下套管過程中嚴(yán)格控制下放速度，分段循環(huán)降低密度，防止下套管過程中井下當(dāng)量密度過大造成漏失。下套管期間控制下放速度，下至2 000 m將上部鉆井液密度由2.34 g/cm3降低至2.29 g/cm3，下至4 000 m將鉆井液密度由2.29 g/cm3降低至2.25 g/cm3，降低下套管過程中作用于漏層的當(dāng)量密度。在進(jìn)入窗口前開泵頂通，進(jìn)入裸眼后每15柱頂通一次，密切觀察大鉤載荷，若出現(xiàn)遇阻情況，及時反應(yīng)，每柱開泵疏通下放。根據(jù)表1計(jì)算，下套管過程中分段循環(huán)降密度，控制下放速度，不會造成井眼漏失。

表1 下套管環(huán)空當(dāng)量密度計(jì)算

3.3 精細(xì)控壓壓穩(wěn)防漏措施

本次尾管固井采用精細(xì)控壓固井工藝[6]，嚴(yán)格控制固井期間玄武巖漏層5 746 m處當(dāng)量密度低于2.38 g/cm3，飛仙關(guān)漏層5 484.24 m處當(dāng)量密度不低于2.31 g/cm3，防止反吐，龍?zhí)督M氣層5 605.50 m處當(dāng)量密度不低于2.30 g/cm3，確保漏層不漏，高壓層不噴，保障作業(yè)過程中的井眼系統(tǒng)壓力平衡。

1）控壓下套管措施：下鉆具送尾管過程中除了分段循環(huán)降密度，防止因環(huán)空當(dāng)量密度過高造成井漏的措施外，還應(yīng)做好控壓送入尾管措施，保障壓穩(wěn)地層。在3 500～4 000 m井段，停止下放時控壓2.5 MPa，在4 000～5 818 m停止下放控壓3 MPa，始終保障龍?zhí)督M和飛仙關(guān)組當(dāng)量不低于精細(xì)控壓固井設(shè)計(jì)值。

2）控壓固井措施：固井過程中全程精細(xì)控壓，精確計(jì)算每個階段控壓值，做好壓穩(wěn)和控壓分析，實(shí)施全過程監(jiān)控，以達(dá)到壓穩(wěn)和防漏的目的。同時在固井流體設(shè)計(jì)方面，優(yōu)選了密度2.23 g/cm3抗污染隔離液和密度2.28 g/cm3的G級加砂韌性微膨脹防竄水泥漿體系，該水泥漿體系具有低失水、直角稠化、零析水、早期強(qiáng)度發(fā)育快、防氣竄等性能。

3）控壓坐封及候凝措施：固井施工完成后，環(huán)空憋壓6 MPa坐封封隔器，控壓5 MPa起鉆16柱，關(guān)井憋壓5 MPa候凝，保障候凝過程中的壓穩(wěn)。

表2的計(jì)算結(jié)果表明：經(jīng)精細(xì)控壓后能夠完全保證整個固井施工過程中環(huán)空當(dāng)量密度始終處于地層流體壓力當(dāng)量和漏失壓力當(dāng)量之間，環(huán)空壓力系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，不噴不漏，達(dá)到“三壓穩(wěn)”的目的。

表2 固井施工精細(xì)控壓計(jì)算

3.4 井筒完整性保障措施

水泥環(huán)作為井筒的第一道屏障[7]，是保障井筒完整性的基礎(chǔ)，所以提升水泥環(huán)及水泥環(huán)界面膠結(jié)質(zhì)量至關(guān)重要。針對該開次壓力層系復(fù)雜、氣竄風(fēng)險高的情況，制定了提升水泥環(huán)質(zhì)量的措施，同時為了確保在第一道屏障失效的情況下仍能控制井下流體，設(shè)計(jì)了尾管頂部封隔器等工具，確保井筒完整性。

1）提高頂替效率，保障水泥環(huán)質(zhì)量。優(yōu)化前置液設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)密度2.23 g/cm3的抗污染隔離液16 m3，密度1.03 g/cm3，沖洗液1.5 m3，充分保障井眼的清潔和驅(qū)替效率，優(yōu)化扶正器的安放，使平均居中度達(dá)到67%以上。同時以三維頂替效率模擬結(jié)果為依據(jù)，排量為7、8、9 L/s對應(yīng)頂替效率分別為91.57%、93.59%、93.88%，確定現(xiàn)場施工排量。

2）優(yōu)化管串結(jié)構(gòu)，保障尾管段井筒完整性。該開次Φ127 mm尾管固井首次使用頂部封隔器[8]，不僅可以有效防止因水泥環(huán)質(zhì)量問題引起的喇叭口竄氣，而且可以滿足尾管段憋壓候凝的需求。先控壓或憋壓坐封封隔器，能有效地將一個圈閉壓力控制在尾管環(huán)空，防止候凝過程中產(chǎn)生的微間隙造成的喇叭口竄氣。同時在管串結(jié)構(gòu)中使用了雙浮箍加一個浮鞋的管串設(shè)計(jì)，不僅可以有效防止因水泥漿倒返造成的固井質(zhì)量問題，還能有效抑制天然氣從井底竄出，確保尾管段井筒的完整性。

4 現(xiàn)場固井施工

通過以上技術(shù)措施的嚴(yán)格實(shí)施，YT1井在控壓下送Φ127 mm尾管至設(shè)計(jì)井深，下入過程中出現(xiàn)了一定程度的漏失和井口反吐，但未出現(xiàn)不可控的復(fù)雜情況，下完套管后以6～7 L/S的排量循環(huán)鉆井液將全井密度降至2.23 g/cm3，循環(huán)當(dāng)量密度2.32 g/cm3，未出現(xiàn)井漏和溢流，滿足固井施工要求。固井施工全程按照精細(xì)控壓固井施工流程，精確控制井口回壓，整個過程井下壓力處于動態(tài)平衡，未漏未噴，固井施工碰壓后，控套壓6.0 MPa坐封封隔器成功，控壓3.9 MPa至6.2 MPa起鉆憋壓候凝。

由于井眼條件的限制，該井固井質(zhì)量整體合格率不高，但是層間封隔良好，喇叭口試壓合格，為下一步試氣創(chuàng)造了條件。

5 結(jié)論及認(rèn)識

1）精細(xì)控壓固井在解決小間隙、窄密度窗口等固井問題方面具有十分顯著的效果，在解決該井溢漏同存的問題上發(fā)揮了巨大作用。

2）精細(xì)控壓固井應(yīng)根據(jù)井眼情況具體分析，制定出針對性措施，同時配套強(qiáng)化井眼準(zhǔn)備、精細(xì)控壓下套管、循環(huán)、坐封封隔器等措施，確保從井眼準(zhǔn)備到固井候凝結(jié)束井筒壓力都處于平衡狀態(tài)。

3）建議繼續(xù)優(yōu)化精細(xì)控壓設(shè)備及工藝技術(shù)，精確井口控壓及環(huán)空摩阻計(jì)算，同時配套井下壓力監(jiān)測技術(shù)，達(dá)到在整個固井過程中控壓更為自動化、智能化，從而形成從井下壓力數(shù)據(jù)傳輸、地面反饋調(diào)整、井下壓力控制、環(huán)空壓力平衡的一個閉環(huán)系統(tǒng)。