控壓固井技術(shù)在J102井的應(yīng)用實踐

馮兵兵，陳凱，賀永杰(遼河油田儲氣庫公司，遼寧 盤錦 124000)

0 引言

控壓固井，主要用于解決窄安全密度窗口等壓力敏感性地層固井，防止固井中井漏與溢流的發(fā)生[1]。在保證頂替效率條件下的施工排量模擬，保證壓穩(wěn)和防漏的漿柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化和井口壓力控制的前提下[2]，以動態(tài)當量密度(ECD)控制為核心，通過施工前降低鉆井液密度，減小靜液柱壓力，同時在井口實施精細回壓控制，防止固井過程井漏，以及停泵或靜液柱壓力小于地層孔隙壓力時溢流，主要目的是保持井底環(huán)空壓力在孔隙壓力與破裂壓力之間，最終實現(xiàn)壓力平衡固井，該方法能夠提高復雜超深氣井尾管固井質(zhì)量[3]。

1 應(yīng)用背景

J102井是遼河油田公司部署的重點探井，位于遼河東部凹陷桃園構(gòu)造，鉆探主要目的層為沙三中下亞段火山巖，完鉆井深5 530 m，其裸眼段長達1 959 m，創(chuàng)遼河油區(qū)三開φ215.9 mm裸眼段鉆進最長記錄。完井采用139.7 mm尾管固井封固三開裸眼井段，封固長2 109 m，完井鉆井液密度1.68 g/cm3。

2 固井施工難點

(1)垂深5 340 m，井底靜止溫度高達171 ℃，懸頂位置3 411 m，封固段內(nèi)溫差74 ℃(97～171 ℃)的特點，水泥漿體系設(shè)計難度大，要求具有抗高溫防強度衰退、防氣竄、封固段頂部強度發(fā)展快等性能。(2)井底溫度高171 ℃，井底壓力高90 MPa，對固井工具在高溫高壓下的可靠性要求高。(3)高密度鉆井液與水泥漿之間污染較嚴重，施工中如果出現(xiàn)兩者之間的接觸污染，將嚴重影響施工安全及固井質(zhì)量。(4)井深、尾管段長，套管及送入鉆具尺寸大，頂替量大，頂替液密度高，對計量精確性要求很高，由于計量誤差，存在留塞和替空的風險。(5)鉆進至4 600 m以后持續(xù)滲漏，油氣顯示層位多且活躍，鉆進過程多次點火放噴，地層壓力系數(shù)、漏失壓力系數(shù)不明確，固井施工及候凝期間井漏、氣竄與井控風險共存。

3 應(yīng)對措施

(1)明確該井的地層壓力及漏失壓力系數(shù)，通過上提密度大排量循環(huán)，動態(tài)壓穩(wěn)油氣層，求得地層壓力系數(shù)；通過堵漏承壓試驗，盡可能探索地層承壓能力上限，為固井施工提供更大安全密度窗口，為漿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計提供更大空間。測得的地層壓力系數(shù)為1.76，按照承壓值計算，漏失壓力系數(shù)為1.82。(2)采用抗高溫、防竄、大溫差水泥漿體系，做到防漏、零游離液、低失水(小于50 mL/Q30)、近直角稠化(過渡時間小于10 min)、防氣竄，抗高溫，確保施工安全和封固質(zhì)量。領(lǐng)漿采用緩凝水泥漿體系，如表1所示。尾漿與領(lǐng)漿拉開稠化時間差，保障主力油層的封固效果。

表1 水泥漿性能

(3)懸掛器采用耐高溫內(nèi)嵌式液壓懸掛器，鉆桿膠塞、套管膠塞、浮箍耐高溫級別為200 ℃，配合耐高溫浮箍，保障工具在高溫下的可靠性。(4)設(shè)計配制抗污染沖洗隔離液，有效量至少21 m3，沖洗液采用3 m3緩凝藥水，避免接觸污染。采用水泥車頂替，批混橇作為計量罐，每次按照7 m3計量倒罐，提升計量的準確性。替過程中，懸頂上、下隔清水，用量9 m3緩凝藥水，保障沖洗喇叭口時，泥漿與水泥不接觸，避免相互污染。(5)根據(jù)測壓接頭的測試結(jié)果，擬合軟件模擬的流變參數(shù)，精確計算施工各環(huán)節(jié)ECD的實時變化，對控壓固井提供科學依據(jù)固井過程中進行動態(tài)壓力控制，確保整個過程的當量密度在1.76～1.82 g/cm3之間，壓穩(wěn)油氣層的同時，不壓漏地層。

4 J102井固井施工

4.1 控壓下套管

(1)下套管至2 500 m，接轉(zhuǎn)換接頭，開泵循環(huán)鉆井液，用五寸半鉆具送至井深3 500 m。(2)下至預定井深時，安裝旋轉(zhuǎn)總成，開泵排量50沖循環(huán)，排除重漿后，控壓2.5～4.9 MPa，循環(huán)2周以上，排除后效，停泵控壓4.7～7.3 MPa。(3)用5寸半鉆桿下送套管至5 530 m，采用地面循環(huán)方式泵沖80～90沖，控壓4.7～7.3 MPa，中途每下500 m開泵正常排量循環(huán)1.66 m3/min(100沖)當 量1.77 g/cm3，4 000 m，4 500 m，5 000 m，5 530 m，井口控壓0～0.6 MPa。(4)下完套管后，小排量頂通，頂通后采用逐漸提排量至1.8～2.0 m3/min循環(huán)，循環(huán)排氣，充分循環(huán)后，測試循環(huán)周鉆井液的密度差±0.01 g/cm3，并做好記錄，調(diào)整好鉆井液性能，漏斗黏度小于60 s，屈服值應(yīng)小于12 Pa，塑性黏度應(yīng)在15～30 mPa·s之間。(5)鉆井液性能達到要求后，進行倒扣，驗證丟手后，開泵至停泵前排量循環(huán)，循環(huán)至少一周，測量進出口密度，密度差±0.01 g/cm3，進行固井施工。

4.2 控壓固井

J102井注水泥施工流程如表2所示。

表2 J102井固井施工流程

(1) 為保障頂替效率固井前注入20 m3密度為1.60 g/cm3的鉆井液，漏斗黏度小于原鉆井液黏度。(2)沖洗液密度1.10 g/cm3，前置液密度1.75 g/cm3，領(lǐng)漿1.83 g/cm3，尾漿1.88 g/cm3，形成梯級匹配漿柱結(jié)構(gòu)，施工排量1.8～2.0 m3/min，套管環(huán)空施加3～6 MPa壓力控制，達到全過程動態(tài)壓穩(wěn)與防漏的目的。環(huán)空漿柱結(jié)構(gòu)如圖1所示。(3)控壓分析：①循環(huán)滿足固井施工條件后，需要停泵，倒閘門，預計3 min。按照1.76的地層壓力計算，需要環(huán)空加壓4.2 MPa。按照1.82的承壓值計算，最高不能超過7 MPa，建議加壓5～6 MPa。②投膠塞過程，需要卸扣，沖管線，上扣，預計10 min。此時井底當量密度為1.67。按照1.76的地層壓力計算，需要環(huán)空加壓4.7 MPa。按照1.82的承壓值計算，最高不能超過8.4 MPa，建議加壓5～7 MPa。③憋壓上提中心管。此時井底當量密度為1.71。按照1.77的地層壓力計算，需要環(huán)空加壓3 MPa。按照1.82的承壓值計算，最高不能超過5.7 MPa，建議加壓4～5 MPa。④循環(huán)稀水泥。上提中心管沖洗，循環(huán)洗水泥過程，排量始終保持在2.0 m3/min，懸頂處ECD最小為1.70 g/cm3，最大為1.80 g/cm3，此時作用與井底的ECD最小為1.76 g/cm3，最大為1.817 g/cm3，保障尾漿在失重前，不會發(fā)生氣竄，不會壓漏地層。(4)尾漿失重后，此時3 421 m處的ECD為1.79 g/cm3，下部環(huán)空水泥漿液柱壓力由35.5 MPa，降低至29 MPa，環(huán)空需要控壓3～4 MPa，保障井底的ECD在1.77 g/cm3以上。起鉆前停泵，測后效，確定無氣體上竄，起出全部鉆具。

5 固井質(zhì)量

(1)固井結(jié)束后，循環(huán)洗水泥及循環(huán)候凝期間，全烴值在1%以內(nèi)，較好的壓穩(wěn)地層。(2)采用CBL-VDL固井質(zhì)量綜合評價測井，測井解釋結(jié)果顯示：返高3 415 m，返至懸頂，裸眼段水泥膠結(jié)優(yōu)良井段為63%，水泥膠結(jié)中等井段為30%，水泥膠結(jié)差井段為6%。全井段固井水泥膠結(jié)合格率為93%，測井評價為合格。

6 結(jié)語

(1)控壓固井需要探明地層壓力，確定安全壓力窗口。(2)裸眼段長，壓力層系多的井，宜采用動態(tài)探漏，確定地層的漏失壓力，降低承壓堵漏帶來的風險。(3)控壓固井能有效解決窄密度窗口下的井漏、油氣水侵給帶來的井控風險。(4)控壓固井能夠有效解決候凝期間發(fā)生油氣水竄影響固井質(zhì)量的難題，提升固井質(zhì)量合格率。