D油田氣庫區(qū)鉆完井井控技術(shù)研究與應(yīng)用

張 強(qiáng)

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江大慶163413）

為解決油田季節(jié)性用氣不均衡的矛盾，D油田L(fēng)區(qū)塊建有冬采夏注的地下儲氣庫。該區(qū)塊D油田長垣最北端的一個三級構(gòu)造,頂部有氣頂，是D油田長垣中唯一具有氣頂?shù)挠吞?，且油層滲透性高，鉆完井施工中井控風(fēng)險較大，因此，開展氣庫區(qū)鉆完井井控技術(shù)研究，對在該區(qū)塊鉆完井的施工具有重要指導(dǎo)意義。

1 L區(qū)塊氣庫區(qū)鉆完井施工難點

（1）淺氣、氣頂氣發(fā)育并建有地下儲氣庫。根據(jù)構(gòu)造情況及實鉆資料，在N 二段頂部構(gòu)造海拔-550m(相當(dāng)于井深680m)范圍內(nèi)發(fā)育淺氣層；在構(gòu)造海拔-730m(相當(dāng)井深900m)油層組都有氣頂，氣頂氣從S 零組頂延伸到S 二組中部；鉆完井施工中極易發(fā)生井控復(fù)雜事故。

（2）N二段泥巖充分發(fā)育，鉆進(jìn)過程中地層造漿性強(qiáng)，極易導(dǎo)致鉆具泥包，誘發(fā)抽吸井控事故。

（3）受地層影響，油層承壓能力薄弱，鉆完井過程易井漏，尤其在全封固井過程中更易發(fā)生井漏，井漏后易造成油氣水侵，引發(fā)井控復(fù)雜事故。

（4）氣庫區(qū)鉆井工程設(shè)計要求采用垂直圓柱靶鉆井工藝進(jìn)行鉆井，靶心半徑不大于25m,固井優(yōu)質(zhì)率不小于70%，鉆井施工難度大，部分井由于目的層位移較大，而靶區(qū)半徑相對較小，要求井眼實鉆軌跡必須與設(shè)計軌跡高度吻合，軌跡調(diào)整頻率高，造成軌跡狗腿度較大，起下鉆井控風(fēng)險增大。

（5）套損嚴(yán)重，設(shè)計鉆井區(qū)塊內(nèi)共有套損井187口，固井后易發(fā)生管外噴冒，增大井控風(fēng)險。

（6）多重原因造成井控風(fēng)險劇增，鉆井時效受到嚴(yán)重制約，鉆井成本增加。

2 氣庫區(qū)井控技術(shù)研究

為了有效控制氣庫區(qū)井控風(fēng)險，提高鉆完井施工時效，通過氣層壓力預(yù)測及識別、鉆完井防噴工藝技術(shù)、氣層全封井固井技術(shù)等方面的研究，降低了氣庫區(qū)鉆完井施工井控風(fēng)險，達(dá)到了安全高效施工的目的。

2.1 精細(xì)氣層壓力預(yù)測

準(zhǔn)確預(yù)測氣層、儲層的壓力，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確確定鉆完井施工中鉆井液的密度，可以有效保證鉆完井施工井控安全，預(yù)防井下復(fù)雜的發(fā)生。

氣庫內(nèi)氣層處于相對密封的環(huán)境，氣層壓力與氣井的生產(chǎn)狀態(tài)密切相關(guān)。為了確保氣庫密封，氣層的壓力略低于氣庫外部的地層壓力，在正常生產(chǎn)條件下，控制氣層壓力波動范圍在1MPa以內(nèi)。鉆井期間，注氣井停住7d后的穩(wěn)定井口壓力可以作為推算氣層壓力的主要依據(jù)。在氣井內(nèi)無液柱的情況下，井口壓力直接反映氣層壓力，如果氣井內(nèi)有液柱，則氣層壓力為液柱壓力加井口壓力，根據(jù)氣層壓力預(yù)測結(jié)果確定鉆井液密度設(shè)計方法，保證鉆井安全。根據(jù)氣體特點，待鉆井氣層壓力系數(shù)可以用公式進(jìn)行計算：

式中：P——氣層壓力，MPa；

ρ——氣層壓力系數(shù)；

H——氣層埋深，m。

L6-PS1508井2017年1月薩一組氣層的預(yù)測壓力系數(shù)：

D油田氣庫區(qū)儲氣層識別方法研究。調(diào)整井測井系列中用來判斷氣層的測井曲線主要有兩條：聲速曲線（AC）、密度曲線(DEN)。氣層和非氣層在聲速曲線和密度曲線有很好的響應(yīng)。在常溫常壓下，氣層的聲波時差比油和水層的聲波時差大得多，但氣體受溫度和壓力的影響較大，高溫高壓條件下，其聲波時差曲線會明顯見小。一般來說，氣層的聲波時差值大于同等條件下油水層的聲波時差值。另外，在含氣層段上，聲波時差曲線常常會產(chǎn)生周波跳躍，利用這一特性來分辨氣層的存在。在現(xiàn)場應(yīng)用中，可以配合密度曲線綜合判定含氣層。

2.2 氣庫區(qū)鉆完井防噴工藝技術(shù)研究

2.2.1 完井固井配套裝置滑脫、循環(huán)式套管懸掛器的改進(jìn)研究

L油田是大慶長垣中唯一具有氣頂?shù)挠吞?，并且同時伴有淺氣，在該地區(qū)建有地下儲氣庫。為完井采用全封固井配備的簡易套管頭側(cè)向閘門總成在使用過程中發(fā)現(xiàn)閥門安裝拆卸困難，開關(guān)操作不方便且有較高危險性，長慶油田8.11井噴失控事故便是由此造成；高壓膠管使用和固定均存在安全隱患。芯軸式懸掛器在發(fā)生卡套管時，托盤無法坐掛到位，環(huán)空封堵作用失效，井口處于失控狀態(tài)。井口改造時，套管環(huán)空經(jīng)常出現(xiàn)返水、返氣、返油等情況，不但影響工作進(jìn)度、增加維修成本，而且存在失火、傷人等安全風(fēng)險。為此，將正在研制的滑脫、循環(huán)式套管懸掛器進(jìn)行有針對性的改進(jìn)以適用于L氣庫區(qū)的完井固井。安裝固井高壓閥門如圖1所示。

圖1 安裝固井高壓閥門

滑脫、循環(huán)式套管懸掛器是在芯軸式套管懸掛器基礎(chǔ)上重新設(shè)計了壓蓋、懸掛基座、壓蓋導(dǎo)流孔、懸掛基座導(dǎo)流孔、掛鉤、掛鉤滑軌、壓蓋限位環(huán)、內(nèi)密封、外密封、導(dǎo)流孔密封堵頭、壓蓋旋轉(zhuǎn)限位等部件。

懸掛托盤上設(shè)計了可關(guān)閉的循環(huán)孔，施工過程中，套管環(huán)空處于敞開狀態(tài)，滿足循環(huán)鉆井液及固井需求。因在懸掛托盤設(shè)計導(dǎo)流孔，活動套管也不會出現(xiàn)因懸掛托盤封閉環(huán)空造成的環(huán)空憋壓問題。同時相對安裝固井高壓閥門增大20%過流面積，大幅減少了環(huán)空憋壓的程度，降低了憋壓造成井漏的風(fēng)險。施工結(jié)束后，在井口下入專用循環(huán)孔關(guān)閉裝置，即可完成井口環(huán)空密封操作。使用滑脫、循環(huán)式套管懸掛器后，套管環(huán)空流體均通過防噴器返出，全部施工過程中全井均處于防噴器控制范圍內(nèi)，處理溢流等復(fù)雜情況更加簡便、迅速、安全。不但節(jié)省了高壓閥門、高壓軟管的材料費用，還降低了工人勞動強(qiáng)度，避免了外部循環(huán)的諸多安全隱患。

滑脫、循環(huán)式套管懸掛器在處理固井期間卡套管問題上，更加簡便快捷。只需在固井施工結(jié)束后，使用專用循環(huán)孔關(guān)閉裝置，完成井口環(huán)空密封操作后，釋放懸掛托盤并將其推入套管頭坐封位置，旋入懸掛托盤固定頂絲即可完成環(huán)空密封。避免了以往在環(huán)空封堵作用失效時，拆除防噴器進(jìn)行井口維修的高風(fēng)險作業(yè)。節(jié)省了井口維修的人力、物力等費用。

滑脫、循環(huán)式套管懸掛器應(yīng)用在L 油田氣庫區(qū)可避免固井完井期間80%的井控風(fēng)險，節(jié)約了工具、材料等費用，降低了復(fù)雜情況的處理難度，提高了鉆井隊的運行效率，具有很高的安全效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2.2.2 投入式欠壓止回閥的應(yīng)用

L地區(qū)井控風(fēng)險主要為淺氣層和氣頂氣井噴，而井噴主要發(fā)生在起鉆過程中，起鉆時若發(fā)生井噴，內(nèi)控又是重中之重。

自主研發(fā)的投入式欠壓式止回閥采用分體式設(shè)計，閥芯總成在起鉆前投入，在起鉆無溢流時，欠壓止回閥不關(guān)閉鉆柱水眼內(nèi)鉆井液自動流出。當(dāng)有溢流時，閥芯總成受到上推力作用上行，閥體與閥座接觸并密封。井內(nèi)壓力被封堵在閥芯總成下部，便于井口安全作業(yè)。壓井作業(yè)或循環(huán)時，由于投入式欠壓止回閥流動阻力小且過流面積大，對泵壓沒有明顯提升。

投入式欠壓式止回閥只在井內(nèi)有壓力的情況下工作，閥芯總成不受泥漿長時間沖蝕，使用壽命長，折算成單井成本僅有300元，且拆卸方便，結(jié)構(gòu)簡單，基本不增加鉆井勞動量?，F(xiàn)場使用已使用40口井，就位接頭平均使用391h，表現(xiàn)完好。

2.3 氣層全封井固井技術(shù)方案

2.3.1 全封井固井井漏預(yù)防技術(shù)方案

高強(qiáng)低密度水泥漿體系的應(yīng)用。由于氣庫區(qū)淺氣、氣頂氣存在，固井要求全井封固，封固段長，固井易發(fā)生易漏，為了防止固井施工及后續(xù)作業(yè)中發(fā)生井漏、油氣水侵、管外冒事故發(fā)生，滿足勘探對封固質(zhì)量的要求，油層以上100m 至井口設(shè)計使用1.60g/cm3低密度低溫防竄水泥漿，油頂以上100m至井底采油G級原漿進(jìn)行長封固井。1.60g/cm3低密度水泥，是利用外摻料本身密度較低的特性和部分減輕材料具有膠凝作用，實現(xiàn)水泥漿的低密度。低密度水泥的外摻料的優(yōu)選中，主要采用緊密堆積理論、顆粒級配技術(shù)及混凝土材料復(fù)合技術(shù)等優(yōu)化水泥漿性能。通過顆粒級配、外摻料的優(yōu)選，水泥熟料組份以及水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)參數(shù)的調(diào)整，確定了1.60g/cm3低密度水泥的主要由粗微硅（粉煤灰）、細(xì)微硅等組成，高強(qiáng)低密度水泥漿體系方案：G+10%微珠+8%微硅+7%ZJ102，水泥漿密度為1.60g/cm3，水固比 0.60，流動度 230mm,抗壓強(qiáng)度24h38℃條件下為8.3MPa，稠化時間可控制，API 失水控制在100mL 以內(nèi)。它與密度為1.90g/cm3水泥漿相比，每1000m 封固段可減少液柱壓力3MPa，對于氣庫區(qū)非油層應(yīng)用低密度水泥漿體系，極大地降低了管外液柱壓力，避免了氣庫區(qū)固井井漏事故的發(fā)生；同時高強(qiáng)低密度水泥漿與G 級原漿具有不同的稠化時間，高強(qiáng)低密度水泥漿稠化時間長，使得泥漿液柱壓力能夠有效傳遞至下部油層井段，有效降低氣竄、管外冒等事故發(fā)生的概率。該水泥漿體系在喇嘛甸氣庫區(qū)共應(yīng)用224 口井，無固井井漏情況發(fā)生，現(xiàn)場應(yīng)用取得了良好效果

2.3.2 全封井預(yù)防氣竄固井完井技術(shù)方案

（1）在氣庫區(qū)應(yīng)用了DLA 低溫早強(qiáng)水泥漿體系，共計應(yīng)用了224 口井。主要是用于表層固井防淺層氣竄，這些井均未發(fā)生固后管外冒，取得了良好的應(yīng)用效果。

DLA低溫早強(qiáng)水泥漿體系能夠提高低溫下水泥的水化速度，提高水泥石早期強(qiáng)度，10℃×8h 抗壓強(qiáng)度大于3.5MPa，且后期強(qiáng)度不衰退；水泥石滲透率低，具有微膨脹性；可用于淺氣層區(qū)表層固井，提表層固井質(zhì)量。

（2）在區(qū)塊內(nèi)應(yīng)用DCK 防竄水泥漿體系，現(xiàn)場共應(yīng)用224 口，主要用于油層固井防氣頂氣氣竄，固井優(yōu)質(zhì)率為90.62%，固井后，無管外冒事故發(fā)生，現(xiàn)場應(yīng)用取得了較好的應(yīng)用效果。

3 結(jié)論

（1）氣庫區(qū)鉆井井控技術(shù)能夠最大限度降低區(qū)塊內(nèi)鉆完井過程中的井控風(fēng)險，實現(xiàn)安全鉆井的目的。

（2）精細(xì)氣層壓力預(yù)測與檢測技術(shù)能夠精確預(yù)測地層壓力，實現(xiàn)鉆井液密度準(zhǔn)確設(shè)計。

（3）氣層全封井固井技術(shù)方案能夠有效提高氣庫區(qū)固井質(zhì)量，預(yù)防固井管外冒的發(fā)生。