川渝頁(yè)巖氣超長(zhǎng)水平井固井技術(shù)研究與應(yīng)用

陳 俊 魯顯兵 盧成輝 黃泰勇 向 晶 李洪源

安東石油技術(shù)（集團(tuán)）有限公司 四川成都 6100571

1 工程情況

長(zhǎng)寧某井位于四川省宜賓市興文縣毓秀苗族鄉(xiāng)某村長(zhǎng)寧H 某平臺(tái)，該平臺(tái)由某鉆探工程有限公司鉆井二公司某鉆井隊(duì)承鉆。該井為三開井，井深結(jié)構(gòu)如表1 所示。三開設(shè)計(jì)井深5740m，垂深2842m，水平段長(zhǎng)為3012m，最大井斜84.38°，于2020 年4 月5 日鉆進(jìn)至5750m 完鉆，垂深2889m，水平段長(zhǎng)為3070m，最大井斜87°，鉆井施工正常。其后進(jìn)行通井、電測(cè)，通井、下套管、至4 月21 日順利完成固井施工。

表1 井身結(jié)構(gòu)

2 水平井下套管技術(shù)

套管順利入井及居中度控制是頁(yè)巖氣水平井固井的關(guān)鍵技術(shù)之一，需要分析套管受力情況，優(yōu)化套管管串結(jié)構(gòu)，使用合適的套管下入工藝技術(shù)[1]。本井下套管前，根據(jù)所下套管的剛度，使用Φ165.1mm 鉆鋌加雙扶正器的鉆具組合進(jìn)行通井，對(duì)遇阻卡點(diǎn)、縮徑、易垮塌井段進(jìn)行認(rèn)真劃眼，下鉆到底后進(jìn)行循環(huán)處理好泥漿，然后短程起下鉆確保井眼通暢。造斜段、水平段安裝螺旋滾珠扶正器和直井段安裝螺旋剛性扶正器，以減小套管與井壁的摩擦阻力，同時(shí)使得直井段以上的套管重量更有效地通過(guò)造斜段套管傳送到水平段套管上，以驅(qū)動(dòng)水平段套管移動(dòng)。在靠近浮鞋位置加入一根1.5m 短套管，使浮鞋翹起離開下井壁。同時(shí)配套旋轉(zhuǎn)偏心浮鞋，使得浮鞋遇到阻卡點(diǎn)時(shí)，通過(guò)偏心浮鞋的旋轉(zhuǎn),自動(dòng)“避讓”阻卡點(diǎn),而利于套管的下入。偏心自旋轉(zhuǎn)引鞋如圖1 所示。

圖1 偏心自旋轉(zhuǎn)引鞋

本井下套管采用tesco 頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)下套管技術(shù)并備用漂浮接箍。相較于傳統(tǒng)下套管技術(shù)，頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)下套管技術(shù)有著以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：(1)隨時(shí)循環(huán)鉆井液，及時(shí)灌入泥漿。頂部驅(qū)動(dòng)裝置密封連接套管和頂驅(qū)，確保了隨時(shí)循環(huán)鉆井液，攜帶巖屑，鉆井液循環(huán)保證了井眼的清潔和暢通，確保了下套管作業(yè)的安全順利進(jìn)行。鉆井液隨時(shí)循環(huán)對(duì)于深井、復(fù)雜井和大位移井的井眼穩(wěn)定至關(guān)重要；(2)拓展了頂驅(qū)的應(yīng)用，頂驅(qū)借助頂部驅(qū)動(dòng)裝置可以實(shí)現(xiàn)套管旋轉(zhuǎn)固井和套管鉆井頂驅(qū)下套管技術(shù)縮短了處理事故的時(shí)間，減少了非生產(chǎn)時(shí)間。頂驅(qū)下套管工具可提升無(wú)接箍的套管，大大提高下套管的效率。頂驅(qū)下套管技術(shù)也具有扶正套管的功能，消除了扶臺(tái)的使用，提高了套管的安全性；(3)微痕抓卡技術(shù)，減小套管損傷。頂驅(qū)下套管裝置上的卡瓦面積大，增大了卡瓦與套管的接觸面積，受力面積更大，力更均勻，套管的損傷更小，甚至可以忽略。與傳統(tǒng)的套管鉗比較，頂驅(qū)下套管裝置的使用減小了上扣過(guò)程中的損傷，提高了套管的化學(xué)抵抗力，延長(zhǎng)了套管的壽命[2]。

開始下套管前，準(zhǔn)備好旋轉(zhuǎn)下套管工具及設(shè)備，確保運(yùn)轉(zhuǎn)正常并應(yīng)備有應(yīng)急設(shè)備。邊下邊旋轉(zhuǎn)提前磨合設(shè)備，進(jìn)入井斜達(dá)到50°后一直旋轉(zhuǎn)操作下入。旋轉(zhuǎn)下套管參數(shù)：頂驅(qū)轉(zhuǎn)速25～30r/ min，單泵排量12L/ s，立管壓力12MPa。套管下入過(guò)程順利，無(wú)遇阻現(xiàn)象,套管下入速度5～7 根/ h。軟件模擬到底后井口套管載荷約12t，實(shí)際套管下到底載荷67t。

3 防漏技術(shù)

長(zhǎng)封固井段固井，尤其是超長(zhǎng)水平井，使得B 靶比A 靶在差不多相同的地層承壓能力下，在固井施工時(shí)承受更大的井底壓力（更大的壓力當(dāng)量密度），很容易造成井底漏失。

該井在鉆井過(guò)程中，最大鉆井液密度為1.88g/ cm3，鉆井正常。在井深4750m 進(jìn)行地層承壓試驗(yàn)，井底承壓當(dāng)量密度2.10g/ cm3。而在鉆至5750m 完鉆后沒(méi)有相應(yīng)的地層承壓數(shù)據(jù)，固井施工過(guò)程中存在井漏風(fēng)險(xiǎn)。因此，在設(shè)計(jì)液柱結(jié)構(gòu)時(shí)，盡量設(shè)計(jì)近平衡壓力固井，漿柱結(jié)構(gòu)為：密度1.00g/ cm3前沖洗液80m+ 密度1.90g/ cm3隔離液1200m+ 密度1.00g/ cm3沖洗液80m+ 密度1.90g/ cm3領(lǐng)漿2000m+ 密度1.90g/ cm3尾漿3250m；固井施工過(guò)程中，井底靜態(tài)壓力當(dāng)量密度1.87g/ cm3，動(dòng)態(tài)壓力當(dāng)量密度2.07g/ cm3。

4 固井流體技術(shù)

4.1 固井前置液體系

采用“沖洗液+ 隔離液+ 沖洗液”的沖洗隔離模式，由于油基鉆井液與水泥漿存在接觸污染，為保證施工安全和提高水泥漿的頂替效率，設(shè)計(jì)應(yīng)用抗污染性能強(qiáng)的加重沖洗隔離液+ 沖洗液，通過(guò)潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)改變井壁巖層親油性，采用多種高效表面活性劑，潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑，有機(jī)溶劑制成，通過(guò)滲透作用快速滲入井壁泥餅中，使泥餅分散剝蝕，有效去除油膜和油質(zhì)泥餅，使親油界面改變?yōu)橛H水界面，從而提高水泥的膠結(jié)能力[3]，改善膠結(jié)質(zhì)量。

隔離液密度設(shè)計(jì)為1.90g/ cm3，隔離液體系為：水+3%懸浮劑+20%油基沖洗劑+2%緩凝劑+ 消泡劑+ 重晶石。沖洗液密度1.0g/ cm3，沖洗液體系為水+5%表面活性劑+5%滲透劑。為保證足夠的接觸時(shí)間，根據(jù)室內(nèi)沖洗實(shí)驗(yàn)效果，設(shè)計(jì)隔離液有效沖洗時(shí)間不小于10min，注入量約30m3，其中前加重沖洗隔離液粘度較高，n＜0.7,后加重沖洗隔離液較稀，n＞0.75,沖洗液4m3。沖洗效果如圖2 所示。

圖2 沖洗前后對(duì)比效果圖

4.2 固井水泥漿技術(shù)

領(lǐng)漿水泥漿：防竄性水泥漿體系(嘉華G 級(jí)+ 膨脹劑+ 微硅+ 緩凝劑+ 降失水劑+ 分散劑+ 消泡劑)。尾漿水泥漿：防竄彈韌性水泥漿體系(嘉華G 級(jí)+ 塑性劑+ 膨脹劑+ 彈性劑+ 微硅+ 硅粉+ 纖維+ 緩凝劑+ 降失水劑+ 分散劑+ 消泡劑)，水泥漿性能如表2 所示。

表2 水泥漿性能

結(jié)合水泥漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，水泥漿綜合性能較好，在滿足常規(guī)水泥漿性能要求外，并滿巖氣水平井的其他要求，較低的彈性模量及較高的韌性為后期的大規(guī)模壓裂創(chuàng)造了良好的條件。

5 固井施工過(guò)程及固井質(zhì)量

固井施工過(guò)程：對(duì)地面管線階梯試壓55MPa 合格；泵注密度1.88 g/ cm3先導(dǎo)低粘泥漿20m3，泵壓6.6MPa，排量1.0m3/ min 裝膠塞；泵注密度1.0g/ cm3沖洗液2.0m3，排量1.0～1.2m3/ min，泵壓6～7MPa；泵注密度1.90g/ cm3隔離液30m3，泵壓6～7MPa，排量0.5～0.6m3/ min；泵注密度1.01g/ cm3沖洗液2.0m3，排量1.0～1.2m3/ min，泵壓7～8MPa，并放回水，栓查管串正常。注水泥領(lǐng)漿50m3，泵壓18～22MPa，排量1.4～1.5m3/ min； 水 泥 漿 密 度 最 低 1.88g/ cm3， 最 高1.92g/ cm3，平均1.90g/ cm3；注韌性防竄水泥尾漿92m3，泵壓17～23MPa，排量1.2～1.5m3/ min；水泥漿密度最低1.88/ cm3，最高1.92g/ cm3，平均1.90g/ cm3；倒閘門釋放膠塞；大功率泵車替漿59.75m3（其中高濃度緩凝水5m3，清水54.75m3，預(yù)應(yīng)力固井技術(shù)[4]），泵壓27～40～47MPa，排量0.2～1.5～1.0～0.3m3/ min，碰壓47～51.5MPa。套管試壓51.5MPa，穩(wěn)壓10min，壓力不降；放回水1.6m3，斷流，水泥漿返出地面5m3；環(huán)空蹩壓4.5MPa,泵入清水0.2m3，候凝。

固井質(zhì)量（第一膠結(jié)面）：水泥膠結(jié)優(yōu)良井段為90.5%，水泥膠結(jié)中等井段為6.2%，水泥膠結(jié)差井段為3.3%。

固井質(zhì)量（第二膠結(jié)面）：水泥膠結(jié)優(yōu)良井段為70.4%，水泥膠結(jié)中等井段為23.4%，水泥膠結(jié)差井段為6.2%。全井段固井第一界面水泥膠結(jié)合格率為96.7%，第二界面水泥膠結(jié)合格率為93.8%，測(cè)井評(píng)價(jià)為優(yōu)質(zhì)，固井質(zhì)量如圖3 所示。

圖3 固井質(zhì)量圖

6 結(jié)論與建議

（1）頁(yè)巖氣長(zhǎng)水平段水平井固井關(guān)鍵技術(shù)主要有套管下入及居中度控制、油基前置液頂替技術(shù)及水泥漿體系設(shè)計(jì)[1]。

（2）頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)下套管技術(shù)比起傳統(tǒng)下套管技術(shù)能有效減少下套管作業(yè)中的事故復(fù)雜，建議水平段較長(zhǎng)及超長(zhǎng)的頁(yè)巖氣井使用該技術(shù)。

（3）預(yù)應(yīng)力固井技術(shù)盡量控制環(huán)空液柱壓力，在壓穩(wěn)防漏的同時(shí)提高了固井的膠結(jié)質(zhì)量，為水平井固井質(zhì)量提高提供了一定的支持。

（4）超長(zhǎng)水平井固井，B 靶比A 靶在差不多相同的地層承壓能力下，在固井施工時(shí)承受更大的井底壓力（更大的壓力當(dāng)量密度），很容易造成井底漏失，在設(shè)計(jì)液柱結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)計(jì)近平衡壓力固井。