LN-X井碎屑巖水平井固井實(shí)踐

楊 川，羅 森，陳 曦

（川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司，四川成都 610051）

LN-X井是塔里木油田輪南區(qū)塊一口二開(kāi)二完水平開(kāi)發(fā)井。如圖1 所示，一開(kāi)井深800m，采用?244.5mm套管封固；二開(kāi)目的層為三疊系碎屑巖油藏，井深5409m、造斜點(diǎn)4450m、A 點(diǎn)4998.57m、水平段長(zhǎng)411m，井底靜止溫度106℃。目的層采用?215.9mm 鉆頭鉆進(jìn)、泥漿密度1.27g/cm3，?177.8mm+?139.7mm復(fù)合套管全井封固、變徑短節(jié)位于3500m，直井段平均環(huán)容20L/m、造斜段及水平段平均環(huán)容56L/m 且井徑不規(guī)則。水平段發(fā)育兩套油層、造斜段發(fā)育一套水層，油水隔層30m，兩套油層隔層70m，要求油水層良好層間封隔。該井環(huán)空上小下大，受地層漏失壓力限制，常規(guī)固井工藝難以兼顧目的層固井質(zhì)量和一次上返；同時(shí)油水隔層薄，候凝期間層間水竄風(fēng)險(xiǎn)高。

1 固井技術(shù)難點(diǎn)分析

1.1 固井頂替難點(diǎn)

LN地區(qū)三疊系地層較為疏松、水平井鉆進(jìn)井徑擴(kuò)大率較大，造斜段平均井徑擴(kuò)大率40%，環(huán)容56L/m，是直井段環(huán)容近3倍。根據(jù)碎屑巖水平井一般固井經(jīng)驗(yàn)和固井軟件模擬結(jié)果，在井徑較為規(guī)則的條件下，若保證水泥漿對(duì)鉆井液較好的驅(qū)替，目的層環(huán)空返速應(yīng)達(dá)到1.0m/s。此時(shí)上部直井段環(huán)空返速已達(dá)到2.8m/s，變徑處鉆井液流動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)壓力達(dá)到1.78、超過(guò)LN地區(qū)一般漏失壓力系數(shù)1.7（見(jiàn)表1），固井頂替效果和一次上返難以兼顧。同時(shí)，造斜段井徑規(guī)則程度較差，進(jìn)一步加劇了頂替的困難。

表1 目的層不同環(huán)空返速模擬頂替效率

1.2 固井壓穩(wěn)難點(diǎn)

LN地區(qū)長(zhǎng)期注水開(kāi)發(fā)導(dǎo)致油水層壓差較大[1-2]，本井水層壓力系數(shù)1.2、油層壓力系數(shù)0.8，油水隔層30m，層間壓差16MPa，層間封隔要求高。本井3500m 以上采用177.8mm 封固、屬于窄間隙固井，根據(jù)Sutton D 等人提出的失重計(jì)算方法[3]，窄間隙條件下水泥漿液柱失重較大環(huán)空明顯，水層存在壓不穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，由于輪南地層三疊系孔滲較發(fā)育、一般滲透率（100～300）×10-3μm2，即便固井及候凝過(guò)程壓穩(wěn)，地層水與水泥漿之間的質(zhì)量交換也可能導(dǎo)致油水層竄通。

1.3 界面膠結(jié)難點(diǎn)

按照碎屑巖固井一般技術(shù)要求，固井水泥漿壁面剪應(yīng)力達(dá)到30Pa 才可以有效清除井壁虛泥餅、保證界面膠結(jié)質(zhì)量。在大環(huán)空條件下，單純依靠增大排量來(lái)提高壁面剪應(yīng)力效果不明顯（見(jiàn)表2），需要提高水泥漿稠度以獲取更高的壁面剪應(yīng)力。采用稠漿則固井摩阻高，進(jìn)一步加劇固井漏失，且稠漿一般觸變較強(qiáng)、易造成環(huán)空失重過(guò)大而壓不穩(wěn)水層。

表2 目的層不同環(huán)空返速和漿體對(duì)應(yīng)的壁面剪應(yīng)力（Pa）

2 關(guān)鍵技術(shù)措施

2.1 井眼準(zhǔn)備要求

為提高目的層管柱居中度，造斜段點(diǎn)以下1根套管一只扶正器，斜井段及水平段居中度僅40%～50%。由于水平井管柱居中度較低，固井前調(diào)整泥漿屈服值，保證固井過(guò)程在1m/s的返速下偏心環(huán)空泥漿全部參與流動(dòng)，見(jiàn)圖2。

圖2 LN-X井環(huán)空1m/s的返速下不同泥漿屈服值環(huán)空流速分布

2.2 漿體結(jié)構(gòu)及頂替設(shè)計(jì)

為防止井漏，漿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為1.03g/cm3沖洗型隔離液+1.35g/cm3領(lǐng)漿+1.86/cm3尾漿（封固至A 點(diǎn)以上300m）。

本井固井過(guò)程最高動(dòng)壓力當(dāng)量在上部窄間隙井段，上部井段較下部油層段漏失風(fēng)險(xiǎn)高，見(jiàn)圖3。因此，可采用大排量頂替保證油層段頂替效率，在水泥漿領(lǐng)漿大排量沖洗油層段足夠時(shí)間后降低排量、控制漏速，實(shí)現(xiàn)一次上返封固全井。

圖3 排量3m3/min循環(huán)時(shí)全井環(huán)空動(dòng)壓力分布

2.3 水泥漿性能設(shè)計(jì)

（1）領(lǐng)漿設(shè)計(jì)。以保證環(huán)空完全填充和減小失重程度為主。控制水泥漿稠度系數(shù)小于0.4Pa·sn可達(dá)到100%的環(huán)空填充率，如表3所示。同時(shí)，低稠度水泥漿流動(dòng)性好，更易于與不規(guī)則井眼段中殘存的泥漿發(fā)生質(zhì)量交換，最大程度提高頂替效率；低稠度領(lǐng)漿結(jié)構(gòu)力較小，可有效減小液柱失重程度，保證候凝壓穩(wěn)水層。

表3 漿體流變對(duì)應(yīng)的環(huán)空填充程度（1m/s環(huán)空返速）

（2）尾漿設(shè)計(jì)。尾漿性能主要以保證低返速下壁面剪應(yīng)力和減小水侵風(fēng)險(xiǎn)為主。參照表2計(jì)算結(jié)果，在尾漿中使用自愈合劑，控制尾漿稠度系在1.5Pa·sn以上，可保證尾漿在固井后期小排量頂替條件下的壁面剪應(yīng)力。同時(shí)，水泥漿稠度系數(shù)較高時(shí)水泥漿漿態(tài)較稠，可增加地層水侵阻力、降低水侵風(fēng)險(xiǎn)。

3 漿體性能評(píng)價(jià)

3.1 前置液及低密度領(lǐng)漿

（1）沖洗液直接采用配漿水，具有一定粘度，減小沖垮地層的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）領(lǐng)漿配方：水泥100g+微硅10g+減輕材料27g+水79g+防氣竄劑5g+緩凝劑0.1g+減阻劑3g+消泡劑0.5g。領(lǐng)漿在保證沉降穩(wěn)定性的同時(shí)，將水泥漿稠度系數(shù)控制在0.4以下，有效降低候凝過(guò)程中環(huán)空液柱壓力損失，降低水層竄流風(fēng)險(xiǎn)。具體性能見(jiàn)表4。

表4 水泥漿領(lǐng)漿性能

3.2 尾漿

在碎屑巖固井中使用自愈合水泥漿體系[4-5]，通過(guò)緊密堆積設(shè)計(jì)形成密度1.86g/cm3的水泥漿，進(jìn)一步提高油水隔層封固把握性。具體配方：水泥100g+硅粉35g+自愈合劑5g+水49.5g+防氣竄劑5g+膠乳5g+緩凝劑0.1g+減阻劑1.5g+消泡劑1g。

（1）封堵性能。根據(jù)碎屑巖目的層一般典型物性特點(diǎn)[滲透率（100～300）×10-3μm2]，制備滲透率115.10×10-3μm2和285.20×10-3μm2的人造巖芯兩組。每組兩塊，分別浸泡于普通水泥漿和自愈合水泥漿后測(cè)試巖芯滲透率，對(duì)比不同水泥漿對(duì)巖芯的封堵效果，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。對(duì)于不同滲透率的巖芯而言，自愈合水泥漿平均可使人造巖芯的滲透率下降約70%～80%，對(duì)地層孔滲的封堵效果明顯優(yōu)于普通水泥漿體系，可進(jìn)一步提高油水層的封固把握。

表5 自愈合水泥漿封堵性能評(píng)價(jià)

（2）防竄性能。通過(guò)水泥漿靜膠凝過(guò)渡時(shí)間評(píng)價(jià)漿體防竄性能，過(guò)渡時(shí)間越短則防竄性能越好[6]。圖4為膠乳自愈合水泥漿在100℃條件下的靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展曲線，從圖中可以看出漿體膠凝強(qiáng)度從48Pa 發(fā)展到240Pa僅用時(shí)10min，體系具有良好防竄性能。

圖4 膠乳自愈合水泥漿體系100℃靜膠凝曲線（過(guò)渡時(shí)間9min）

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

2021 年6 月17 日，LN-X 井固井施工。固井前1.5m3/min排量循環(huán)不漏失，并按此排量充分循環(huán)鉆井、調(diào)整鉆井液性能后，提高排量至固井需要的3.6m3/min測(cè)試漏失速度。在3.6m3/min 的排量下漏失率達(dá)到70%，1.5m3/min的排量下則停止漏失，漏失率與排量有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見(jiàn)表6。

表6 目的層不同環(huán)空返速模擬頂替效率

測(cè)漏速后開(kāi)始施工，主要施工步驟如下：①車(chē)注密度1.03g/cm3前置液10m3，排量1.5m3/min；②車(chē)注密度1.35g/cm3領(lǐng)漿120m3，排量1.5m3/min；③車(chē)注密度1.86g/cm3膠乳自愈合水泥漿42m3，排量3.3m3/min；④泵替密度1.60g/cm3加重泥漿30m3，排量3.3m3/min；⑤泵替密度1.27g/cm3泥漿60m3，前期排量3.6m3/min、按漏點(diǎn)3500m 控制水泥漿漏失量35m3后降排量至1.5～0.9m3/min。替漿最后20m3混漿返出地面，固井施工正常碰壓。碰壓后關(guān)井環(huán)空壓力11MPa，48h后放壓降為0。膠結(jié)測(cè)井結(jié)果顯示尾漿段合格率94%、優(yōu)質(zhì)率66%，油水層得到良好封固。

5 結(jié)論

針對(duì)LN-X井油層段井徑異常擴(kuò)大、油水層間竄流風(fēng)險(xiǎn)高的難題，通過(guò)變排量，克服了固井漏失與全井封固之間的矛盾，解決了該井生產(chǎn)套管油層段固井頂替問(wèn)題；使用自愈合水泥漿體系實(shí)現(xiàn)對(duì)水層的封堵和防竄，有效降低層間竄流風(fēng)險(xiǎn)。該井固井施工順利、固井質(zhì)量合格，技術(shù)措施可為老區(qū)調(diào)整井固井、復(fù)雜油水關(guān)系井固井提供借鑒。