漏失水平井固井技術在JY33HF井的應用

吳雪平

漏失水平井固井技術在JY33HF井的應用

吳雪平

(中石化江漢石油工程公司鉆井一公司，湖北 潛江 433121)

[摘要]隨著涪陵頁巖氣勘探開發(fā)的不斷深入，復雜井況層出不窮，特別是水平段鉆進過程中出現(xiàn)的惡性漏失情況。目前油基泥漿堵漏手段相對較少，固井時地層承壓能力嚴重不足，給固井施工作業(yè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。通過對漏失井固井技術難點分析，有針對性地提出了相應的解決方法，通過使用新型固井工具、優(yōu)化現(xiàn)場施工工藝和水泥漿配方，總結出一套適合漏失水平井的固井技術。該固井技術成功應用于水平段存在惡性漏失的JY33HF井，固井過程順利，應用效果顯著，具有進一步推廣應用的空間。

[關鍵詞]頁巖氣；復雜井；漏失井，固井技術；水平井；固井質量

實現(xiàn)頁巖氣商業(yè)化開采得益于兩大關鍵技術：大位移水平井鉆井技術和大規(guī)模水力壓裂技術。固井是鉆井工程最后一道工序，是銜接鉆井和壓裂的關鍵工程。固井質量是頁巖氣田安全、有效勘探開發(fā)的有力保障。隨著頁巖氣鉆井及開發(fā)技術的不斷發(fā)展，對固井技術的要求越來越高，頁巖氣井水平段需要具有優(yōu)質的封固質量，否則將直接影響到該井壓裂施工效果，以及氣井的采收率[1]。

焦石壩地區(qū)地層壓力系數(shù)低，地層承壓能力不足，針對三開水平段鉆進中出現(xiàn)的惡性漏失，處理手段相對較少，易形成惡性漏失復雜井況，這給固井施工帶來了很大的挑戰(zhàn)。為保證焦石壩地區(qū)頁巖氣會戰(zhàn)順利有序推進，必須保證優(yōu)質固井，故一套專門針對惡性漏失的復雜井的固井技術顯得尤為重要。

1復雜井井況

表1　水平鉆進過程中井漏情況

圖1　JY33HF井身結構示意圖

JY33HF井是一口水平開發(fā)井，設計井深4440m。在水平段油基泥漿正常鉆進過程中，連續(xù)3次發(fā)生井漏，達到惡性失返的程度。采用橋漿堵漏技術堵漏成功后，強鉆期間仍然持續(xù)井漏，期間統(tǒng)計漏失量1000m3以上，造成了巨大的經(jīng)濟損失。鉆進過程中井漏復雜情況見表1。

由于該井位于裂縫發(fā)育帶，已經(jīng)連續(xù)發(fā)生3次惡性井漏，繼續(xù)強鉆后續(xù)風險較高，可能再次發(fā)生失返性井漏，鉆時升高且該井全烴值遠高于鄰井。出于對井下復雜情況以及井控安全的考慮，堵漏成功后在當前井深提前完鉆，完鉆井深3465m。

2固井技術難點分析

根據(jù)鉆遇地層特點、惡性漏失情況及頁巖氣水平井固井技術要求，?139.7mm生產(chǎn)套管固井主要存在以下技術難點：①井眼?215.9mm下入?139.7mm套管，水平段長，井斜角度大，下套管過程中建立循環(huán)困難，下套管遇卡風險大；②由于大量漏失導致循環(huán)不足，水平段會產(chǎn)生鉆屑床，套管下入難度增加，影響水泥漿對地層的膠結和封固，在水泥漿上返時易產(chǎn)生砂堵甚至蹩泵，影響施工安全；③裸眼封固井段較長，地層承壓能力不足(預測壓力系數(shù)當量密度1.25～1.30g/cm3)，且鉆進時存在漏失，漏失失返井段長達132.61m，固井施工時易發(fā)生較大漏失，導致水泥漿返高不夠，固井質量難以保證；④水平段較長、氣層裂縫發(fā)育，氣層活躍，固井施工和候凝時極易發(fā)生氣侵，影響固井質量；⑤鉆井施工中使用油基泥漿，油基濾餅、油膜頂替較為困難，會對水泥漿頂替效率和泥餅界面膠結質量產(chǎn)生影響；⑥水泥漿體系性能要求高，要兼具防漏失和防氣竄雙重功能，確保優(yōu)質固井質量；⑦前置液的性能和用量對固井過程漏失控制和固井質量存在影響。

3漏失水平井固井技術

3.1管外封隔封堵惡性失返漏層

該井完鉆井身3465m，失返性漏失點位于3458～3465m，為固井作業(yè)安全施工，要求將最后漏失點封固。選用的管外封隔器為膨脹性封隔器。

套管管串：浮鞋+盲管+長套管×1根+管外封隔器×1只+長套管×1根+壓差式分級箍×1只+長套管×1根+浮箍+套管串+雙公+芯軸懸掛器+聯(lián)頂節(jié)。套管參數(shù)：壁厚12.34mm，鋼級TP110T，P110，扣型TP-CQ。套管工具位置：套管3461.29m，盲管3460.76m，管外封隔器3449.81m，分級箍3435.58m，浮箍3423.80m。

3.2優(yōu)化扶正器安放設計

扶正器設計：水平段和斜井段每1根安放1只，剛性樹脂扶正器和一體式彈性扶正器交替安放；直井段每5根安放1只剛性扶正器，直至井口，井口以下5根套管，每根1只剛性扶正器。在下套管作業(yè)中，嚴格控制下放速度，按設計安放扶正器，在下入過程中每5根灌漿一次，維持套管內外壓力平衡，以免損壞管外封隔器和壓差式分級箍，保證固井作業(yè)順利進行。

表2　前置液設計配方

注：配方中的百分數(shù)為質量分數(shù)。下同。

3.3提高前置液頂替效率

為了在固井作業(yè)中防止油基鉆井液和水泥漿混合，盡可能地提高對鉆井液的頂替效果，提高頂替效率，保證固井質量[2]。設計前置液分為兩種：清洗液和沖洗液，配方及用量見表2。

清洗液主要是用于頂替留在井筒的油基鉆井液和清除油基鉆井液所形成的泥餅的一種專用前置液段塞。該清洗液功能主要有3個方面[3,4]：①與鉆井液、沖洗液和水泥漿配伍性良好，對鉆井液具有乳化和分散作用，與水泥漿不會產(chǎn)生激烈的作用和反應；②良好的沖刷紊流能力和滲透剝離能力；③具有滿足工程需要的低黏度加重能力。

沖洗液主要用于泥餅的沖刷、井壁面的整理及隔離清洗液與水泥漿，使沖洗液協(xié)助清洗液對井壁進行滲透、稀釋和潤濕反轉，以優(yōu)化水泥漿與油基泥餅界面的膠結。該沖洗液的功能主要有3個方面：①與清洗液和水泥漿具有良好的相容性，包括流變相容性、稠化影響小、強度影響不大；②具有較強的紊流沖刷能力和良好的潤濕反轉效果；③具有工程需要的低黏度加重能力。

在固井施工中，紊流頂替效果要好且要達到優(yōu)質固井，就需要前置液具有較好的流變性，以達到紊流頂替[5]。固井施工過程中，注入和頂替排量一般控制在1.5～2.0m3/min；而清洗液與沖洗液達到紊流所需排量較低，固井頂替過程中對泥餅形成有效沖刷和整理，提高頂替效率，保證水泥漿與地層和套管形成有效膠結。清洗液和沖洗液紊流頂替臨界排量見表3。

表3　清洗液和沖洗液紊流頂替性能參數(shù)

注：Nφ600、Nφ300分別為六速旋轉黏度計600、300r/min對應的讀值。下同。

3.4防漏堵漏水泥漿體系

完井時鉆井液密度為1.35g/cm3。出于防漏目的，采用1.33g/cm3的低密度水泥漿體系封固直井段，盡量降低水泥漿靜液柱壓力，防止固井過程中壓漏地層。另外出于堵漏目的，在水泥漿中加入了堵漏纖維FIB。堵漏纖維FIB為幾種長度不同的纖維復配而成，具有成網(wǎng)快、對水泥漿流變性能影響小的特點。低密度水泥漿配方：G級水泥+63%淡水+10%增強增韌劑STR+28%減輕劑DWR+1.2%降濾失劑FLO-S +0.2%分散劑DISP+6%防竄增強劑MX+1%緩凝劑RET-M+0.1%消泡劑DESIL+0.2%堵漏纖維FIB(實驗室實測密度為1.33g/cm3)，其性能參數(shù)見表4。可以看出，低密度水泥漿抗壓強度性能和沉降穩(wěn)定性優(yōu)異，承壓能力較好，入井水泥漿密度能夠得到精確控制，確保壓穩(wěn)、防漏。

表4　低密度領漿性能參數(shù)

注1：Nφ200、Nφ100、Nφ6、Nφ3分別為六速旋轉黏度計200、100、6、3r/min對應的讀值。下同。

注2：失水量測試條件為65℃×30min×6.9MPa；抗壓強度測試條件為65℃×48h；填砂管內20目砂床，漏失量測試條件

為3.5MPa×65℃×30min；稠化時間測試條件為65℃×35MPa。下同。

水平段封固水泥漿同時要有一定的防漏堵漏能力。為增強其防漏堵漏能力，在韌性膠乳水泥漿體系配方中也加入FIB堵漏纖維。韌性膠乳防氣竄水泥漿體系配方：G級水泥+27%淡水+2%降濾失劑FLO-S+0.5%分散劑DISP-S+0.1%緩凝劑RET-M+0.9%消泡劑DESIL+12%膠乳LATEX+6%防竄增強劑MX+1%膨脹劑BOND-1+0.15%堵漏纖維FIB，其性能參數(shù)見表5。

表5　防氣竄韌性尾漿性能參數(shù)

注：靜膠凝強度測試條件為65℃×(48～240)Pa。

可以看出，韌性膠乳水泥石具有優(yōu)良的力學性能，能夠最大程度地滿足頁巖氣水平井固井對水泥石韌性方面的要求。水泥漿流變性和失水性能良好，漿體穩(wěn)定性高，有利于防止漏失，具有良好的防漏效果。水泥漿靜膠凝強度發(fā)展時間和稠化轉化時間是評價防竄性能的兩個重要指標[6]。靜膠凝強度發(fā)展時間和稠化轉化時間越短，防竄性能越好。另外，尾漿靜膠凝強度發(fā)展時間較短，且具有較短的稠化轉化時間，說明該水泥漿具有較好的防竄性能。低密度水泥漿和韌性膠乳水泥漿的稠化時間均大于180min，滿足固井安全施工要求，且領漿時間與尾漿時間相差78min，可以較好地實現(xiàn)雙凝固井，壓穩(wěn)氣層。

4現(xiàn)場應用

4.1管外封隔器管串下入工藝

由于套管管串接入了封隔器管串，而井眼存在復雜情況，下入過程對井眼條件、泥漿性能要求較高，需要制定嚴格的通井技術措施，將套管串下入到設計井深。具體措施如下：①模擬套管剛性進行通井；②調整泥漿性能降低黏度、增加潤滑性；③對入井裸眼封隔器及壓裂滑套預先進行合扣，下裸眼封隔器、壓裂滑套及座封封隔器等特殊工具時使用吊車送上鉆臺，防止磕碰而造成密封不良；④套管下到設計井深后，先以小排量開泵循環(huán)，洗井排量由小到大，充分循環(huán)兩周，確保井眼無沉砂，并將井筒內的后效循環(huán)排出。

4.2固井施工工藝

針對惡性漏失復雜井況，在施工工藝上主要采取以下措施保證固井施工順利進行：①水泥車盡量采取大排量泵送(單車達到1.0m3/min)，以形成對油基泥漿的有效頂替，提高頂替效率，保證固井質量；②采用雙車注替，縮短注替施工時間，降低對固井設備的損耗，保證安全施工；③采用清水替漿，一方面降低套管內液柱壓力，利用漂浮原理提高水平段套管居中度，提高固井質量；另一方面，為后續(xù)射孔、壓裂施工創(chuàng)造條件，保護油氣產(chǎn)層不受污染；④采用管外封隔器封隔底部漏失井段，避免固井作業(yè)過程中出現(xiàn)漏失，憋壓打開分級箍建立循環(huán)，保證分級箍以上井段的有效封固。

固井施工過程：①通水沖洗管線，水泥車進行固井管線試壓25MPa，穩(wěn)壓3min；②水泥車使用固井前置液對套管進行憋壓，水力封隔器坐封，繼續(xù)憋壓，打開分級箍循環(huán)孔，建立循環(huán)；③注入清洗液30.0m3，沖洗液15.0m3，壓力8MPa；④雙水泥車混配并泵送1.33g/cm3低密度水泥漿61m3，之后注入密度1.85g/cm3水泥漿30m3，壓力8～10MPa；⑤倒閘門，釋放套管膠塞；⑥水泥車替密度1.0g/cm3的壓塞液2m3(清水)，壓力5MPa；⑦雙車大排量替清水25m3，壓力5～12MPa，單車替清水7m3，壓力12～15MPa；⑧水泥車替清水1.6m3至碰壓，壓力15～18MPa；⑨穩(wěn)壓3min泄壓檢查浮箍、浮鞋的密封情況，記錄回流量；⑩關閉環(huán)空候凝48h后測聲幅。頂替到位后，前置液和低密度水泥混漿由環(huán)空返出地面，固井施工過程連續(xù)正常。

4.3固井質量

頁巖氣水平井開發(fā)，水平段固井質量關系到后期壓裂增產(chǎn)措施能否順利進行，直接影響到氣井產(chǎn)量及壽命。該復雜井水平井固井采取了多種方法確保固井質量，通過努力也取得了良好的成果。候凝48h，測聲幅結果表明，水平段固井質量為全優(yōu)質。

5結論與認識

1)管外封隔器與分級箍相結合的復雜井固井技術對處理惡性漏失復雜水平井固井效果明顯，能保證對漏失段以上井眼的有效封固。

2)對于惡性漏失井段下套管前要調整好泥漿性能，保證其有較好的流動性和封堵性能，并進行充分循環(huán)降低下套管風險。

3)對于易漏失井眼下套管，必須準確計算套管環(huán)空水泥漿上返速度，再確定下套管的速度，確保井下安全，防止下放速度過快造成井漏。

4)固井施工中使用了高性能清洗液、沖洗液和水泥漿體系。井壁清洗效果較好，采用常規(guī)密度尾漿和低密度領漿的雙凝雙密度水泥漿體系，能有效封固裸眼井段，且兼具防氣竄防漏失功能。

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[編輯]帥群

[引著格式]吳雪平.漏失水平井固井技術在JY33HF井的應用[J].長江大學學報(自科版) ,2015,12(17):54～57.

50 Research and Application of High-temperature Resistant and Anti-sloughing Drilling Fluid System in Bohai Oilfield

Chen Qiang(Author’sAddress:OilfieldChemicals，ChinaOilfieldServicesLimited，Tianjing300452，China)

Abstract:In Bohai Oilfield, there existed multiple and complex layers in interbeds, the mudstone was easy to be hydrated and expanded, it was difficult to maintain wellbore stability.Based on the research of high temperature stabilizer, a set of high temperature resistant and anti-sloughing drilling fluid systems were developed for sand and mudstone drilling in Bohai Oilfield.The results show that the rheologic property of drilling fluid system is stable under high temperature and high pressure conditions; it has good suspension and sand carrying property with high sloughing resistance and inhibition.It is successful used in 2 blocks in Bohai oilfield, it is easy for maintenance and the drilling operation is smooth, and the problem of wellbore instability is well resolved in drilling the sand-mudstone interbeds in Shahejie Formation of Bohai Oilfield.

Key words:anti-sloughing drilling fluid；drilling fluid stabilizer; organic salt; borehole stability; Bohai Oilfield

[作者簡介]黃志強(1964-)，男，教授，博士生導師，長期從事油氣井鉆井完井技術的研究工作，Huangzq1356@163.com。

[基金項目]中國海洋石油總公司重點科技攻關項目(CCL2013RCPS0175RNN)。

[收稿日期]2015-03-30

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2015)17-0054-04

[中圖分類號]TE256.1