塔中碎屑巖井固井難點分析及認識

李宗要，滕兆健，盧海川，孫曉杰

(天津中油渤星工程科技有限公司 天津300451)

塔中碎屑巖井固井難點分析及認識

李宗要，滕兆健，盧海川，孫曉杰

(天津中油渤星工程科技有限公司 天津300451)

塔中地區(qū)碎屑巖開發(fā)目的層位主要是志留系柯坪塔格組上3亞段(SⅡ油組)。該儲層段邊、底水活躍，對層間封隔質(zhì)量要求高；另外SⅡ油組最高滲透率為670,mD，最大孔隙度為19%,，水泥漿采用一次上返、候凝過程中容易發(fā)生滲透性漏失，導(dǎo)致固井界面膠結(jié)不緊密，從而嚴重影響測井結(jié)果。從井眼準備、工藝設(shè)計、固井施工、水泥漿體系優(yōu)選等技術(shù)措施入手，總結(jié)出了適合塔中碎屑巖固井的一套技術(shù)方案。

塔中地區(qū) 志留系 碎屑巖 固井 漏失

0 引 言

塔中地區(qū)位于塔里木盆地中部的沙漠腹地，屬于中央隆起的塔中低凸起構(gòu)造，是形成于晚加里東—早海西期的下古生界殘余隆起。[1]塔中地區(qū)志留系自下而上可進一步分為柯坪塔格組、塔塔埃爾塔格組和依木干他烏組。勘探實踐和研究表明，志留系柯坪塔格組為碎屑巖主要開發(fā)儲層，平均鉆厚為120～200,m；根據(jù)巖性特征，柯坪塔格組可劃分為下瀝青砂巖段、灰色泥巖段和上瀝青砂巖段。[2]目前，志留系柯坪塔格組已開發(fā)了塔中4、塔中11、塔中16等多個油藏，并獲得了一定的勘探成果；但由于儲層分布的非均質(zhì)性、邊底水活躍、滲透性漏失等復(fù)雜地質(zhì)情況，嚴重影響了該區(qū)塊固井質(zhì)量的提高。

1 固井難點分析

1.1 封固段長、漏失風險高

二疊系火成巖漏失和目的層裂縫性漏失是導(dǎo)致水泥漿無法返至井口的主要原因；反擠補救措施一般在表層套管鞋處擠開，無法實現(xiàn)對接，通常會有1,000～3,000,m的套管無水泥封固，破壞了水泥環(huán)的完整性，縮短了套管使用壽命，不利于長期開采的需要。

1.2 碎屑巖儲層孔隙度、滲透率相對較高，不利于儲層水力膠結(jié)(見圖1)

由圖1可以看出：在孔隙度和滲漏率對應(yīng)較高的層位，水泥膠結(jié)質(zhì)量明顯偏差；主要原因是水泥漿注替或候凝過程中，易滲入高孔滲地層，導(dǎo)致固井界面膠結(jié)不緊密，從而嚴重影響固井膠結(jié)測井質(zhì)量。

圖1 塔中11-8井志留系碎屑巖儲層段固井質(zhì)量與孔滲對應(yīng)關(guān)系Fig.1 The corresponding relationship between clastic reservoir cementing quality of Tazhong 11-8 well and porosity

1.3 碎屑巖油藏油水關(guān)系復(fù)雜，層間封隔質(zhì)量要求高(見表1)

塔中地區(qū)SⅡ油組巖性主要為細砂巖夾粉砂巖及含礫砂巖，油藏類型主要以層狀邊水油藏和塊狀底水油藏為主(主力油層)；砂體間無統(tǒng)一油水界面，砂泥互層，砂體薄，邊底水活躍；部分區(qū)塊隔層薄，固井后易發(fā)生油水竄，所以對目的層和層間封固質(zhì)量要求比較高。

1.4 套管居中度偏低，影響頂替效率的提高(見圖2)

套管居中度是影響固井頂替效率最重要的因素。理論與實踐表明，只有套管居中度達到或大于67%,時，固井質(zhì)量才能有所保證。[3]塔中碎屑巖井環(huán)空間隙小，扶正器下入困難，易導(dǎo)致套管下不到底的風險；另外碎屑巖井上部地層松軟，井徑不規(guī)則，鉆井液性能調(diào)整不足；水泥漿頂替過程中，上部地層環(huán)空鉆井液無法全部參與流動，頂替效率差，影響上部地層固井質(zhì)量。

表1 部分碎屑巖井油藏油水分布Tab.1 Oil-water distribution in some clastic rock reservoirs

圖2 套管居中度及頂替效率模擬Fig.2 Simulation of the casing central degree and displacement efficiency

1.5 核定二疊系漏失壓力，合理設(shè)計環(huán)空漿柱結(jié)構(gòu)

二疊系火成巖地層是碎屑巖井的主要漏失層位，也是固井發(fā)生漏失和產(chǎn)生空套管的主要原因。近5年來，塔中11井區(qū)10口井設(shè)計一次上返固井作業(yè)的井中均發(fā)生漏失，嚴重制約了該區(qū)塊的固井質(zhì)量。因此，準確判斷二疊系地層漏失壓力是碎屑巖固井的關(guān)鍵，也是水泥漿漿柱結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要依據(jù)。

2 固井工藝技術(shù)措施

2.1 井眼準備

優(yōu)質(zhì)的井眼條件是確保固井質(zhì)量的前提。塔中碎屑巖井鉆進過程中，由于部分地層成巖性差，韌性小、脆性高，容易發(fā)生垮塌、剝落，形成不規(guī)則的大肚子、糖葫蘆井段，易導(dǎo)致竄槽、環(huán)空憋堵及泥漿不能被替凈的風險。因此，根據(jù)地層巖性特征，塔中碎屑巖井鉆進過程中，要及時調(diào)整泥漿性能或者更換泥漿體系。

2.2 地層承壓試驗

塔中碎屑巖井表層固井后，進行一次地層承壓試驗，以應(yīng)對地層承壓不能滿足水泥漿一次上返要求時，采用反擠補救的措施。鉆穿二疊系20,m后，做地層承壓試驗，要求二疊系底部當量密度大于1.45,g/cm3；若不能滿足要求，考慮承壓堵漏，提高地層承壓能力，以保證水泥漿一次上返的成功率。塔中11井區(qū)鉆井日志中記錄4口井進行了二疊系地層承壓試驗，二疊系地層承壓當量密度均大于1.45,g/cm3，如表2所示。

表2 二疊系地層承壓試驗統(tǒng)計Tab.2 Permian strata pressure test statistics

2.3 通井措施

為保證井底清潔和下套管作業(yè)順利，鉆井阻卡井段認真劃眼，電測結(jié)束后采用兩套鉆具結(jié)構(gòu)通井。第1次原鉆具通井，第2次模擬套剛度雙扶通井，確保套管及附件組合順利入井。對于定向井或水平井必要時采用3次通井，并根據(jù)實際井徑井斜情況適當增加扶正器數(shù)量。通井結(jié)束后以鉆進最大排量循環(huán)洗井，必要時采用稠泥漿掃井。

2.4 提高套管居中度

根據(jù)實際電測井徑情況，優(yōu)化扶正器安放位置，盡量提高管柱居中度，保證水泥漿的頂替效率。在保證套管安全下到井底的情況下，目前塔中碎屑巖井固井推薦儲層段1～2根套管加一個剛性扶正器，其余井段3～5根加一個剛性扶正器，如圖3所示。

圖3 志留系儲層段2根1個扶正器套管和該儲層段以上5根1個扶正器套管居中度模擬Fig.3 Simulation of the casing central degree

2.5 調(diào)整鉆井液性能

固井前，在確保壓穩(wěn)地層的情況下，降低泥漿的粘切有利于提高水泥漿的頂替效率。按照中石油固井技術(shù)規(guī)范，一般當泥漿密度在1.30,g/cm3以內(nèi)時，下完套管后，要求調(diào)整泥漿屈服值小于5,Pa，粘度小于45,s，塑性粘度在10～30,MPa·s。

2.6 優(yōu)化固井施工參數(shù)

采用變排量頂替：前置液及領(lǐng)漿過儲層時采用大排量頂替，排量不低于1.2,m3/min，頂替后期逐漸降低排量，控制井底動態(tài)當量密度，降低漏失風險。排量1.2,m3/min可保證儲層段60%,管柱居中度條件下環(huán)空泥漿全部參與流動(見圖4)。通過調(diào)整注替排量，可保證固井過程二疊系最高動態(tài)壓力系數(shù)小于1.55，井底最高動壓力系數(shù)不大于1.60、最高靜壓力系數(shù)不大于1.43，井口壓力控制在15,MPa以內(nèi)(模擬結(jié)果見圖5)。

圖4 油層套管環(huán)空泥漿流動模擬(居中度60%)Fig.4Mud flow simulation of production casing(center degree 60%)

圖5 直井頂替過程井筒壓力模擬Fig.5 Well bore pressure simulation of vertical wells displacement process

3 水泥漿體系優(yōu)選

3.1 儲層段采用自愈合水泥漿，提高水力膠結(jié)質(zhì)量

自愈合水泥漿形成的水泥石在應(yīng)力應(yīng)變上表現(xiàn)出彈性性質(zhì)，有利于在注采條件下保持水泥環(huán)的密封完整性，延長了油氣井的開發(fā)使用壽命。從表3可以看出：摻入自愈合劑后，水泥石抗壓強度和彈性模量均有所降低、泊松比有較大幅度提高，具有彈性水泥的性質(zhì)。另外，自愈合水泥漿體系可以封堵微裂縫，阻止?jié)B流，且隨著自愈合劑摻量的增加，自愈合能力不斷增強，有利于防止?jié)B流的發(fā)生(見圖6)，提高了儲層的水力膠結(jié)質(zhì)量。

表3 水泥石力學性能數(shù)據(jù)Tab.3 Mechanical property data of cement paste

圖6 水泥石自愈合性能測試Fig.6 Self-healing property of cement paste

3.2 采用防竄水泥漿體系，增加水泥漿滲流阻力

志留系滲漏是塔中碎屑巖儲層固井面臨的主要問題，為了防止由于微小滲漏引起的氣竄，可以采用“靜止堵漏”的原理，總體上傾向于提高水泥漿的塑性粘度和屈服值[4](見表4)。具體技術(shù)措施如下：縮短儲層段水泥漿稠化時間，減少滲流發(fā)生時間；提高儲層段水泥漿稠度、增加水泥漿滲流阻力；另外，防竄水泥漿還具有一定的觸變性，而且濾失量小，漿體穩(wěn)定，內(nèi)聚力強，靜膠凝強度發(fā)展快(見圖7)，可防止氣體或其他流體的侵擾，從而達到防止竄流的目的。

表4 BCG-200,L防竄水泥漿體系流變試驗結(jié)果Tab.4 Rheological test results of BCG-200,L Anti-Channeling Cement Slurry

由表4可以看出，BCG-200,L防竄水泥漿體系有明顯的增粘和提切作用，并且水泥漿有一定的觸變性，對于預(yù)防滲透性漏失地層有良好的作用。

由圖7可知，BCG-200,L防竄水泥漿體系靜膠凝強度發(fā)展快，從48～240,Pa過渡時間為9,min，過渡時間短，有利于防止竄流的發(fā)生。

3.3 優(yōu)化環(huán)空漿柱結(jié)構(gòu)，提高水泥漿頂替效率

優(yōu)化環(huán)空漿柱結(jié)構(gòu)的主要目的是提高水泥漿的頂替效率，保證碎屑巖井志留系儲層的固井質(zhì)量。優(yōu)化環(huán)空漿柱結(jié)構(gòu)技術(shù)切入點是：降低井底和二疊系動態(tài)當量密度，防止漏失的發(fā)生；優(yōu)化前置液體系，提高對井壁的沖刷效果；提高領(lǐng)漿流動性，降低井口施工壓力并有利于水泥漿充滿環(huán)空；防止循環(huán)摩阻過大，影響固井施工排量。

圖7 BCG-200,L防竄水泥漿靜膠凝強度發(fā)展曲線Fig.7Static gel strength development curve of BCG-200,L Anti-Channeling Cement Slurry

在二疊系承壓能力達到1.45,g/cm3時，塔中碎屑巖井主要采用一次上返固井工藝，推薦的優(yōu)化環(huán)空漿柱結(jié)構(gòu)為：密度1.03,g/cm3沖洗液(6～8,m3) ＋密度1.33,g/cm3隔離液(10～15,m3) ＋密度1.35,g/cm3領(lǐng)漿(志留系以上200,m至地面) ＋密度1.85,g/cm3尾漿(返至志留系以上200,m)，具體水泥漿密度和封固井段根據(jù)承壓試驗進行校正。該優(yōu)化的漿柱結(jié)構(gòu)已在塔中多口碎屑巖井中得到成功應(yīng)用，并獲得油田公司和勘探公司的一致認可。

4 現(xiàn)場施工過程及測井結(jié)果

以塔中11井區(qū)的TZ11-18井為例，該井為二開井身結(jié)構(gòu)，二開完鉆井深4,541,m，φ241.3,mm井眼下入φ177.8,mm的套管，完鉆層位奧陶系桑塔木組，目的層位志留系柯坪塔格組，采用水泥漿一次上返固井工藝。該井φ177.8,mm套管下到井底之后，開泵循環(huán)兩周，排量逐漸提到2.1,m3/min，清除井底沉砂，井口返出正常；同時對泥漿進行降粘降切處理，為下一步固井施工排量和頂替效率提高創(chuàng)造了良好的條件。

2015年9月6日TZ11-18井進行了現(xiàn)場固井作業(yè)，首先注入1.03,g/cm3粘滯性沖洗液7,m3，然后注入15,m3的1.30,g/cm3流變性能好的稀水泥漿作為先導(dǎo)漿，有效攜砂并進一步驅(qū)替泥漿提高頂替效率，同時可以預(yù)封堵高滲地層，再注入密度為1.35,g/cm3的領(lǐng)漿110,m3，1.88,g/cm3的尾漿28,m3，然后下膠塞，注3,m3尾漿水作為壓塞液，替泥漿83,m3正常碰壓，水泥漿井口返出15,m3，施工正常。整個固井過程中，注領(lǐng)漿平均排量達到1.8,m3/min，尾漿平均排量達1.5,m3/min，泥漿頂替排量最高2.1,m3/min，保證了對井壁的有效沖刷，提高了頂替效率；最后10,m3頂替泥漿，排量降到0.5～0.7,m3/min，不但降低環(huán)空摩阻，還達到了層流頂替的效果，同時延長尾漿頂替的時間，降低了竄流發(fā)生的概率。48,h后測井，全井段合格率達95%，其中儲層段合格率為100%、優(yōu)質(zhì)率為83%，起到良好的封隔效果，達到了固井設(shè)計要求。

5 結(jié) 論

①漏失是塔中碎屑巖固井面臨的主要技術(shù)難題；②核定井底動態(tài)壓力和二疊系漏失壓力是提高塔中碎屑巖固井質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)措施；③固井作業(yè)中合理的施工參數(shù)是提高頂替效率的先決條件；④優(yōu)選性能良好的水泥漿體系是志留系固井質(zhì)量的重要保障。■

［1］ 呂修祥，胡軒. 塔里木盆地塔中低凸起油氣聚集與分布[J]. 石油與天然氣地質(zhì)，1997，18(4)：288-293.

［2］ 王勇，李宇平. 塔中地區(qū)志留系柯坪塔格組儲層物性的主控因素[J]. 天然氣技術(shù)，2009，3(4)：13-18.

［3］ 鄭志剛，楊紅麗. 提高水平井固井質(zhì)量的幾點認識[J]. 內(nèi)蒙古石油化工，2009(23)：52-53.

［4］ 劉愛萍，鄧金根. 委內(nèi)瑞拉Caracoles油田固井技術(shù)[J]. 天然氣工業(yè)，2005，25(9)：67-69.

An Analysis and Understanding of Cementing Difficulties of Clastic Rocks in Tazhong Area

LI Zongyao，TENG Zhaojian，LU Haichuan，SUN Xiaojie
(Tianjin Bo-Xing Engineering Science and Technology Limited Company of CNPC，Tianjin 300451，China)

The primary purposed development position on clastic rocks in Tazhong area is the 3rd upper Sub-member(SⅡOil Group)．Due to a high level of activities in this reservoir，it has a high demand on packer quality between the positions．The highest permeability and porosity is 670,mD and 19%, respectively．One-time up-return style of cement slurry would easily result in permeable loss and the phenomenon that the cementing interface cementation is not close．The consequence would severely influence logging result．This article summarizes a suit of technical proposals which suit cementing of clastic rocks in the Tazhong area，including drilling preparation，process design，cementing operation，optimizing slurry system，etc.

Tazhong area；Silurian；clastic rocks；cementing；loss

TE256

A

1006-8945(2016)08-0078-05

2016-07-06