蘇北張家垛區(qū)塊小斜度井固井技術(shù)研究與應(yīng)用

宋偉健 呂瑞華 閆聯(lián)國(guó)（中石化華東石油工程有限公司固井分公司， 江蘇 揚(yáng)州 225101 ）

蘇北張家垛區(qū)塊小斜度井固井技術(shù)研究與應(yīng)用

宋偉健 呂瑞華 閆聯(lián)國(guó)（中石化華東石油工程有限公司固井分公司， 江蘇 揚(yáng)州 225101 ）

張家垛區(qū)塊是近兩年在蘇北地區(qū)的重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)塊之一，本文針對(duì)該區(qū)塊固井施工中遇到的問(wèn)題，結(jié)合近6年的固井施工情況，從地層特點(diǎn)、固井難點(diǎn)、固井分析三個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)地對(duì)比、分析與總結(jié)，并提出了適合該區(qū)塊小斜度井固井的技術(shù)措施。該配套技術(shù)措施的綜合應(yīng)用為解決類似的小斜度井固井問(wèn)題探索出了一條有效的技術(shù)途徑，并為張家垛區(qū)塊大斜度井和水平井固井提供了參考。

張家垛區(qū)塊；小斜度井；固井；固井質(zhì)量

1 張家垛區(qū)塊概況

張家垛區(qū)塊位于蘇北盆地東臺(tái)坳陷海安凹陷曲塘次凹北部深凹帶。其北部曲塘斷層與泰州地凸起相鄰，呈近東西走向，是一個(gè)由邊界斷層控制的大型鼻狀構(gòu)造，緊鄰曲塘次凹深凹帶［1］，該構(gòu)造形態(tài)較為簡(jiǎn)單，地層西陡東緩，西部地層傾角40～50度，東部25～35度。為大傾角、低滲多薄層異常高壓油藏，油層發(fā)育受構(gòu)造影響特征明顯，目前勘探發(fā)現(xiàn)油氣賦存于阜寧組和戴南組，該區(qū)塊自西向東分為張2、張1和張3三個(gè)區(qū)塊［2］。2009～2014年，華東固井公司在張家垛區(qū)塊共完成了16口小斜度（小斜度井為最大井斜小于45°井）油層固井施工，2口優(yōu)秀，8口良好，6口合格，優(yōu)良率62.5%，優(yōu)秀率12.5%。隨著張家垛區(qū)塊勘探開(kāi)發(fā)的不斷加快，近年來(lái)該區(qū)塊多為定向井，固井質(zhì)量受到地層因素、井眼條件、套管居中度、油氣水竄、井漏、水泥漿及前置液配方設(shè)計(jì)、固井工藝應(yīng)用等多方面因素的制約。

2 張家垛區(qū)塊地層特點(diǎn)與固井難點(diǎn)

2.1 地層特點(diǎn)

張家垛區(qū)塊油藏埋深2500～3500米，油層厚度1.3～4.5米，平均厚度2.7米（張3區(qū)塊主力砂層垂厚僅1.54米），地層產(chǎn)狀：西區(qū)40°～50°，中區(qū)27°～40°，東區(qū)35°～40°，南北向地層傾角變化大，產(chǎn)狀不穩(wěn)定；儲(chǔ)層敏感性強(qiáng)，有中等水敏性，中等偏強(qiáng)堿敏和速敏、鹽敏，導(dǎo)致井壁穩(wěn)定性差，不利于水泥漿膠結(jié)；傾角大，低滲多薄層異常高壓油藏，油層發(fā)育受構(gòu)造影響特征明顯，導(dǎo)致井眼軌跡難以控制［2］。

2.2 固井難點(diǎn)

2.2.1 地層因素影響固井質(zhì)量

該區(qū)塊油藏屬于高壓低滲型。目的層段鉆進(jìn)時(shí)間長(zhǎng)，戴南組、阜寧組地層硬脆性泥頁(yè)巖易吸水膨脹，而產(chǎn)生剝落掉塊、垮塌現(xiàn)象［3］，導(dǎo)致井徑不規(guī)則，易形成大肚子和“糖葫蘆”井眼，對(duì)水泥膠結(jié)質(zhì)量造成較大的影響，對(duì)水泥漿膠結(jié)性能要求高。

2.2.2 固井時(shí)不易保證套管居中

良好的井眼條件是保證固井質(zhì)量的前提，張家垛區(qū)塊多為斜井及定向井，井斜及狗腿度較大，井眼及井徑不規(guī)則（根據(jù)油層調(diào)整井眼軌跡），不能保證套管居中度，不利于頂替效率的提高，從而影響固井質(zhì)量。如張2-2B井，封固段最大井徑483.87mm，平均井徑265.81mm，平均井徑擴(kuò)大率23.12%。

2.2.3 固井時(shí)易發(fā)生油氣水竄

張家垛構(gòu)造油氣水活躍，油層薄、水層多，候凝過(guò)程中油氣水侵嚴(yán)重，影響水泥膠結(jié)質(zhì)量，對(duì)水泥漿防竄性能要求高。

2.2.4 固井時(shí)易發(fā)生漏失

井漏一直是影響固井質(zhì)量的重要因素，張家垛區(qū)塊地層破裂壓力較低，固井后期易發(fā)生漏失，對(duì)水泥漿防漏性能要求高。

2.2.5 水泥漿配方設(shè)計(jì)困難

張家垛區(qū)塊為新區(qū)塊，對(duì)地層的認(rèn)識(shí)不足，設(shè)計(jì)的水泥漿配方與地層的適應(yīng)性不穩(wěn)定，導(dǎo)致固井質(zhì)量不穩(wěn)定。

3 張家垛區(qū)塊小斜度井固井分析

表1 2009-2013張家垛區(qū)塊小斜度井固井質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

從表1可以看出，2014年以前，在張家垛區(qū)塊固井10口，6口良好，4口合格，優(yōu)良率60%，優(yōu)秀率為0，分析存在的問(wèn)題如下。

3.1 通井循環(huán)措施不到位

2014年以前，張家垛區(qū)塊小斜度井的通井措施較為簡(jiǎn)單，一是基本不用扶正器通井。光靠鉆頭和鉆鋌，難以將井壁上的泥皮及砂子刮干凈，致對(duì)于井徑偏大、狀況不好的井，如張2-2B井，“糖葫蘆”井眼和橢圓形井眼并存。二是循環(huán)時(shí)間短。井眼較大的井，循環(huán)鉆井液時(shí)環(huán)空返速低，不能有效將井底的沉砂攜帶至地面，往往循環(huán)第一周就將鉆井液粘度降至45s左右，循環(huán)2周后沒(méi)有砂子返出就起鉆，不能達(dá)到清潔井眼的要求。

3.2 事故井影響固井質(zhì)量

由于井下地質(zhì)條件和鉆井井眼軌跡都比較復(fù)雜，造成鉆井井下復(fù)雜情況（卡鉆、埋鉆、劃出新眼、測(cè)井故障等）時(shí)有發(fā)生。井身質(zhì)量不合格，井眼不規(guī)則，影響了下套管作業(yè)和固井質(zhì)量的提高。下套管前未按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行通井，導(dǎo)致下套管遇阻，發(fā)生下套管遇阻等復(fù)雜情況后，僅使用英國(guó)產(chǎn)S2整體扶正器，未使用旋流剛性扶正器，在一定程度上影響了套管居中度和固井質(zhì)量的提高。

3.3 井徑較大的井套管居中度差

張家垛區(qū)塊由于三垛組和阜寧組為泥頁(yè)巖，容易掉塊，且地層較硬，打鉆周期長(zhǎng)，鉆井液浸泡時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致井徑偏大，如張2-2B井平均井徑達(dá)265.81mm，使用的勝利彈性扶正器最大外徑為230mm。因此，套管居中度差，頂替效率不高，導(dǎo)致套管到位后，循環(huán)時(shí)產(chǎn)生偏心頂替，不能有效攜帶巖屑和清洗干凈井眼，并且在替漿時(shí)，難以有效驅(qū)替干凈鉆井液，造成混漿嚴(yán)重，影響水泥石的膠結(jié)。

3.4 固井前循環(huán)排量受限，不能充分清潔井眼

固井前循環(huán)的目的是將井筒內(nèi)扶正器刮下的泥皮和砂子循環(huán)沖刷出來(lái)，并調(diào)整好鉆井液性能，為固井施工提供一個(gè)好的基礎(chǔ)，但是由于部分泥漿泵排量受限，替漿排量只能達(dá)到1.8m3/min。對(duì)于井徑擴(kuò)大率在8%以內(nèi)的井，環(huán)空返速能達(dá)1.2m/s，但是對(duì)于井徑擴(kuò)大率較大的井，環(huán)空返速達(dá)不到要求，起不到較好的沖刷和攜帶作用。此外，循環(huán)1周半左右，循環(huán)時(shí)間短，表面看井口沒(méi)有返砂，但由于鉆井液粘度調(diào)整快，井底的砂子和井壁上的泥皮不能被完全攜帶出來(lái)，所以不能說(shuō)明井眼清潔干凈。

3.5 前置液沖刷效果差

張家垛區(qū)塊采用最多的前置液體系為中石化工程院的高效驅(qū)油前置液，能起到一定的沖刷作用，但是漿體的粘度較大，達(dá)到了45s左右，不能有效沖洗干凈附著在井壁和套管壁上的虛泥皮和鉆井液，不能提供一個(gè)好的膠結(jié)面。如張2-5井使用的前置液配方為：水+12%隔離液+2%隔離液助劑A+1%隔離液助劑B，這種配方漿體較稠，且沉降穩(wěn)定性差，罐體的下部明顯比上部稠，不利于起到?jīng)_洗作用。

3.6 井口加壓和封隔器的使用較少

對(duì)于油氣活躍的井，固井施工后，為了壓穩(wěn)地層，防止油氣水上竄，通常有兩種方式，一是在井口加一定回壓，但由于部分萬(wàn)能防噴器不密封，無(wú)法進(jìn)行加壓。二是在油層頂部，在測(cè)井解釋的油層和水層之間加放封隔器，但是封隔器的使用是后來(lái)引入的，之前的井使用次數(shù)有限，這兩種情況都在一定程度上影響了固井質(zhì)量。

3.7 存在油氣水竄和井漏問(wèn)題

候凝過(guò)程中油氣水侵嚴(yán)重，如張3B井在固井前發(fā)生氣竄：該井在套管下到位后，17：00單凡爾0.6m3/min，泵壓6MPa頂通建立循環(huán)，后逐漸將循環(huán)排量提至2.0m3/min，循環(huán)至19：30，測(cè)量鉆井液出口密度為1.21g/cm3，粘度115s，循環(huán)至20：30，測(cè)量鉆井液出口密度為1.24g/cm3，粘度85s，繼續(xù)循環(huán)至21：20，測(cè)量鉆井液出口密度為1.28g/cm3，粘度63s，鉆井液調(diào)整正常后進(jìn)行固井作業(yè)。從循環(huán)的過(guò)程判斷該井在下套管及循環(huán)過(guò)程中，發(fā)生了油氣侵。而且由于張家垛區(qū)塊的地層特點(diǎn)，易發(fā)生漏失，如張1斜1井，在替漿時(shí)發(fā)生漏失，導(dǎo)致水泥返高未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，影響固井質(zhì)量。

4 固井技術(shù)措施

4.1 固井水泥漿技術(shù)措施

4.1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)水泥漿體系

采用雙密度雙凝水泥漿體系，領(lǐng)漿采用低密度水泥漿，有效降低靜液柱壓力，防止固井施工發(fā)生漏失。

4.1.2 優(yōu)化前置液體系

采用低密度高效沖洗液及加重隔離液作為前置液，延長(zhǎng)紊流接觸時(shí)間，有效沖洗井壁，提高第二界面膠結(jié)質(zhì)量。

4.1.3 推廣使用坂土漿作為先導(dǎo)漿，改善井壁的潤(rùn)濕性能

即在固井施工之前注入20m3的與原井漿密度相當(dāng)?shù)男屡溘嗤翝{，改善與水泥漿的相容性，確保施工安全，提高固井質(zhì)量。

4.2 固井工藝技術(shù)措施

4.2.1 做好井眼準(zhǔn)備

完鉆后做好劃眼工作，然后再次通井，消除巖屑床，保持井壁光滑、平整、無(wú)鍵槽；采用一定數(shù)量的高粘度稠漿循環(huán)攜砂，徹底清潔；采用大排量循環(huán)洗井，徹底沖洗井底泥砂，為套管順利下入提供良好的井眼條件。

4.2.2 做好地層承壓實(shí)驗(yàn)，減少井漏對(duì)固井質(zhì)量的影響

下套管前要做地層承壓實(shí)驗(yàn)，減少固井施工過(guò)程中漏失的發(fā)生，確保水泥返高。

4.2.3 下套管前通井措施到位

下套管前采用雙扶通井，下鉆到底大排量循環(huán)3周，振動(dòng)篩無(wú)返砂后進(jìn)行短起下作業(yè)，短起下過(guò)程中對(duì)目的層段井壁進(jìn)行反復(fù)劃拉，刮去吸附在井壁上的泥皮及虛泥餅，下鉆到底再大排量循環(huán)3周以上，保證井口無(wú)返砂，鉆井液性能符合要求后起鉆下套管。

4.2.4 嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)加放扶正器，保證套管居中度

水平段及斜井段旋流剛性扶正器和彈性扶正器配合使用，既保證了套管的聚中及產(chǎn)生旋流，又能讓套管順利下到設(shè)計(jì)深度。或在主力油層的底部加入一只旋流發(fā)生器，既有利于在下套管的過(guò)程刮削虛泥餅，又可產(chǎn)生比旋流剛扶效果好的旋流。

4.2.5 采用紊流及塞流復(fù)合頂替

即前置液及先導(dǎo)水泥漿的紊流頂替，替漿后3～5m3，采用小排量塞流頂替，提高頂替效率。

4.2.6 加強(qiáng)新工具的使用及新工藝的應(yīng)用

使用管外封隔器有效封固油氣水層，采用振動(dòng)器及旋流發(fā)生器，提高頂替效率等。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2014年上半年，在張家垛區(qū)塊固井6口，固井施工結(jié)合2014年前10口井的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，采取了相應(yīng)的技術(shù)措施。

5.1 采用的固井水泥漿技術(shù)

停泵前注入30m3由原井漿處理的清潔的先導(dǎo)鉆井液，密度與原井漿相當(dāng)?shù)┒氛扯日{(diào)整至45s左右，沖刷效果較好，能夠?qū)⑻坠苌虾途谏险掣降脑疂{沖刷掉，達(dá)到初次沖刷的效果。注入前置液16m3，密度1.02g/cm3，配方為：水+8%隔離液+1%隔離液助劑A+1%隔離液助劑B，粘度20～30s；注入20m3新配坂土漿作為隔離先導(dǎo)水泥漿，平均密度1.50g/ cm3；技術(shù)套管和油層套管采用雙凝雙密度水泥漿體系：領(lǐng)漿密度1.88～1.90g/cm3，配方為500gG級(jí)江南水泥+125g減輕材料-+15g降失水劑+352g水；尾漿密度1.93～1.95g/ cm3，800gG級(jí)江南水泥+4.0g減阻劑+16g降失水劑+16g防竄補(bǔ)償劑+332g水。為了防止候凝過(guò)程油氣上竄，油氣顯示好的目的層段采用短候凝水泥漿體系，在原尾漿配方中加入2%促凝劑，控制稠化時(shí)間在80～100min，縮短油氣上竄時(shí)間。同時(shí)，采用雙車進(jìn)行注水泥，排量達(dá)1.8m3/min，井隊(duì)大泵替漿排量2.3～2.4m3/min，預(yù)留最后5～8m3固井車替，替漿排量0.3m3/min，實(shí)現(xiàn)了大排量頂替和塞流頂替相結(jié)合。

5.2 采用的固井工藝技術(shù)

目的層段每一根套管加放一只扶正器，采用最大外徑為230mm的勝利編織彈性扶正器和樹(shù)脂旋流剛性扶正器交替安放，并用卡箍對(duì)扶正器進(jìn)行定位；目的層以上每一根套管加放一只勝利編織彈性扶正器。考慮到井斜不大，并綜合考慮各類扶正器的彈性和剛性，舍棄了進(jìn)口整體扶正器（最大外徑216mm）的運(yùn)用，僅在第一根套管靠近浮鞋部位加放一只進(jìn)口整體扶正器起抬頭作用。根據(jù)實(shí)鉆井眼參數(shù)及測(cè)錄井資料，運(yùn)用固井軟件模擬，得出目的層段套管居中度達(dá)到80%以上，目的層以上封固段可達(dá)70%左右。

張2-斜2井平均井徑擴(kuò)大率7.2%，井徑較為規(guī)則，基本無(wú)“大肚子”井段；向陽(yáng)1井平均井徑擴(kuò)大率15%，3000m以下井徑較為規(guī)則，平均井徑225mm，井徑擴(kuò)大率為4.2%，無(wú)“大肚子”井段。3000m以上井徑擴(kuò)大率較大，平均井徑252mm，井徑擴(kuò)大率16.7%，“大肚子”井段較多，最大井徑達(dá)289.9mm；張2-6井全井井徑較小，井徑較為規(guī)則，無(wú)“大肚子”井段。

張2斜2井、張2-6井在下套管過(guò)程中扶正器刮削井壁，產(chǎn)生大量虛泥皮和砂子，返砂較多，向陽(yáng)1井多次取芯下鉆刮削，虛泥皮和砂子基本上已清除干凈，循環(huán)時(shí)基本無(wú)返砂。經(jīng)過(guò)2.2m3/min排量連續(xù)5h循環(huán)下，達(dá)到了井筒除砂的目的且鉆井液性能調(diào)整到位。

此外，張2-斜2井和向陽(yáng)1井還采用了封隔器加放在油層頂部及井口環(huán)空加壓等方式，防止水泥漿失重過(guò)程的油氣上竄影響固井質(zhì)量，通過(guò)環(huán)空加壓，井底當(dāng)量密度分別為1.51g/ cm3和1.42g/cm3，補(bǔ)償了水泥漿失重帶來(lái)的井底壓力下降。

張2-6井由于水泥漿全返，井下靜液柱的壓力較大，為防止封隔器提前坐封而替漿不到位，未下入封隔器，并且由于水泥漿全返，水泥漿替漿到位后，計(jì)算得井底當(dāng)量密度1.70g/ cm3，考慮到尾漿失重，當(dāng)量密度為1.48g/cm3，因此，將環(huán)空關(guān)閉，沒(méi)有進(jìn)行井口加壓。

表2 2014年上半年張家垛區(qū)塊小斜度井固井質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

從表2可以看出，2014年上半年固井質(zhì)量較之以前，優(yōu)良率有所提高，2口優(yōu)秀，2口良好，2口合格，優(yōu)良率66.67%，優(yōu)秀率33.33%。，特別是張2斜2井以來(lái)，連續(xù)三口井固井質(zhì)量?jī)?yōu)良。

6 結(jié)論及建議

（1）采用低密度高效沖洗液及加重隔離液作為前置液，現(xiàn)有前置液性能還需進(jìn)一步優(yōu)化，降低沖洗液的粘度，調(diào)整隔離液助劑A的用量，確保冷漿和熱漿的流動(dòng)性和沖洗效果。建議從流變性、懸浮穩(wěn)定性、與水泥漿及鉆井液具的相容性、沖刷效果上加強(qiáng)，以期提高頂替效率及改善膠結(jié)質(zhì)量。

（2）固井施工之前注入20m3的與原井漿密度相當(dāng)?shù)男屡溘嗤翝{，水泥漿體系采用雙密度雙凝水泥漿體系，領(lǐng)漿用低密度水泥漿，在沒(méi)有沉降的情況下，調(diào)整漿體的流動(dòng)性，調(diào)整減阻劑的用量，確保現(xiàn)場(chǎng)施工尾漿密度能夠保持在設(shè)計(jì)密度。建議采用高強(qiáng)度低密度水泥漿體系降低水泥漿當(dāng)量密度，或加入纖維防漏材料，同時(shí)采用防竄水泥漿體系，加入防竄劑，對(duì)水泥石具有一定的膨脹作用，改善水泥石韌性，解決油氣水竄、井漏的問(wèn)題。

（3）根據(jù)井徑、井斜，優(yōu)選各類扶正器，對(duì)于狗腿度較大井段，采用1根套管加放2只扶正器的方式，對(duì)目的層“大肚子”井段，采用液壓扶正器提高居中度；需要時(shí)按照設(shè)計(jì)要求對(duì)井口環(huán)空進(jìn)行加壓，并有選擇地使用封隔器。

（4）對(duì)于大斜度及復(fù)雜井固井，建議加強(qiáng)對(duì)鉆井液、前置液和水泥漿的切力實(shí)驗(yàn)研究，研究出水泥漿切力與鉆井液切力的配伍區(qū)間，不能簡(jiǎn)單的沿用目前的固井工藝措施，還要在已施工井的基礎(chǔ)上進(jìn)行固井技術(shù)的研究和創(chuàng)新，找出一套適合張家垛區(qū)塊的固井工藝技術(shù)。

［1］焦里力.蘇北盆地張家垛油田阜三段油氣富集規(guī)律［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2012，33（2）：166-172.

［2］王安富.蘇北張家垛地區(qū)鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014，34（8）：150-150.

［3］楊立.張家垛地區(qū)鉆井液提速提效技術(shù)淺析［J］.化工管理，2014，（21）：61-62.

In recent years， Zhangjiaduo Block has been one of the most important blocks in the north of Jiangsu province. In this article，detailed comparison， analysis and summary are made from the features of formation and difficulties of cementing and cementing analysis. According to the problems that appeared in cementing construction of the past six years， suitable technical measures for cementing of small angle wells are proposed. The comprehensive application of the technical measures can effectively solve the problems of similar small angle wells and provide reference for the deviated wells and horizontal wells in this block.

Zhangjiaduo Block，small angle wells，cementing，cementing，Cementing quality

①宋偉健（1988- ），江蘇揚(yáng)州人，2007年-2011年，中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程專業(yè)，2011年-至今中石化華東石油工程有限公司固井分公司固井技術(shù)方面工作。