復雜條件下的淺層氣井固井技術

胡晉軍，史為紀，孟慶祥，郭秋實，瞿志浩，董政真，殷　波，趙凌霄

（天津中油渤星工程科技有限公司，天津300451）

復雜條件下的淺層氣井固井技術

胡晉軍*，史為紀，孟慶祥，郭秋實，瞿志浩，董政真，殷波，趙凌霄

（天津中油渤星工程科技有限公司，天津300451）

QHD4井是處于渤海灣盆地遼東灣的一口海上預探井。該井表層鉆進過程中鉆遇淺層氣；鉆完井深倒劃眼過程中發生漏失，多次堵漏未成功；下完套管開泵循環，環空被流砂層堵塞，無法建立正常循環。針對井下復雜的狀況，現場形成并使用無間斷無膠塞綜合淺層氣固井技術，順利完成了該井表層固井作業。

固井；淺層氣；流砂層；漏失

淺層氣埋藏深度淺，短時釋放能量大，對鉆井作業的危害極大；淺層氣埋藏地層極為松散，地層承壓能力弱，極易發生漏失。對于固井作業，在壓穩淺層氣，防止氣竄的同時要防止固井漏失發生，保證水泥返高，固井存在兩難局面。下完套管開泵循環，保證井眼通暢、井壁穩定是固井施工的前提條件，流砂層將環空埋塞，開泵即出現憋壓，小排量頂通，循環壓力高且不穩定，對固井施工造成極大的風險。現場形成并使用了無間斷無膠塞綜合淺層氣固井技術，希望對淺層氣井固井作業有參考價值。

1　QHD4井概況

（1）該井所在海域平均水深24m，海調資料顯示，測區40m以內的地層中未見淺層氣存。但鉆井平臺就位后壓載，樁腿入泥17m，壓載期間海面見少量淺層氣泡。鄰井在鉆井取芯鉆進過程中，800～1280m井段返出有H2S氣體。

（2）該井在明化鎮組1360m附近有斷層，且該斷層斷至地表。

（3）平原組厚400m，地層主要為厚層粘土、散砂及含礫散砂層；明上段上部為厚層狀泥巖與含礫砂巖互層，以淺灰色細砂巖為主。

2　鉆井設計

2.1井身結構

QHD4井身結構如表1所示。

表1　QHD4井身結構

2.2一開井口安裝

開孔領眼鉆進至90～92m井口周圍有微量氣泡，鄰井提示存在有毒有害氣體風險，根據甲方要求一開井口安裝了雙閘板防噴器，如圖1所示。

2.3一開復雜情況

2.3.1鉆遇淺層氣

一開鉆進113～156m，氣全量由基值0.2529%升高至9.4773%，全烴含量0.04%～0.95%，主要成分為甲烷。停鉆循環，待氣全量降低后繼續鉆進，鉆進中嚴格控制機械鉆速。

2.3.2地層漏失

一開鉆進至504m，中完。倒劃眼接立柱時發現漏失，后做了堵漏處理。

一開中完倒劃眼發現井漏，處理井漏總計歷時37h，打入橋塞堵漏鉆井液233m3，堵漏期間液面基本維持在21m左右，停泵靜止觀察，液面無明顯下降。劃眼期間井口無返出，液面無明顯變化，綜合判斷前期堵漏工作無效。現場鉆井液儲備量無法滿足充分循環攜砂的要求，為防沉砂卡鉆，決定起鉆。受船只限制，堵漏材料到現場時間延后。根據井下情況，現場決定下鉆用海水循環劃眼通井到底，掃稠塞，井眼順暢后，墊稠塞起鉆，進行下套管作業。

圖1　一開井口安裝示意圖

2.3.3流砂層憋堵

下套管前下鉆通井，下鉆至430m遇阻，開泵劃眼到底。掃稠塞15m3，泵速200spm，泵壓9MPa，起鉆前墊稠塞70m3，整個過程井口無返出。起鉆后，下套管。下套管結束，小排量開泵頂通即憋壓8MPa，經過多次憋壓泄壓，逐漸建立循環。

QHD4井下套管結束，以10spm小排量頂通即憋壓8MPa，現場經過反復泄壓、循環，建立循環排量100spm，泵壓5MPa。但是重新開泵，泵壓就上升較快?，F場處理17h仍無法建立正常循環。根據通井探沉砂60m情況判斷，分析為流砂堆積憋堵環空。由于整個環空為海水，攜砂能力差，且井下存在淺層氣和井漏等復雜情況，根據井下情況現場決定采用無間斷無膠塞綜合淺層氣固井方案。

3　現場施工

3.1無膠塞固井技術

一開鉆進過程中鉆遇淺層氣，為防止固井候凝期間淺層氣竄出井口，決定環空關井候凝。一開井口安裝有雙閘板防噴器，現場沒有與表層套管相匹配的閘板芯子，現場決定使用大小頭固井。井口套管連接大小頭后，再連接鉆柱，鉆柱下放至防噴器適當位置，使防噴器可以抱住鉆柱，實現環空關井候凝，無膠塞固井井口如圖2所示。

圖2　無膠塞固井示意圖

3.2無間斷固井技術

下套管后開泵循環，流砂堆積堵塞環空，通過小排量開泵然后逐步提高排量能夠實現循環，一旦重新開泵環空則憋堵。因此固井前循環加上整個固井作業要無縫銜接。要始終保證環空有流體在流動[1]。所以要泥漿泵與固井泵配合實現無間斷固井。

（1）鉆柱連接固井水龍帶，固井撬試壓20MPa，穩壓10min。

（2）固井泵用海水小排量0.1m3/min頂通，然后逐步提高排量至1m3/min建立循環，固井泵壓力穩定在4.5MPa。然后固井泵排量降低至0.4m3/min循環，這時倒通泥漿泵至固井水龍帶閘門，泥漿泵開泵20spm，形成固井泵與泥漿泵同時向井內注海水的工況。然后停固井泵，迅速關閉固井泵至固井水龍帶閘門。泥漿泵逐步提高排量至1m3/min，泵壓4MPa，接著泥漿泵掃稠塞10m3，接著泥漿泵替海水40m3，將稠塞替入環空，替海水最后2m3時泥漿泵逐步降低排量至20spm，這時倒通固井泵至固井水龍帶閘門，固井泵逐步提排量至0.4m3/min，實現泥漿泵向井內注海水同時固井泵向井內注淡水的工況。然后停泥漿泵，迅速關閉泥漿泵至固井水龍帶閘門，固井泵逐步提排量至1m3/min，注入前置液淡水6.46m3。

（3）接著固井泵注水泥87m3。注水泥排量0.9m3/min，整個注水泥過程壓力在4.5MPa左右。接著固井泵替尾水淡水2m3，尾水最后的0.5m3排量穩定在0.4m3/min，這時倒通泥漿泵至固井水龍帶閘門，泥漿泵以20spm的排量替海水。然后停固井泵，并迅速關閉固井泵至固井水龍帶閘門。接著逐步提高泥漿泵排量，保持泵壓不超過5MPa，替至17.6m3時，井口有返出，累計替33.98m3，套管內預留3m3水泥漿，防止替空套管鞋。整個替漿過程采用變排量頂替技術，最大排量達到100spm，替漿壓力未超過5MPa。整個循環注替過程密切注意固井泵及泥漿泵壓力，施工壓力未超過5MPa，保證了套管串完好。

（4）由于井下循環時間長，井下回壓凡爾失靈，為減少套管內水泥塞長度，直接關井口旋塞閥，憋壓候凝。

（5）關閘板防噴器候凝，環空關井候凝。防止淺層氣氣竄風險，井口隨時處于可控狀態。

（6）固井注水泥過程中井口無返出，替漿后期有少量返出。為保證井控安全，達到水泥返高設計要求，關井候凝8h后，向環空擠水泥。

3.3防漏固井技術

甲方設計一開固井水泥漿體系使用常規密度水泥漿[2]，全部為尾漿，以保證壓穩淺層氣。根據井下漏失情況，先期注入一定量的稀水泥漿，并在注稀水泥漿過程加入纖維，對井下漏失層實現預堵漏。同時在海水與常規密度水泥漿之間起緩沖作用，防止常規密度水泥漿返出套管鞋后攜帶大量沉砂造成環空憋堵。

4　固井質量

結合固井聲幅圖，對比鉆進過程中的氣測數據，可以判斷出漏失層在淺層氣（144～217m）所在地層位置，如圖3所示。

圖3　固井聲幅圖

5　幾點建議

（1）QHD4井一開鉆遇淺層氣且發生漏失，對固井作業造成困難，查閱淺層氣相關資料，鉆遇淺層氣時常伴隨漏失的情況，而淺層氣壓力釋放后井口氣測值明顯減弱，因此建議壓力釋放后固井作業考慮以防漏為主，防氣竄為輔。

（2）一開井深一般較淺，建議使用內插法固井，同時配套使用低溫早強水泥漿體系。可以縮短固井作業時間，水泥漿快速凝固，防止氣竄發生，控制水泥返高也較直觀。

（3）為防止固井過程中發生漏失，水泥漿體系建議全井使用低密度防氣竄水泥漿體系。

（4）對于淺層氣井，建議注水泥漿前注入足量的防漏隔離液，對薄弱地層預堵漏，防止固井作業過程中發生漏失。

[1]丁保剛.固井技術基礎[M].石油工業出版社，2006：76-77.

[2]張明昌.固井工藝技術[M].中國石化出版社，2006：130-131.

TE256

B

1004-5716（2016）11-0117-03

2016-01-02

2016-01-06

胡晉軍（1985-），男（漢族），山西呂梁人，工程師，現從事海洋石油固井技術及科研工作。