RPN-0085復雜地層高壓氣井固井技術

劉振通 莊建山 郭文猛 宋元洪 習勝利 和建勇

渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司

RPN-0085井是委內瑞拉ANACO油氣田 EL ROBLE 區(qū)塊上的一口氣井。三開?311.2 mm鉆頭鉆至井深3 127.74 m中期完鉆，油基鉆井液體系，鉆井液密度1.51 g/cm3；?244.5 mm技術套管封固OFICINA地層的MORENO—COLORADO層段的多套高壓氣層和漏失層，鉆井過程多次發(fā)生嚴重氣侵和井漏等復雜情況，屬于又溢又漏、窄安全密度窗口復雜高壓氣井。

1 工程概況

1.1 井身結構

一開?660.4 mm井眼，下入?508 mm表層套管228.60 m，水泥漿返至地面；二開?444.5 mm井眼，下入?339.7 mm技術套管1 098.47 m，水泥封至地面；三開?311.2 mm井眼，下入?244.5 mm技術套管至3127.13 m，水泥漿返至上層套管重疊段300 m；四開?215.9 mm井眼，設計3 622.24 m井深完鉆，下入?177.8 mm尾管完井。

1.2 地質概況及鉆井液體系

三開?244.5 mm技術套管，封固OFICINA地層的 MORENO—COLORADO 層段 1、2、3套砂礫巖、砂巖油氣層和漏失層，砂礫和砂巖地層累計厚度1 946.03 m；油基鉆井液密度1.51 g/cm3；井底靜止溫度132 ℃。

1.3 井下復雜情況

1.3.1 多漏失層與堵漏 三開鉆遇1 109.75 m、1 128.05 m、1 165.85 m、1 501.22 m、2 541.16 m、2853.65 m、2 896.04 m、2 987.81 m和3 079.27 m等多套漏失層位。其中1 109.75～2 896.04 mm多點發(fā)生失返性漏失，采用可酸化溶解材料堵漏；2987.81 m、 3 079.27 m兩個漏層，共計漏失鉆井液149.92 m3，采用鉆井液+橋堵材料堵漏，完成三開進尺。

1.3.2 多氣層與壓穩(wěn) 三開鉆遇1 146.34 m、1 844.51 m、1 993.9 m、2 966.46 m、3 113.11 m、3 125.61 m 等多套氣層，鉆進過程中多次發(fā)生嚴重氣侵，出現(xiàn)溢流。其中井深3 125.61 m，鉆井液密度1.44 g/cm3發(fā)生氣侵溢流，循環(huán)壓井節(jié)流排氣，調整鉆井液密度至1.46 g/cm3，井下基本平衡。

1.3.3 窄安全密度窗口 完鉆鉆井液密度調整至1.48 g/cm3，下入?244.5 mm技術套管至井底，開泵循環(huán)發(fā)生嚴重氣侵，出現(xiàn)溢流，以0.6 m3/min低排量壓井，節(jié)流循環(huán)13周，鉆井液密度逐步提高至1.51 g/cm3，井下溢流現(xiàn)象消除，但出現(xiàn)井漏征兆，形成又溢又漏的復雜井下狀況。

2 技術難點

2.1 井漏與封固段長的矛盾

地層承壓能力低，漏點多，鉆井過程中多次嚴重井漏。特別是下套管到底后，循環(huán)壓井過程中，井下出現(xiàn)漏失現(xiàn)象。同時，由于水泥漿封固段長，固井施工的動液柱壓力高于鉆井液循環(huán)壓力，施工存在井下漏失風險。

2.2 壓力窗口窄與壓穩(wěn)和防漏矛盾

自上而下分布多套氣層，地層孔隙壓力高、油氣活躍，環(huán)空水泥漿失重期間，易發(fā)生氣竄；壓力窗口窄，固井過程中一旦發(fā)生井漏，不僅影響固井質量，且有可能誘發(fā)井噴。

2.3 油基鉆井液影響水泥膠結

油基鉆井液條件下固井，井壁虛濾餅和套管管壁清洗不干凈，井壁油基濾餅不能完全實現(xiàn)親油性向親水性的濕潤反轉，影響一、二界面膠結質量。

2.4 頂替效率對固井質量的影響

1.5 g/cm3水泥領漿與1.51 g/cm3的鉆井液及1.55 g/cm3的加重隔離液形成負密度差，不能發(fā)揮液體間密度差的浮力效應，頂替效率低，環(huán)空易發(fā)生混竄；?244.5 mm套管環(huán)空間隙大，且地層漏失，固井不宜采用大排量作業(yè)，頂替效率低；不規(guī)則井段油基鉆井液難以驅替干凈，環(huán)空易滯留油基鉆井液條帶，形成氣竄通道，影響環(huán)空封固質量。

3 固井技術措施

3.1 提高套管居中度

水泥尾漿封固段及上部主要氣層段，每1根套管安放扶正器1只，并用固定環(huán)鎖定扶正器位置；其他裸眼井段每3根套管安放扶正器1只；套管重疊封固段每5根套管安放扶正器1只，全井加放彈性扶正器70只，確保油氣層段套管居中度≥75%，為提高頂替效率創(chuàng)造條件。

3.2 優(yōu)化前置液設計

由于地層壓力高，油氣活躍、安全密度窗口窄，固井不易使用以柴油為基液的低密度油基沖洗液。因此，設計密度1.55 g/cm3硅粉加重沖洗型隔離液（濃度55%），密度1.26 g/cm3的硅酸鈉水溶液 + 密度1.55 g/cm3硅粉加重沖洗型隔離液的復合功能型固井前置液體系。

高濃度硅酸鈉水溶液能與地層中的鈣、鎂等離子化學反應迅速絮凝沉淀，對漏層孔隙喉道產(chǎn)生膠凝堵漏作用；硅酸鈉水溶液對油污具有較強的清洗效果，且對套管有較好的防腐保護作用；硅酸鈉對氧化物具有活化作用，吸附在套管壁和井壁上的硅酸鈉，能夠促進水泥的強度發(fā)展。因此，硅酸鈉溶液應用到復雜井固井前置液中，能夠發(fā)揮良好的防漏堵漏、提高環(huán)空兩壁清潔效果、增強水泥界面膠結強度的作用［1］。

硅粉加重的固井隔離液在環(huán)空上返過程中，堅硬的硅砂顆粒對井壁油基濾餅產(chǎn)生較強的沖刷、刮洗作用，配合BCS-010L油污清洗表面活性劑，能夠提高對井壁油基濾餅的沖洗凈化效果。

3.3 合理選擇環(huán)空返速

該井平均井徑315mm，注替排量 9.3 L/s，環(huán)空上返速度 0.32 m/s，降低作業(yè)井漏風險；增加隔離液用量，與井壁接觸時間≥15 min，55%濃度硅酸鈉水溶液與地層接觸時間≥5 min；利用塞流的平推作用，提高環(huán)空頂替效率。

3.4 優(yōu)化防竄水泥漿體系

使用雙凝雙密度的機體抗侵防氣竄水泥漿體系，領漿密度1.50 g/cm3，尾漿密度1.87 g/cm3，控制水泥漿48～240 Pa靜膠凝強度發(fā)展時間＜20 min，水泥漿防竄系數(shù)SPN＜3。

3.5 選擇雙塞工具防止污染

注隔離液前投放中空下膠塞，注水泥漿結束壓入碰壓上膠塞。利用上下雙膠塞有效隔離固井液與鉆井液，刮削套管內壁鉆井液，預防管內水泥漿與鉆井液及隔離液的混竄，減少水泥漿污染，提高頂替效率，確保固井施工安全。

3.6 施工后的預防措施

如果固井施工中發(fā)生嚴重井漏，井口環(huán)空看不到鉆井液液面情況下，為了保證環(huán)空有效液柱壓力，替漿結束，立即向套管外環(huán)空連續(xù)灌注密度1.87 g/cm3防氣竄水泥漿，直至水泥領漿稠化，以防因環(huán)空液面下降、液柱壓力失衡導致氣竄或井噴事故發(fā)生；井下無漏情況下，施工結束關閉井口環(huán)空候凝。

4 固井液體系

4.1 固井前置液配方

加重隔離液：淡水+0.6%GW-4懸浮劑+3%BCS-010L沖洗劑+1%BCS-021L稀釋劑 + 0.2%G603消泡劑，硅粉加重至密度1.55 g/cm3。

硅酸鈉水溶液：淡水+55%硅酸鈉，密度1.26 g/cm3。性能見表1。

表1 前置液流變性Table 1 Rheological property of prepad fluid

4.2 水泥漿配方

水泥領漿：G級油井水泥+25% 硅粉+3% 微硅+52% BXE-600S減輕劑+5%BXF-200L降濾失劑+4.5%BCG-200L 防氣竄劑+1.2%BCR-260L 中高溫緩凝劑+1%G-603消泡劑。

水泥尾漿：G級油井水泥+30%硅粉+7%微硅 +CF40S分散劑+4.2%BXF-200L+1.7%BCG-200L+0.55%BCR-260L +0.1%G-603。性能見表2、表3。

表2 水泥漿性能Table 2 Performance of cement slurry

表3 水泥漿流變性Table 3 Rheological property of cement slurry

表2中T為超聲波強度與靜膠凝強度UCA &SGSM測量儀實測水泥漿48 Pa升至240 Pa的靜膠凝強度發(fā)展時間。

式中，SPN為水泥漿防竄系數(shù)；B為水泥漿API失水量，mL；t100Bc、t30Bc分別為水泥漿稠度 100 Bc和 30 Bc 時間，min。

4.3 固井液性能評價

4.3.1 固井前置液 依據(jù)表1中的前置液性能分析，固井隔離液密度、塑性黏度均大于鉆井液，因此，隔離液對井下油基鉆井液能夠產(chǎn)生密度差的浮力效應和黏度差的拖曳效果；按施工設計排量 9.3 L/s，加重隔離液量9.6 m3計算，隔離液與井壁接觸時間長達 17 min，能夠對井下鉆井液發(fā)揮較好的沖刷、置換和隔離作用；55%硅酸鈉水溶液設計量3.2 m3，與井壁接觸時間接近6 min，對井下漏層能夠發(fā)揮有效的防漏、堵漏作用，對井壁和套管壁油污能夠發(fā)揮良好清洗作用，吸附在兩壁上的硅酸鈉薄膜，能夠促進水泥界面膠結強度發(fā)展，提高封固質量。

4.3.2 機體抗侵水泥漿體系 漿體性能具有較強的抵抗地層流體侵入能力。水泥漿防氣竄性能評價標準：當SPN≤3時防氣竄性能好，當3＜SPN＜6時防氣竄性能一般，當SPN＞6時防氣竄性能差；一般氣井T≤30 min，高壓氣井T≤20 min。從表2中分析可以看出，該水泥漿體系具有低失水、直角稠化和優(yōu)良的SPN防氣竄性能系數(shù)；具有迅速渡過氣竄風險區(qū)間，超短靜膠凝強度過度期，能夠滿足該復雜井阻止氣竄的水泥漿性能要求。

5 固井施工參數(shù)及質量評價

地面管匯試壓21 MPa；釋放套管下膠塞；注入1.55 g/cm3加重隔離液 4.8 m3，濃度55%、 1.26 g/cm3硅酸鈉水溶液 3.2 m3，1.55 g/cm3沖洗型加重隔離液 4.8 m3；注入 1.50 g/cm3水泥領漿 64 m3，1.87 g/cm3水泥尾漿 6 m3；釋放套管上膠塞，壓膠塞 0.8 m3；頂替1.50 g/cm3鉆井液 115 m3。施工注、替排量0.55～0.5 m3/min；施工過程中漏失鉆井液 7 m3，隨著硅酸鈉前置液進入環(huán)空，漏失現(xiàn)象逐漸消失。固井施工結束，立即關閉井口環(huán)空候凝。

固井質量檢測水泥漿上返至設計高度，封固質量優(yōu)質，滿足氣井封固質量要求。

6 結論

（1）硅酸鈉固井前置液和低排量施工可有效預防井下漏失，提高頂替效率，改善固井水泥界面的膠結質量。

（2）油氣活躍的窄安全密度窗口氣井，油基鉆井液體系下，固井采用沖洗型硅粉加重隔離液，既可保證井下液柱壓力平衡，也能有效改善井壁界面條件。

（3） 窄密度窗口氣井固井，在保證施工連續(xù)前提下，選用短稠化、短靜膠凝強度風險過渡期的雙凝雙密度機體抗侵水泥漿體系，利于發(fā)揮防氣竄作用。

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