大跨度易竄井固井技術及現場應用

尹江瓊，朱 明，劉 勇，宋士祥，馬 躍

(1.中石化西南石油工程有限公司 臨盤鉆井分公司，山東 德州 251500；2.中油管道檢測技術有限責任公司，河北 廊坊 065000；3.東北石油管道有限公司，遼寧 沈陽 110031)

商河油田商25區塊地質構造極為復雜，斷層密布，落差懸殊，且斷塊之間規律性極差，構造甚為復雜。區塊儲層主要為沙一、沙二砂巖(存在火成巖)；多數儲集層成巖性差、欠壓實、膠結疏松，屬中高孔中高滲儲集層；巖石孔隙度在21.6%～44.1%，滲透率在0.02～5 μm2[1]。該地區調整井由于多年注水開發，月注采比在1.13以上，累積注采比在2.37以上。地層壓力異常復雜，部分區塊井底極易漏失；區塊油層多，非均質嚴重，層間、平面及層內矛盾非常突出，縱向上單層有效厚度范圍在0.2～10 m；高滲透油層與低滲透油層、厚油層與薄油層交互分布；厚油層以正韻律和多段韻律油層為主，在平面上相變頻繁而劇烈，非均質性嚴重。普通水泥漿體系由于自身密度大、強度發育緩慢和失水量大等缺點，同時普通固井工藝無法解決商25區塊調整井的漏失問題，導致普通水泥漿體系及工藝已經無法達到商25區塊調整井的固井質量要求，嚴重制約了商河油田勘探開發和經濟效益的進一步提升[2]。為了提高商25區塊調整井固井質量，逐步提高商河油田采收率和經濟效益，并為商河油田的長期穩產給予技術支撐，有必要開展適用于商25區塊調整井固井技術需求的固井液體系及其配套工藝。

1 商25區塊調整井防竄固井技術

商25區塊調整井固井技術研究分為兩個方面，一方面是研制滿足適用于商25區塊的梯度多凝水泥漿體系，重點是研究適用于商25區塊特殊地層條件的低密度水泥漿體系，解決因水泥在凝結過程中因失重所造成的油氣竄槽；另一方面是調整固井工藝技術，應用特殊固井工具和配套施工措施提高頂替效率，在提高高滲低壓層固井質量的同時，兼顧常壓層、高壓層的固井質量。

1.1 梯度多凝水泥漿技術

商25區塊調整井防竄水泥漿有以下要求：1)密度要與地層抗壓性能相吻合，在避免井漏的前提下，有效壓穩高壓層段；2)稠化時間形成梯度，滿足在高溫高壓地層條件下具備較長泵送時間；3)具備較好早期強度，確保頂部水泥漿柱早期強度較高；4)具有良好流變性，以適應井徑不規則井筒施工；5)嚴格控制濾失量，普通層段控制在150 mL以內，特殊地層控制在50 mL以內，避免水泥漿對油氣儲層的污染，確保油氣井產量；6)因地層流體活躍，在滿足施工條件下，盡可能縮短稠化時間，防止油氣水竄，保證固井質量。

梯度多凝水泥漿技術通過將水泥漿稠化時間從固定值轉變為變化的梯度值，利用稠化時間的差值，有效解決由于發生地層失穩現象而造成油氣上竄的技術難題；低密度、超低密度和常規密度水泥漿體系構成了具有密度梯度的復合體系，顯著降低施工作業壓力，防止對欠壓層的破壞；嚴格控制水泥漿濾失量，避免水泥漿對油氣儲層造成的污染，確保油氣井的產量；水泥封固頂部采用超量加重隔離液，防止上部套管破損井段因注水造成水泥漿凝結過程中侵入，造成固井后溢流或井口帶氣[3]。

第一段領漿(油頂～地面)為緩凝段，采用自行設計的密度為1.30 g/cm3低密度水泥漿固井；第二段中漿(重點封固段以上100 m～油頂)為緩凝段，采用密度為1.80～1.85 g/cm3的常規水泥漿固井；第三段尾漿(井底～重點封固段以上100 m)為速凝段，采用密度為1.90～1.95 g/cm3常規水泥漿，各段水泥漿的性能指標見表1及圖1所示。

表1 多凝梯度水泥漿體系的性能評價

1.2 前置液防污染技術

前置液是在注入水泥漿前注入的一段或幾段能夠與水泥漿和鉆井液相容的液體，它起到充分清洗套管壁，提高界面膠結質量，提升水泥漿對鉆井液頂替效率等作用。前置液作用決定了其應該符合牛頓型流體粘度，同時密度較低，具備一定的浸透和懸浮井壁疏松而較厚的濾餅，降低粘土顆粒間的連接強度，降低濾餅剝落難度，以及一定分散和稀釋鉆井液的能力[4-5]。

通過多次室內實驗和現場試驗，研制成一套適用于臨盤地區注采井淡水鉆井液的前置液。其基本方法是，運用20～25 m3密度1.05～1.08 g/cm3的先導漿改善鉆井液的流變性能和降粘切性能，然后在注水泥漿前利用6～8 m3沖洗液沖刷井壁表面的虛泥餅，6～8 m3加重隔離液，共同構成水泥漿前置液。沖洗液配方為：淡水+5%分散劑+5%稀釋劑+5%降失劑，其技術指標見表2。

表2 沖洗液技術參數

要確保鉆井液、隔離液和水泥漿三者間合理的密度差，防止因密度相近混漿嚴重，造成水泥漿和鉆井液之間直接接觸發生接觸污染，影響頂替效率和施工安全。隔離液采用礦渣加重，相比重晶石，礦渣粒徑更小，密度更低，固相相對含量更高，增強了隔離液的懸浮性和沉降穩定性，具有良好的浮力效應及拖曳力，加強了頂替效果，從而防止水泥漿的接觸污染和鉆井液的絮凝稠化。加重隔離液配方為：淡水+1.5%降濾失劑DHG302-1+1.0%減阻劑USZ+礦渣。

沖洗液體系在臨盤地區固井170口，混漿段長由平均段長213 m降至55 m，固井優質率93.2%，二界面固井優質率提高7%。事實證明，本沖洗液體系能有效地對井壁和套管壁進行物理沖刷和化學沖刷，清除殘留鉆井液和虛泥餅，并具備良好的流變性，其塑性粘度、屈服值、流性指數和稠度系數均能滿足在較低排量下達到紊流狀態，實現隔離、引導和改善水泥漿的效果，提高頂替效率。

1.3 提高頂替效率技術

1)保證套管居中度。套管居中是提高頂替效率的前提[6]，套管扶正器是保證套管居中的有效手段，針對臨盤地區注水井全封封固段長的特點，制定了扶正器的加放原則，保持環空流動區域的均勻性。油層段每一根套管加一個限位彈性扶正器，油層段以上封固井段每兩根套管加一個限位彈性扶正器，在井徑大且不規則處每一根套管加一個限位彈性扶正器，保證套管居中，提高頂替效率，形成均勻水泥環[7]。

2)采用復合頂替技術。前置液在紊流流態下，不僅具有斷面流速均勻分布的優勢，同時產生的漩渦具有攜帶、沖蝕和擾動作用，對于窄間隙內鉆井液具有較好的頂替效果[8-10]。臨盤地區調整井固井主要具有井眼不規則、全井封固和“糖葫蘆”井眼等特征，因此應充分利用前置液的紊流流態作用，在接觸時間充分的條件下，根據固井施工泵壓變化隨時調整頂替排量，來控制水泥漿在不規則井眼段的上返速度，實現高返速+低返速的復合頂替技術，提高固井頂替效率。

3)管內重漿頂替技術。由于調整井全封鉆遇油氣層位多，封固段長，在固井施工中管內外壓差高，施工泵壓高。為保證施工安全，應減小管內外壓差，降低頂替泵壓，采用管內重漿頂替技術。

1.4 漿量設計

為滿足快速生產需要，鉆開上部地層的過程中通常采取高泵壓、大排量噴射鉆進技術，容易在上部地層形成開放式井眼，部分井段井徑甚至超出了井徑測量儀器范圍。若根據電測井徑曲線圖，通過手工取值來進行水泥漿量設計會出現較大誤差；若利用井眼平均井徑通過相互累加計算，會忽略小段井徑擴大的影響，直接關系到水泥漿是否能返至地面[11]。因此，通過多次室內推算和實際分析，總結出一套準確計算方法。首先確定井徑曲線誤差大小，對實際上層套管內徑數據與本次電測井徑數據進行對比分析，若前后數據相等，則按經驗公式附加相應水泥漿量，若前后數據有差距，則在附加水泥漿量上要有所區分；其次，縮小取值段長，如此計算出來的環空容積，更加貼近實際的井筒容積；最后，針對不同的井眼及鉆進狀況，附加相應的水泥漿量。

2 現場應用

2.1 水泥漿設計

臨41-斜123井設計為生產井，要求全井封固，重點封固井段為1 400～1 800 m段和2 500～2 776 m 段。臨41-斜123井井身結構數據如表3所示。

表3 臨41-斜123井井身結構數據

采用一級固井方式，用三段三凝水泥漿體系，800～1 200 m段采用自行研發的密度為1.30 g/cm3水泥漿；1 200～1 400 m段采用密度1.80 g/cm3水泥漿；1400 m～井底段采用密度1.90 g/cm3水泥漿。

2.2 前置液設計

為了提高水泥漿頂替鉆井液的效率，改善水泥環質量，首先必須采用合理的前置液，且和鉆井液及水泥漿具有良好的相溶性。前置液的配方：淡水+3%降濾失劑DHG302-1+3%減阻劑USZ+重晶石。為有效沖洗井壁及驅替鉆井液，在注前置液前注入一段輕漿，起到清除井壁虛泥餅及驅替大井眼處窩存的泥漿，提高頂替效率，同時可以降低管內外壓差。前置液與鉆井液及水泥漿間的相溶性實驗結果如表4 所示。

由表4可知，前置液與鉆井液及水泥漿之間具有良好的相溶性，能夠起到提高頂替效率、清除井壁虛泥餅和驅替大井眼處殘存泥漿的作用，并有效降低套管內外壓差。

2.3 管串結構設計

管串結構：浮鞋+套管+阻流環+套管串+聯頂節。

根據井徑、井斜情況運用西南石油大學的固井軟件優化扶正器安放位置，提高套管居中度；下入4只旋流發生器，2只剛性扶正器，刮除井壁虛泥餅，提高二界面膠結質量；下入3只管外封隔器，封隔下部油氣水層。扶正器安放位置及數量見表5。

2.4 工藝流程

施工工藝流程：注輕漿18 m3+1.02 g/cm3沖洗液10 m3+加重隔離液10 m3+1.30 g/cm3領漿10 m3+1.80 g/cm3中間漿6 m3+1.90 g/cm3尾漿39 m3+膠塞液4 m3+井漿10 m3+重漿16 m3+清水3.0 m3，碰壓18 MPa，施工正常，敞壓候凝，水泥漿成功返出地面。

表5 扶正器安放位置及數量

2.5 固井質量檢測

臨41-斜123井測井結果和測井評價分別見圖2和表6。

由圖2、表6可知，臨41-斜123井油層套管固井質量優質，重點封固井段測井解釋優質，這說明自行研發的低密度水泥漿體系現場性能優良，調整井防竄固井技術效果明顯，實現了商25區塊調整井固井防竄的目的。

表6 臨41-斜123井測井評價

3 結論

1)商25區塊調整井防竄固井技術主要由梯度多凝水泥漿技術、前置液防污染技術、提高頂替效率技術和漿量設計等工藝組成。

2)現場試驗表明，針對商25區塊調整井固井需求研發的低密度水泥漿體系和防竄固井技術效果明顯，解決了商25區塊調整井固井防竄的問題。

3)通過開展商25區塊調整井固井技術的研究，初步形成一套具有較強理論基礎和實踐指導意義的調整井防竄固井工藝技術與配套措施，為臨盤地區的固井作業奠定較好的理論和實踐基礎，逐步提高臨盤地區的油田采收率和開發水平。