頁巖氣井長水平段漏失下的固井工藝技術研究

張凱

摘 要：針對A區塊頁巖氣井長水平段井漏頻繁，類型多樣等問題，研究了一系列井眼準備技術、沖洗隔離液密封封堵技術、管外料漿柱結構優化技術等相關技術的實施，較好的提高了固井質量。

關鍵詞：頁巖氣;鉆井;水平井;漏失;固井質量

頁巖氣是近年油氣勘探開發的一個熱點，但頁巖氣生產后期需要大規模壓裂，以防止后期套管附件的潛在風險。固井應采用單級固井工藝，而不是雙級和尾管固井工藝。漏失影響難以保障水泥漿上返高度，以四川盆地A區塊為例，該區產層為五峰組、龍馬溪組，頁巖層理發育，構造裂縫發育，地層松散，滲漏點多，滲漏情況復雜等，優化固井技術，對該區塊頁巖氣開發有重要意義。

1 A區塊鉆井漏失情況

1.1 斷層--裂縫漏失

A 區塊地層裂縫發育，主要以水平、垂直裂縫為主，少量斜交縫。靠近斷層位置的地層裂縫發育程度高于其他位置，裂縫起初在應力作用下處于閉合狀態，由于井眼形成及井內流體壓力影響，應力平衡環境被破壞，井周地層微裂縫開啟，造成鉆進中突然出現漏失甚至失返性漏失。

1.2 堵漏措施不利

現在三開鉆井采用的是油基鉆井液鉆進。在鉆井的過程中因裂縫大，泄漏速度快，很難進行封堵。鉆進過程中所形成的濾餅不致密，不能滿足堵塞微裂縫的要求，堵漏的材料不能留在裂縫中。只有通過減小驅替量，減小循環壓力損失和泥漿的密度，在泥漿中添加細顆粒，才能在鉆井時堵漏，增強鉆井時的堵漏能力。

2 固井難點

①地層承載力較低，常規密度水泥漿無法進行封堵，甚至部分井使用低密度情況下在替漿后期也出現漏失，造成水泥漿返高達不到要求;②水平段長，隨著開發水平段長度由最初1000-1200m 逐漸增到1300-1500m，甚至更長;垂向深度加深，井底壓力增大，長井段大排量循環會導致泵壓過高，壓漏層風險增大;③頂替效率不易提高。因漏失導致循環排量提升空間有限，固井施工以循環排量為基準，低返速下頂替效率低下制約固井質量;④封堵過程中，油基鉆井液經處理之后，固含量增加，粘度增加，動切力增大，鉆井液性能的改變造成沖洗液難以實現對油基鉆井液的沖洗，沖洗的效果不容易得到保證;⑤對水泥漿性能要求也較高，低密度要求良好沉降穩定性。根據固井施工質量結果統計，凝結過程中，低密度水泥漿在環空沉降處的固井間隔較差，約為200-400m;⑥后期壓裂要求水泥石有良好彈性、韌性及膠合強度;⑦套管向下運行時，受扶正器摩擦和激振壓力影響，井底已堵漏完成井段極易再次泄漏;⑧由于存在泄漏，地層壓穩難度很大，會增加極大返壓風險，固井后可能重新出現地層壓漏風險。

3 固井技術優化措施

3.1 地層承壓能力的提升

對于堵漏成功的井，為了給固井提供依據，采用動靜壓法提高了固井前地層的承載力。通過鉆井液密度計算失穩前后的失穩壓力。大位移的循環是基于固井施工計算的環空返流速度，計算泄漏量和泄漏率。

3.2 針對固井前鉆井液的處理

為了防止漏失，在下套管時，原有的泥漿性能保持不變。下套管完畢后逐步篩除鉆井液中堵漏材料，并調整鉆井液性能，降低其粘度更易實現沖洗液的紊流沖洗和頂替;適當降低密度，進一步減小環空壓力。

3.3 合理的管串結構

井底存在斷層--裂縫漏失的井，由于漏失只存在于井底，采用封隔器封堵井底后固井的方法能有效避開漏失層段。管串結構：浮鞋+短套一根+封隔器+套管一根+分級箍+套管一根+浮箍+套管一根+浮箍+套管串。

3.4 預堵漏措施

鉆進中出現漏失后期堵漏成功的井，沖洗干凈出現漏失和沖洗不干凈固井質量不好相矛盾。為此，在先導鉆井液、沖洗隔離液和水泥漿領漿中加入不同堵漏材料能封堵由于下套管和循環時打開的漏失通道，減小漏失風險。

3.5 理設計水泥漿返高

依據泄漏情況來合理計算出水泥漿的返高高度。并且在更換鉆井液后，應使用低于鉆井液密度的沖洗液沖洗更換鉆井液，以一次降低環空液柱壓力，減少甚至避免漏失。

3.6 優選水泥漿體系

為了減小水泥漿液柱壓力，對水泥漿體系進行優選，目前能使用1.40-1.60g/cm3水泥漿體系實現環空重疊段的封固。該體系以天然漂珠、人造空心微珠等固體減輕材料作為減輕劑，添加不同粒徑大小的充填增強材料，增強水泥石的致密性，同時改善物料表面特質，減少顆粒間充填水和表面的潤滑水。為了降低水泥漿柱的壓力，對于水泥漿的體系進行全面優化。目前能使用1.40-1.60g/cm3水泥漿體系對重疊環空段進行密封。該體系以天然漂珠、人造空心微珠等固體減重材料當作減輕劑。添加不同粒徑大小的充填增強材料，提高水泥石的密實度，同時改善物料表面特質，減少表面潤滑水與顆粒間填充水。

3.7 合理安裝扶正器

現場采用剛性扶正器、欠尺寸剛性扶正器、滾輪扶正器、整體彈性扶正器、樹脂旋流扶正器等多種扶正器的搭配使用，不但保證了套管的居中度，還在一定程度上減小了下套管摩阻。

3.8 合理附加水泥漿量

研究區產層漏失層對壓力高度敏感，固井時壓差1-2MPa就會導致出現替漿后期漏失。在固井中加入水泥漿引起的壓力增大，增加了泄漏風險。

3.9 合理的施工排量

紊流頂替效率最高，其次是塞流，層流效率最低。因此，應用紊流--塞流復合置換技術比較符合。當井下條件允許時，采用紊流施工，替漿后期降低排量可減少水泥車塞流量更換的排量。塞流驅替能有效提高水泥漿驅替效果，并大大降低對地層的附加壓力，降低漏失風險。