臨興地區淺層氣井鉆固井技術研究與應用

李建，馮雷，和鵬飛，王烊，王濤，李洪磊

1.中海油能源發展股份有限公司 山西分公司（山西 晉中 030600）

2.中海油能源發展股份有限公司 監督中心（天津 塘沽 300452）

由于淺層氣埋深淺，表層較為松軟薄弱，且淺層氣壓力高、壓力變化快，導致在鉆井過程中易發生井噴事故[1]。鄂爾多斯盆地臨興區塊在紫金山構造儲藏著豐富的淺層氣，前期在鉆井過程中出現過多次溢流情況。綜合分析國內淺層氣鉆井開發經驗，總結制訂了一套高效鉆井關鍵技術，在后續12口井的作業過程中得到了應用，效果良好，未出現溢流、井涌和井噴情況，鉆井效率得到大幅提升，鉆井周期逐步縮短。臨興地區淺層氣井高效鉆井關鍵技術成功地解決了淺層氣難題，值得在國內淺層氣開發中推廣應用。

1 臨興區塊淺層氣藏基本情況

1）淺層氣井區位于鄂爾多斯盆地臨興區塊紫金山構造帶北部，整體為北西—南東走向的背斜構造。鄂爾多斯盆地東緣發育中上元古界、下古生界的海相碳酸鹽巖層、上古生界—中生界的濱海相、海陸過渡相及陸相碎屑巖層，新生界僅在局部地區分布。其中中生界紙坊組及和尚溝組為淺層氣井區主要油氣勘探開發層系，氣層孔隙度主要分布在10%～16%之間，滲透率主要分布在（0.6～11.08）×10-3μm3之間。紙坊組在巖性上表現為紫灰、黃綠色長石細砂巖與紫紅、暗紫色砂質泥巖、頁巖組成。和尚溝組在巖性上表現為黃綠、灰綠、灰黃、肉紅色中厚層中細粒長石砂巖，夾灰綠、黃綠、灰黑、灰色砂質泥巖和頁巖組成。

2）根據已鉆井的實測值以及地震資料進行預測，紙坊組及和尚溝組氣層壓力系數分別為1.55和1.33，屬于異常高壓儲層。

3）為了降低開發成本，目前采用井臺規模化作業，由于儲層淺，儲量動用難度大，設計井斜在60°～80°之間。

2 技術難點與對策

2.1 技術難點

1）紙坊組地層壓力1.55 g/cm3，埋深200 m，紙坊組地層壓力1.33 g/cm3，埋深500 m，由于上部壓力高下部壓力低，作業過程中極易出現“上噴下漏”復雜情況。

2）淺層氣地層成巖性較差，可鉆性好，造漿性強，鉆進過程中易發生憋漏現象，一旦鉆進淺層氣井段，鉆井液性能將會受到淺層氣的影響，發生氣侵[2]。

3）上部高壓層埋藏淺，電纜測井和下套管作業井控風險極高，如發生溢流、井涌和井噴，壓井作業難度大。

4）地層松軟、疏松、不成巖，水泥石無法與井壁形成有效膠結[3-7]。淺層氣井固井作業需要全封，井底壓力高，易發生漏失。另因淺層氣井溫度低(40℃左右)，水泥漿稠化時間不易控制，凝固期間易發生水泥漿失重導致氣竄。前期已完成井出現固井質量呈現“糖葫蘆”形狀、環空帶壓等情況，使用環空加壓技術幾乎無效果。

5）淺層氣井井斜在60°～80°之間、鉆井液密度在1.65 g/cm3以上，致使井筒壓差較大，鉆具靜止、電測作業和下套管作業時易發生粘卡。

2.2 技術對策

針對以上開發難點，在總結分析國內淺層氣井開發經驗的基礎上，制訂了一套淺層氣井高效鉆井技術：

1）一開導管封固技術。為防止一開鉆遇氣層不能有效封固，各井臺第一口井采用三開井身結構，一開Φ406.4 mm井眼鉆進至24 m左右下入導管封固上部易漏地層。二開Φ311.15 mm井眼鉆進至氣層以上，進入基巖20 m中完。三開Φ215.9 mm井眼鉆開氣層，鉆進至完鉆井深。如第一口井作業期間在上部未發現氣層，則后續井取消一開作業，優化為二開井身結構，以提高鉆井效率。

2）強封堵高密度鉆井液技術。常規二開井在一開作業期間，采用膨潤土漿作業，密度控制在1.15 g/cm3以上，同時儲備30 m3高密度鉆井液。二開直接用1.65 g/cm3（地層壓力附加0.1 g/cm3）聚合物鉆井液鉆進，同時鉆井液中保持單向壓力封堵劑的濃度以提高地層承壓能力，壓穩地層。

3）隨鉆壓力控制技術。防噴防漏是淺層氣井的工作重點，通過總結國內淺層氣井和高壓井的壓力控制經驗，形成了一套隨鉆壓力控制技術，在大規模的淺層氣井的作業中得到了成功應用。該套隨鉆壓力控制關鍵技術是“控時鉆進、循環排氣、靜止考察、安全窗口”，通過精細化作業實現井筒壓力控制目標。

4）防氣竄水泥漿+管外封隔器固井技術。采用防氣竄水泥漿體系提高對氣層的封固能力，使用低密度水泥漿替代部分前置液以減少對氣層的擾動，稠化時間控制在60 min并加入晶格膨脹劑以降低水泥漿失重時的氣浸影響，水泥漿中加入纖維提高地層的承壓能力，使用管外封隔器放置在上層套管內以解決水泥漿失重而導致的氣體上竄環空帶壓問題。

5）使用鉆后隨鉆測井替代鉆桿傳輸測井，降低井控和粘卡風險。

3 應用效果

3.1 一開導管封固技術

在最近完成的11口淺層氣井的作業使用了一開導管封固技術，在3個井臺的作業中未出現表層套管外冒氣情況，成功解決了該項難題。

3.2 強封堵高密度鉆井液技術

在前期淺層氣井作業過程中出現的易氣浸、易漏失的情況，將鉆井液配方進行優化，增加隨鉆堵漏劑、提高鉆井液密度、增加潤滑劑濃度，形成了強封堵高密度鉆井液技術，經過實驗和應用，效果良好，未出現井漏、井涌、粘卡等復雜情況，但在作業過程中出現鉆井液靜止后稠化、開泵循環發生返漿管線跑冒的現象，需要進一步解決。

配方：清水+4%土粉+0.25%Na0H+0.15%Na2CO3+0.6%CMC-LV+0.3%PAC-LV+0.2%XC+1%植物膠+1.5%瀝青+0.5%多元抑制劑+1%單向壓力封堵劑+2%隨鉆堵漏劑+3%潤滑劑+重晶石。

3.3 隨鉆壓力控制技術

通過應用“控時鉆進、循環排氣、靜止考察、安全窗口”的隨鉆壓力控制技術實現11口井的安全順利作業。具體措施如下：

1）在預測氣層以上30～50 m時開始控制鉆進，控制鉆速在15 m/h。

2）鉆遇氣層立即停止鉆進，循環排氣，待氣全量和返出正常后停泵觀察，確認溢流或漏失情況進而指導調整鉆井液密度。

3）完鉆后通過短起下鉆，確定氣體上竄速度，測算后續作業安全時間窗口。

4）鉆后隨鉆測井和下套管作業根據測算的安全時間窗口進行分段循環，確保作業安全。

3.4 防氣竄水泥漿+管外封隔器固井技術

應用防氣竄水泥漿+管外封隔器固井技術后固井質量達到合格，固井后井口未出現漏氣情況，如圖1。領漿配方：G級水泥+1.5%防氣竄劑+0.6%減阻劑+43%現場水；尾漿配方：G級水泥+1%降失水劑+1.5%流型調變劑+1.5%防氣竄劑+0.5%減阻劑+晶格膨脹劑+纖維+42.5%現場水。

圖1 淺層氣固井質量對比圖

3.5 整體應用效果

臨興區塊淺層氣在鉆井作業過程中總結優化，制訂出了一開導管封固技術、強封堵高密度鉆井液技術、隨鉆壓力控制技術和防氣竄水泥漿+管外封隔器固井技術的高效鉆井技術，成功解決了淺層氣井作業的難題，實現了淺層氣井安全順利作業，確保了淺層氣井井身質量，鉆井作業效率大幅提升，鉆井周期縮短到7 d。

4 結論

1）強封堵高密度鉆井液技術可以提高淺部松軟地層的承壓能力，實現對高壓地層的過平衡控制，結合隨鉆壓力控制技術和一開導管封固技術，通過精細化作業，可以解決淺層氣井易噴易漏的難題。

2）防氣竄水泥漿體系+管外封隔器固井技術通過解決常規前置漿誘發氣層活躍、水泥漿稠化時失重引發氣浸的難題，實現了對淺層氣井筒的良好封固。

3）臨興區塊淺層氣井高效鉆井技術的應用，成功地解決了淺層氣鉆井作業難題，實現了淺層井的安全、優質、高效開發，可以在淺層氣井鉆井作業中進行推廣應用。