大港棗園油田高含水儲層固井技術與應用

李小林，叢謐 (中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第二固井公司，天津 300280)

信婧敏 (中國石油工程項目管理公司天津設計院，天津 300280)

劉文明，閆振峰，凌勇，齊奔 (中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第二固井公司，天津 300280)

隨著油氣鉆探的不斷開展，鉆完井作業面臨著各種復雜工況，對鉆完井固井施工作業提出了更高的要求[1,2]。目前，大港油田主力開發區塊已步入高含水開發階段，存在地層復雜、斷塊碎裂、地層非均質性強且注采強度不均衡等問題，導致原來地層壓力系統遭到破壞[3,4]。棗園油田已鉆井數773口，含油面積11.88km2，采收率20.67%，綜合含水率86.90%。由于長期注水開發，油藏的層間壓力矛盾突出，形成高壓層、低壓層和欠壓層共存的多壓力層系，固井過程中存在井下漏失、油氣水侵和層間竄、管外冒等復雜風險，使提高固井質量工作面臨著極大的挑戰[5～7]。針對這些問題，王東明等[8]借鑒中國石油集團固井技術規范中固井前鉆井液低黏低切的性能要求，提出了井眼準備技術，但未針對大港油田在用鉆井液提出具體的指標要求；黃杰等[9]將硅基鉆井液固井前性能調整指標進行了量化，但采用高成本的纖維防漏防竄水泥漿體系，增加了老油田開發的成本。針對棗園油田儲層高含水這一特性，筆者在完鉆前循環洗井方法、提高井筒承壓能力、鉆井液性能調整、研發低溫早強短候凝防竄水泥漿體系、倒漿柱結構設計等方面展開技術研究，探索適用于棗園油田高含水儲層的固井工藝技術。

1 棗園油田調整井固井技術難點

1.1 存在高壓水竄層

棗園油田構造破碎、斷層多且小，長期的注水開發導致部分區塊形成高壓圈閉，出現不明層位的高壓水層，在固井候凝過程中地層流體易侵入環空，易發生水泥漿竄槽，對水泥環膠結造成不利影響[10]。以棗園油田棗1266斷塊為例(見表1)，棗1266-18井、棗1266-13井、棗1608-10井均發生過水侵，二界面優質率較低，原因是由于固井前未有效壓穩地層，地層流體易向失重狀態中的水泥漿竄流，并以溶解遷移的方式帶走水泥漿液相中的Ca2+、OH-等，破壞水泥漿內部結構，影響水泥膠結強度[11,12]。

表1 棗園油田棗1266斷塊水侵情況

1.2 高壓層、低壓層共存

在長期高壓分層注水開發的作用下，棗園油田地層物性已經發生較大變化，孔一段棗Ⅲ油組、棗Ⅳ油組存在高壓區和泄壓困難井區，鉆井固井施工過程中易發生油氣水侵，需將鉆井液密度提高至1.55g/cm3以上；而孔一段棗Ⅴ油組、孔二段地層膠結疏松、孔滲性大，當鉆井液密度高于1.40g/cm3時極易發生漏失，“上侵下漏”的矛盾異常突出，同一口井在縱向剖面上高壓層、低壓層交互共存，區塊層間壓差突出，且壓力窗口窄，極易發生井漏或油氣水侵等復雜工況。因此，固井過程中壓穩與防漏的矛盾、高滲低壓層水泥漿失水量大的難題，制約了固井質量的提升[13]。

以棗1266-13井為例，該井在鉆至1800m時，鉆井液密度為1.28g/cm3，發生水侵，提高鉆井液密度至1.38g/cm3，電測后通井循環，鉆井液密度由1.38g/cm3降低至1.29g/cm3，出水嚴重；后鉆井液密度提高至1.40g/cm3壓穩水層，提高鉆井液密度至1.42g/cm3發生漏失。

1.3 井段長、間隔小

棗園油田井深在1100～3200m之間，主力產層在1800～2500m之間，油層段較長。為實施油井分層系開采、選擇性射孔以及注水井分層注水等工藝，水泥環要防止主力油層與水層、油水同層、被開發的薄層與老油層等互相竄通，層間有效封隔難度大。圖1為棗園油田棗南斷塊油藏剖面圖。平均含油井段長750m，劃分為44個小層，平均層間間隔僅為3～5m，井段長、間隔小使全井封固段固井難度增大。

1.4 巖性特殊

棗園油田漏失層位以沙河街組生物灰巖、孔店組玄武巖地層為主，這些層位孔洞裂縫發育，膠結疏松，滲透性好，鉆井及固井施工過程中易發生惡性漏失，嚴重制約了固井質量的提升。棗園油田部分漏失井情況見表2，其中棗1281-17井在鉆進至2172m時，鉆遇灰黑色玄武巖，發生井漏，漏速達120m3/h，最終堵漏失敗導致該井報廢。

表2 棗園油田部分漏失井情況

2 主要技術措施

2.1 完鉆前循環洗井

監測油氣上竄速度、全烴含量，根據儲層段鉆井液失水量、密度變化判斷是否發生水竄，以此為依據調整鉆井液密度，確保固井前壓穩地層。完鉆階段靜止觀察4～6h，要求油氣上竄速度小于15m/h，且鉆井液密度變化小于0.02g/cm3，失水量無變化。

2.2 提高井筒承壓能力

由于棗園油田漏失層位厚度較大，采用強穿鉆進技術，配合隨鉆堵漏，強穿漏失層位，再進行承壓堵漏，根據提前預測和模擬壓穩高壓層所需的壓力，改變固井動態當量密度，提高地層承壓能力，保證壓穩地層及固井施工需要[14]。各地層施工建議如下：

1)砂巖地層，采用改性植物纖維(單封)+復合堵漏劑+凝膠纖維(SPA)。

2)特殊巖性(安山巖、玄武巖)地層，采用雷特超強堵漏劑(中粗、細)+雷特隨鉆堵漏劑+酸溶性橋塞堵漏劑(中粗、細)+核桃殼(粗、中粗、細)。

3)惡性漏失(生物灰巖)地層，采用自膠結堵漏、水泥封堵。

2.3 固井前鉆井液性能調整

棗園油田區塊內地層壓力紊亂，水層能量高，壓穩地層是保證固井質量的前提[15～17]。針對棗園油田通常采用防塌鉆井液體系，但鉆井液在井壁上易形成虛厚泥餅而阻礙水泥石與地層間界面的膠結，降低固井質量，降低水泥環的層間封隔能力。所以，固井前需要調整鉆井液性能，調整指標如表3所示。提高pH，強堿能夠拆解井壁上鉆井液的化學結構，提升泥餅質量，為提高二界面固井質量創造了條件；延長強堿與井壁泥餅的接觸時間；降低鉆井液塑性黏度、動切力，提高鉆井液流變性能，改善泥餅質量，降低流動摩阻。

表3 固井前鉆井液性能調整指標

圖2為鉆井液性能調整前后沖洗效果對比，可以看出，調整前(見圖2(a))鉆井液失水量過高，泥餅厚而松散，加入化學劑(硅稀釋劑)調整后(見圖2(b))，提高鉆井液流變性，有利于去除虛泥餅。表4為部分井調整前后固井質量對比，可以看出調整后的固井二界面的優質率都有了大幅度的提升。

表4 鉆井液性能調整前后固井質量對比

2.4 低溫早強短候凝防竄水泥漿體系

水泥漿配方：華銀G級水泥+降失水劑JS-2+膨脹劑YXPZ-1(晶格型)+膨脹劑QJ-625(發氣型)+纖維堵漏劑ALF-1。優選使用發氣型膨脹劑QJ-625與晶格型膨脹劑YXPZ-1，彌補因水泥漿收縮而引起的竄流，提高水泥石膠結密封性[18～20]。由表5可以看出，該水泥漿體系流動性好，失水量小于40mL，40～100Bc時間小于15min，呈現直角稠化。由圖3可以看出，60℃條件下靜膠凝強度的過渡時間為12min，防竄性能好。該水泥漿體系具有早強、低溫下低失水、短候凝、防漏的特點，2種膨脹劑同時配合使用，水泥漿膨脹率高，防竄效果好，對于提高棗園油田高含水儲層固井質量有積極影響。

表5 水泥漿體系綜合性能

2.5 合理漿柱結構

采用“倒漿柱”結構即先注入加重隔離液或重漿，再注入沖洗液，確保沖洗液完全返過水層位置時該位置的漿柱壓力大于水層的壓穩系數，同時使用加重隔離液可以保證速凝水泥漿失重時環空漿柱壓力對油氣層產生的壓力大于通井時鉆井液液柱對油氣層產生的壓力，實現了固井及候凝過程中的壓穩。尾漿失重時井底當量泥漿密度經驗公式為：

ρ1=ρ0+ρ

(1)

式中：ρ1為尾漿失重時井底當量泥漿密度，g/cm3；ρ0為完鉆時鉆井液密度，g/cm3；ρ為附加當量密度，以保證候凝過程中的壓穩，0.05～0.1g/cm3。

以棗1281-11井為例，現場鉆井液密度1.40g/cm3，通過設計合理的漿柱結構，尾漿失重時井底當量泥漿密度為1.47g/cm3，高于鉆井液密度，確保了候凝過程中壓穩油氣層。

2.6 其他配套施工措施

1)油層段每一根套管配一只扶正器，以保證良好的套管居中度，為注替過程中實現紊流頂替，提高頂替效率打好基礎。

2)根據地層物性特點，為減小因過高的激動壓力造成界面交換，采用復合排量頂替：前期采用紊流頂替，環空返速1.0～1.1m/s以上，保證頂替效率；施工后期采用塞流頂替，上返速度小于0.4m/s，以免發生井漏。

3 工程應用

針對棗園油田的固井難點分析可知，起決定性作用的是固井前完全壓穩的問題。以棗1281-13井為例，該井鉆進至2027、2131m時分別發生井漏，共漏失鉆井液210m3。針對該井工況制定技術措施：完鉆鉆井液密度為1.35g/cm3，測得后效4m/h，固井調整鉆井液性能流型指數為0.74，pH為11，循環洗井3周，保持進出口鉆井液密度不變。采用倒漿柱設計重漿(1.63g/cm3)+沖洗液(1.00g/cm3)+水泥漿(1.90g/cm3)，尾漿失重時井底當量泥漿密度為1.40g/cm3。為避免固井施工過程中漏失風險，在重漿和水泥漿中加入纖維堵漏劑。現場水泥漿體系為低溫早強短候凝防竄水泥漿體系(G級水泥+JS-2+QJ-625+YXPZ-1)，現場單車注灰，排量控制在1.0m3/min以上，施工順利，24h測聲幅質量，二界面優質率89.39%。該項技術現場應用7口井(見表6)，固井質量均為優質。

表6 低溫早強短候凝防竄水泥漿體系工程應用效果

4 結論

1)根據儲層段進出口鉆井液密度和失水量變化判斷是否發生水竄，根據不同漏失巖性，選擇不同堵漏措施，做好固井前井眼準備工作。

2)調整固井前鉆井液性能，利用強堿性拆解井壁上鉆井液化學結構，加入化學稀釋劑，提高鉆井液流變性，能夠較好地清除井壁虛泥餅，為提高二界面膠結質量提供了條件。

3)選擇具有早強、短候凝、防竄、低失水特點的水泥漿體系是提高高含水儲層固井質量的重要保障。

4)通過合理設計漿柱結構使尾漿失重時井底當量密度高于鉆井液密度0.05～0.1g/cm3，確保候凝過程中壓穩地層流體。