南海樂東區塊高溫高壓窄壓力窗口尾管固井技術及應用

羅東輝(中海油服油田化學事業部，廣東 湛江 524057)

0 引言

樂東10-1構造位于鶯歌海盆地凹陷斜坡帶，儲層為水道沉積，蘊含豐富的天然氣。由于樂東10-1區塊靜止溫度167 ℃、壓力系數2.29、壓力窗口僅0.05，且地質條件復雜，存在的薄弱層容易產生漏失，給該區塊安全勘探與開發帶來了巨大挑戰。對于如何采用綜合技術措施提高固井質量，防止環空氣竄研究不多，如何保證此類氣井安全固井還沒有成熟技術。為此，如何解決南海鶯歌海盆地樂東10-1區塊“高溫、高壓、窄壓力窗口”氣井固井質量問題已經成為氣田勘探開發的技術瓶頸 。

1 樂東區塊高溫高壓氣井主要固井技術難題

南海鶯歌海盆地樂東10-1區塊高溫高壓氣井固井受到的影響因素眾多，技術難度大、風險大，主要包括：(1)封固高壓氣層，氣竄風險高；氣層壓力高，固井后易發生環空氣竄。由于氣體可壓縮，易膨脹，控制難度大，固井后如何防止環空氣竄是所有氣井必須要解決的技術難題。樂東區塊在探井作業期間鉆遇的最高地層壓力系數達2.29 g/cm3，屬于固井后環空氣竄高危險井，控制環空氣竄和提高固井質量難度大。(2)地層壓力系統復雜，異常高壓和薄弱地層交替存在，井漏風險大。樂東10-1區塊成藏模式為“烴源流體超壓驅動、底辟微裂縫輸導、重力流水道儲集、厚層淺海高壓泥巖封蓋、天然氣上傾尖滅式成藏”。地層縱向的壓力梯度變化很大(壓力系數為2.05～2.30 g/cm3)。在鉆遇高壓氣層的井眼內，同時存在薄弱層甚至裂縫型的漏失層，要壓穩高壓氣層，就有壓漏薄弱層的危險，鉆井液密度安全窗口窄，壓穩和防漏矛盾十分突出。(3)高壓滲透性地層泥餅韌厚、致密難清除，泥漿竄槽或環空微間隙造成水泥環與套管、井壁界面膠結質量差，導致環空氣竄風險。(4)高密度鉆井液頂替難度大。南海鶯歌海盆地樂東10-1區塊層壓力高，需要采用高密度鉆井液平衡氣層壓力，高密度鉆井液黏度高、切力大，造成流動摩阻大，頂替難度大，同時，由于鉆井液安全密度窗口窄，無法采用常規的提高水泥漿頂替效率技術措施，水泥漿膠結質量難以保證。

2 樂東區塊高溫高壓氣井主要固井技術

2.1 新型CoCEM防氣竄水泥漿技術

2.1.1 新型CoCEM防氣竄水泥漿設計原理與配方組成

南海西部鶯歌海域由于存在高溫、高壓、壓力窗口窄以及地質條件復雜等特點，優選了以防竄型多功能降失水劑為主的新型CoCEM防氣竄水泥漿體系。水泥漿具備優良的防竄性能和控失水能力，對稠化時間影響小，強度發展快。(1)降失水劑的選擇：防竄型降失水劑PC-G86L搭配分散性耐高溫降失水劑PC-G90L，在降失水的同時，PC-G86增加了液相的粘度和氣竄阻力，同時搭配分散性耐高溫降失水劑PC-G90L能更有效的控制失水和調節漿體粘度，達到最優的平衡。(2)防竄劑的選擇：引入膠乳乳液、微米級液態硅材料及高溫膨脹劑，通過成膜、無極超細材料充填及促進水化防收縮等多方面結合，達到降失水、降低滲透率和孔隙度、增強氣竄阻力的目的，在水泥漿水化和固化過程中達到最佳的防竄目的。(3) CoCEM防氣竄水泥漿2.40 g/cm3組成：100%JH“G”+50%硅粉+0.6%普通消泡劑+1%膠乳消泡劑+2%分散劑+2%PC-G86L+4%PC-G90L+6%膠乳+6%micro-block+110%加重劑(1 200目)+100%加重劑(250目)+74.2%F/W+2%高溫緩凝劑+2%中低溫緩凝劑

2.1.2 CoCEM防竄水泥漿體系常規性能評價[1]

作者選取循環溫度140 ℃、靜止溫度167 ℃、井底壓力76 MPa為實驗條件，調配出CoCEM水泥漿體系常規性能如表1所示。

表1 CoCEM防竄體系常規性能

水泥漿配方：100%JH“G”+50%硅粉+0.6%普通消泡劑+1%膠乳消泡劑+2%分散劑+2%PC-G86L+4%PC-G90L+6%膠乳+6%micro-block+110%加重劑(1200目)+100%加重劑(250目)+74.2%F/W +2%中低溫緩凝劑+高溫緩凝劑。

水泥漿體系密度高達2.40 g/cm3時，稠化時間根據實際作業需要可調，無自由液，無沉降，167 ℃下養護24 h強度高達23.9 MPa，性能優良。

2.1.3 CoCEM防竄水泥漿體系防竄性能評價

由表2的實驗結果可知，體系的SPn值僅僅0.1，體系防竄效果好[2]。從靜膠凝過渡時間來看，僅僅7 min，遠遠小于30 min的國際標準，體系防竄效果好。

表2 COCEM防竄體系防竄性能評價

水泥漿配方：100%JH“G”+50%硅粉+0.6%普通消泡劑+1%膠乳消泡劑+2%分散劑+2%PC-G86L+4%PC-G90L+6%膠乳+6%micro-block+110%加重劑(1 200目)+100%加重劑(250目)+74.2%F/W+2%中低溫緩凝劑+2%高溫緩凝劑。

2.1.4 CoCEM防竄水泥漿體系溫敏性評價

由于新區域的探井循環溫度不好確定，一般參考臨井資料選取經驗系數。對水泥漿主配方需要進行±5 ℃復查、混合水大樣復查、混合水大樣老化復查等，根據試驗復查顯示，體系性能穩定，水泥漿溫敏性良好。

2.2 加重沖洗液技術

2.2.1 高密度清洗液的性能評價

固井利用“微米級顆粒級配+表面活性劑”懸浮技術[3-4]，經過多次配方優選實驗，調配制出性能更加優良的高比重清洗液配方，性能如表3所示。

表3 清洗液的綜合性能

根據實驗室試驗結果顯示高密度清洗液保持了良好的熱穩定性，低流變更容易達到紊流狀態，在井眼擴大30%條件下臨界排量能低至3.7桶/分鐘，更有利于清洗高密度泥餅。

2.2.2 實驗室內對清洗效果進行定性評價

評價方法(砂紙法)：現場取φ212.725 mm井眼鉆進用泥漿，比重2.29 g/cm3，配制φ177.8 mm尾管固井用清洗液比重為2.29 g/cm3，在旋轉粘度計轉子上包好砂紙，取出模擬井底溫度養護好的泥漿樣品，將粘度計轉子侵泡在泥漿中，旋轉造壁；再將造壁完成后的轉子侵泡在養護好的清洗液中，以200 轉/分鐘下清洗10 min后，觀察清洗情況。根據試驗結果顯示：本次利用“微米級顆粒級配加表面活性劑”懸浮技術配制的高密度清洗液，利用紊流清洗法，在理論試驗上保證了化學沖洗效果，能夠有效清洗高比重泥漿形成的泥餅。

3 現場應用

采用上述綜合固井技術措施，較好地解決了南海鶯歌海盆地樂東10-1區塊高溫、高壓、窄壓力窗口固井技術難題，固井質量滿足測試要求。樂東10-1-3井基本數據情況：φ244.475 mm套管鞋深3 898.12 m,φ212.725 mm井眼深度4 079.19 m,φ177.8 mm尾管封固段為3 693.01～4 077.72 m。井筒承壓系數2.37 g/cm3，地層壓力系數高達2.29 g/cm3，井底靜止25.5 h，電測取得溫度為181 ℃，鉆井液密度高達2.30 g/cm3，壓力窗口窄。

(1)防竄水泥漿體系：該井井底循環溫度為140 ℃，采用新型CoCEM防氣竄水泥漿體系固井。(2)固井漿柱結構設計：根據壓穩和防漏設計模型，采用分段壓穩防氣竄設計方法，設計的加重清洗液密度為2.30 g/cm3，隔離液密度為2.30 g/cm3，領漿密度為2.40 g/cm3，尾漿密度為2.40 g/cm3，水泥漿壓穩系數達到1.01，通過專業模擬軟件進行模擬，控制整個固井過程中井底ECD＜2.37，模擬結果為：整個循環及固井作業最大施工排量為4 bpm，隔離液開始出φ177.8 mm尾管鞋時降低頂替排量至3.5 bpm，水泥漿開始出φ177.8 mm尾管鞋降排量至2.5 bpm頂替結束，可以滿足壓穩和防漏固井技術要求。(3)主要固井技術措施：套管串按設計安放抗高溫螺旋減阻剛性扶正器，既利于尾管旋轉，又利于提高套管居中度；使用紊流沖洗液與加重隔離液相結合的前置液體系，有效沖洗井壁及隔離鉆井液與水泥漿，提高高密度鉆井液泥漿清洗效果及頂替效率；采用旋轉尾管固井技術，洗井和注水泥過程中旋轉尾管，提高頂替效率。(4) CBL/VDL固井質量測井評價結果：下部氣層(4 053～4 070.0 m)與上部干層(3 974.2～3 984.6 m)、泥巖封隔良好，滿足測試要求。

4 結語

(1)中海油服自主研發的CoCEM防竄水泥漿體系在樂東區塊的成功應用，表明該體系在高溫、高壓及窄壓力窗口等復雜地質條件下能夠充分發揮其具備的優良性能：溫敏性能好、防氣竄效果佳、控失水能力強、水泥石強度高，是提高固井封固質量的關鍵。(2)利用紊流清洗法：研發新型高密度清洗液，低排量下能夠達到紊流，有效清洗高比重泥漿泥餅，提高水泥石膠結質量。(3)在這種高溫高壓及窄壓力窗口的尾管固井作業中，使用專業模擬軟件具備較強的現場施工指導意義。