新疆油田瑪湖礫巖油藏水平井固井技術研究與應用

2022-01-23 10:07:42孫栓科

西部探礦工程 2021年12期

孫栓科，胡磊，楊東

（新疆克拉瑪依市白堿灘區西部鉆探固井公司，新疆克拉瑪依 834009）

1 瑪湖水平井基礎數據

瑪湖區塊窄間隙水平井表層采用?381mm 鉆頭鉆至井深500m，下入?273mm 套管；技術套管采用?241mm 鉆頭鉆至井深3140m，下入?193.7mm 套管，低密度水泥漿固井，返至2540m，油層套管采用?165.1mm鉆頭鉆至井深5500～6000m，下入?127mm套管，水泥漿返至2940m，封固目的層，三開環空間隙小，其井身結構如圖1所示。

圖1 瑪湖井區窄間隙水平井井身結構圖

2 窄間隙水平井套管安全下入技術研究

2.1 影響下套管因素

（1）三維井水平井井眼軌跡復雜，由于拖壓直井段套管重量未能完全傳遞。由于水平井井眼軌跡比直井的較為復雜，在套管下入到造斜段時，井斜角會忽然的增大，套管下入到狗腿角過大的井段時，套管與井段的接觸機會就會大大增加，從而使接觸壓力變大，因此套管下入阻力也會逐漸增加，下套管的阻力增加到一定程度可能會發生無法正常下入套管的情況。在鉆進過程中井眼軌跡三維彎曲，這樣會產生扭方位，使井眼半徑變小或者使狗腿角變大，從而導致下套管難度增大。三維水平井方位扭角大，套管下至后期由于拖壓使上部套管重力難以往下傳遞，造成套管前行困難。

（2）下入套管剛度大于通井鉆具剛度。如表1 所示，2017 年以前瑪湖井區窄間隙三開水平井下套管前通井采用三扶正器鉆具組合，完井套管采用剛級為P110套管，外徑127mm，壁厚11.1mm；根據公式：

表1 通井鉆具組合參數

式中：I鉆——加重鉆桿的慣性矩，I鉆=（D鉆4-d鉆4）×π/64；

I扶——通井扶正器的慣性矩，I扶=（D扶4-d扶4）×π/64；

L鉆——加重鉆桿長度；

L扶——扶正器有效棱長；

I套——套管的慣性矩，I套=（D套4-d套4）×π/64。

根據剛度計算可得鉆具與套管剛度比值M=0.97，說明通井鉆具剛度小于下入套管剛度，鉆具通井效果差，未能有效地對井眼進行修復，因此套管下入更困難。

（3）水平井段長，下套管后期水平段摩阻大于套管直井段自重。瑪湖井區窄間隙水平井水平段長1200～2000m不等，從造斜點至井底均處于裸眼地層，套管下至后期由于重力的作用，套管在水平段貼邊前行，套管與井壁之間摩阻大，給套管的順利下入增加難度；水平段長，下入過程巖屑堆積嚴重，當摩阻大于等于套管直井段浮重，套管難以下入。

（4）井眼條件不規則，斜井段和水平段不規則井眼不能使套管平順下放。斜井段和水平段鉆進時易產生“糖葫蘆”井眼和鍵槽，套管在下入過程中當浮鞋進入不規則復雜井眼后會導致套管遇阻無法下放到位。

2.2 水平井下套管技術方案

（1）軌跡模擬，確定套管下深。在水平井鉆進過程，通過實鉆軌跡和設計軌跡進行套管下深模擬，確定套管理論下入，根據套管理論下深可確定完鉆井深，避免鉆井進尺的浪費。

如圖2所示，根據鉆進過程實鉆軌跡和工程設計軌跡、泥漿性能，通過固井軟件進行套管理論下深模擬。

圖2 水平井下套管摩阻模擬圖

（2）采用四扶正器鉆具組合，剛度大于套管剛度。由于前期瑪湖窄間隙三開水平井井眼前期下套管困難，因此采用四扶正器（大三扶）鉆具組合通井，并在環瑪湖小三開井身結構水平井中推廣應用；

鉆具組合：?165.1mm 鉆頭+?160mm 扶正器+?101.6mm 加重鉆×1+?160mm 扶正器+?159mm 扶正器+?101.6mm 加重鉆桿×1+?158mm 扶正器+?101.6mm鉆桿串。

根據式（1）得到此四扶正器鉆具組合剛度比M=1.20。

通過套管剛度和通井鉆具剛度計算對比，確定通井鉆具剛度大于下入套管剛度（即剛度比M大于1），通井正常后再進行下套管作業,該通井鉆具組合剛度比更大，在通井過程中更能有效模擬下套管情況，且對于阻卡井段有較好的井眼修復效果。

（3）優化鉆井液性能，做好下套管中途洗井措施。鉆井液不僅在鉆井過程中井內起著循環的作用，同時也在鉆井通井和下套管時可以起到很好的潤滑作用，可以降低通井與下套管時的摩擦阻力，減小對套管的損害。鉆井液主要是因為其潤滑性對套管摩阻的一個影響，這樣可以減小套管摩阻系數，從而達到減小套管摩阻的效果。因此現場都是合理使用鉆井液，已達到套管順利下入的效果。同時，鉆井液由于在井內是循環作業的，因此鉆井液也有把井底的這些巖屑循環帶出到地面，能更好地清潔井眼，一般來說下套管前高粘鉆井液有助于巖屑清理，固井前低粘低切鉆井液有助于固井頂替效率，是保障固井質量重要因素之一。

（4）優選下套管減阻固井附件，優選并合理安放固井扶正器。下套管使用水力偏心旋轉浮鞋，該工具在開泵循環和遇阻下壓時偏心導向頭能旋轉，使套管能有效通過大肚子、鍵槽等井眼。同時扶正器采用剛性滾輪扶正器與整體式彈性扶正器交替安裝，既保障了套管順利下入，又提高了套管居中度，保障固井質量，扶正器種類及安裝位置如表2所示。

表2 扶正器種類和安放位置

3 水平井固井工藝研究

3.1 優化漿柱結構，采用高效前置液

瑪湖區塊油氣水較為活躍，斜深長設計要求水泥封固段長，漿柱結構既要確保固井后壓穩油氣水層，前置液又必須較好地沖洗管壁，從而提高水泥漿膠結質量。

固井采用高效隔離液+驅油性清洗液+水泥漿漿柱結構，隔離液占高1300m，清洗液占高約300m，保證了其具備良好的沖洗性。

3.2 優化水泥漿性能

由于瑪湖水平井采用體積壓裂，壓裂級數多，壓力高，因此要求固井水泥漿必須具備較強的抗沖擊性，在常規水泥漿中加入彈性材料及膨脹顆粒，采用顆粒級配技術，使水泥漿具有較好的抗沖擊能力；同時瑪湖區塊油氣顯示好，要求水泥漿體系有良好的防油氣竄性能，快速發揮早期強度，從而保障水平井封固質量。

3.3 優選固井施工參數

瑪湖水平井斜深長，下套管循環洗井時間長，設計要求水泥漿一次封固段約2700m，因此固井施工排量優選從以下三方面考慮：

（1）由于地層具有橡膠回吐特性，施工循環壓耗須平衡地層壓力，防止地層泥漿回吐，污染水泥漿，影響封固質量。根據多口井循環洗井觀察當排量大于1.0m3/min時地層易發生滲漏，排量小于0.6m3/min時，地層吸入泥漿將回吐。

（2）注入流體要有較好流態，能使前置液有效地清洗管壁，提高水泥漿膠結質量。

（3）小間隙井眼，循環壓耗大，全井替漿介質為清水，固井施工泵壓高。

通過水平井、前置液流態模擬，當固井施工排量達到1.0m3/min時前置液為紊流流態，對套管壁清洗效果好。因此固井替漿采用變排量頂替，前期頂替排量為1.0m3/min，提高清洗液及水泥漿頂替效率，水泥漿進入直井段后，頂替排量降至0.7m3/min，防止漏失。

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3.4 固井主要技術措施

（1）四扶通井到底后大排量1.20m3/min 保證循環無漏失，驗證地層承壓能力和井眼穩定性。

（2）固井前充分循環洗井排凈后效，后效值需小于1×104ppm，泥漿密度不小于完鉆泥漿密度，粘度小于60s，進出口密度差小于0.01g/cm3。

（3）下部結構為強制式旋轉浮鞋+雙浮箍下部結構，確保固井施工單流閥可靠性，管內零壓候凝。

（4）采用雙泵車同時替清水，保證高泵壓替漿施工的連續性、安全性且排量滿足頂替效率要求。

（5）固井結束后若放回水正常立即關井，環空加回壓3～5MPa，確保固井候凝過程環空壓穩。

4 現場應用——MaHW2039井?127mm油層套管固井

4.1 基本井況

MaHW2039井是新疆油田部署在瑪湖區塊瑪2井區的一口開發水平井，三開?165.1mm 鉆深5288m，A 點3788m，井底垂深3500m，水平段長1500m；下入?127mm、壁厚11.1mm套管，鉆井液為鉀鈣基聚銨有機鹽鉆井液體系，完鉆密度1.53g/cm3，設計要求水泥漿返至2860m，MaHW2039井井身結構如表3所示。

表3 MaHW2039井井身結構

4.2 采取主要技術措施

（1）電測完四扶正器通井，四扶鉆具組合：?165.1mm鉆頭+?160mm 扶正器+?101.4mm 加重鉆桿+?159mm 扶正器+?159mm 扶正器+?101.4mm 加重鉆桿+?159mm扶正器。

（2）調整好鉆井液性能，鉆井液中加入潤滑劑，斜井段和水平段注入潤滑性良好的潤滑漿，粘度小于70s，降低井壁摩擦阻力。

（3）四扶通井到底后大排量1.20m3/min 保證循環無漏失現象，驗證地層承壓能力和井眼穩定性。

（4）下套管在500m、1500m 處頂通15min，排量小于1.0m3/min，出技術套管前（3000m 左右）循環洗井1周，排量小于0.5m3/min，井隊開泵控制好泵壓。A 點以后200m循環洗井一周，之后每500～800m洗井一次，每次循環洗井須排盡后效，洗井期間注意活動好套管嚴防粘附。套管下至井底后，小排量（小于0.5m3/min）洗井一周后，逐漸增加排量至1.0m3/min。

（5）漿柱結構：采用高效隔離液、清洗液和韌性水泥漿漿柱結構，水泥漿密度為1.90g/cm3，有效平衡地層壓力，全井替清水。

（6）固井前充分循環洗井排凈后效，后效值需小于1×104ppm，泥漿密度不小于完鉆泥漿密度，粘度小于60s，進出口密度差小于0.01g/cm3。

（7）固井替漿采用變排量頂替，前期頂替排量為1.0m3/min，提高清洗液及水泥漿頂替效率，水泥漿進入直井段后，頂替排量降至0.7m3/min。

（8）固完井后若放回水正常立即關井，環空加回壓3～5MPa，8h拆水泥頭，候凝24h后進行下步作業。