正注反擠固井工藝在延安氣田延113- 延133 井區(qū)的應(yīng)用研究

唐明明 李 成 焦 程 楊海華 蘇 明 彭 鐳 羅向東

1.延長石油集團(tuán)油氣勘探公司，陜西延安 716000；2.斯倫貝謝長和油田工程有限公司，陜西西安 710016；3.斯倫貝謝中國公司，北京 100015

延113-延133 井區(qū)位于延安市以北，鄂爾多斯盆地天然氣富集區(qū)的南緣。井區(qū)主要分布在子長縣西部、延安市寶塔區(qū)北部，西部邊緣部分處于安塞縣境內(nèi)，東部邊緣小部分處于延川縣境內(nèi)[1-3]。整體井區(qū)面積為2341km2，主要含氣層為二疊系山西組山23 層。其是石盒子組、山西組和本溪組砂層組孔隙類型有原生孔隙和次生孔隙，次生孔隙是延113- 延133 井區(qū)上古生界砂巖主要的孔隙類型。該氣藏屬于低壓、低滲、致密氣藏。目前延113-延133井區(qū)以最大的限度提高開采速度為目標(biāo)，依靠斯倫貝謝技術(shù)及斯倫貝謝長和（簡稱SCP）技術(shù)管理團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探索低成本、高效率的氣田開發(fā)思路，形成了一套屬于該井區(qū)的生產(chǎn)管理方案。

1 固井技術(shù)難點(diǎn)

延113-延133 井區(qū)氣井分為直井、定向井和水平井三種。固井質(zhì)量的好壞直接影響后期生產(chǎn)，而且水平井技術(shù)套管的固井質(zhì)量更是影響三開鉆進(jìn)及后期的壓裂、生產(chǎn)。

（1）封固井段較長（平均3300m），防止水泥漿在稠化過程中的失重引起的氣竄成為主要難點(diǎn)[4]；

（2）常規(guī)的低密度水泥漿性能不穩(wěn)定，失水較為嚴(yán)重，在重力作用下極易沉降分層，可能會嚴(yán)重影響固井合格率；

（3）水泥漿外加劑的加量不易控制，每口井使用的現(xiàn)場水都有差異，外加劑尤其緩凝劑和降失水劑的現(xiàn)場加量難以把控，極易造成事故；

（4）由于延長組、劉家溝和石千峰地層承壓能力低，鉆井過程多次發(fā)生漏失，常規(guī)的一次上返固井工藝在施工后容易形成空套，而且后期的擠水泥補(bǔ)救措施也只能封固到表層套管鞋附近，固井合格率低；

（5）水平井井斜較大，鉆井周期長，井眼呈橢圓形狀，井徑不規(guī)則、擴(kuò)大率大，地層孔隙度大、滲透率高、儲層裸露段長，井下很不穩(wěn)定，增大了施工風(fēng)險(xiǎn)；而且井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在固井施工過程中會出現(xiàn)憋堵、高壓，造成水泥漿返高達(dá)不到要求。

以上任何一個(gè)因素都對固井質(zhì)量有很大影響。

2 水泥漿技術(shù)

2.1 低密早強(qiáng)水泥漿體系

1.20～1.25g/ cm3防漏低密早強(qiáng)水泥漿體系（適用于直/ 定向井生產(chǎn)套管以及水平井技術(shù)套管劉家溝以及上部井段固井）水泥漿組成如下：G 級水泥+ 漂珠+ 粉煤灰+ 微硅+ 降失水劑+ 緩凝劑+ 分散劑+ 早強(qiáng)劑+ 消泡劑+ 現(xiàn)場水。

該漿體具有良好的流變性、較短的稠化過渡時(shí)間，水泥石較為致密，強(qiáng)度高大于7MPa/ 48h，早期強(qiáng)度高、防漏效果好，稠化時(shí)間240～480min 可調(diào)。

2.2 高密防氣竄水泥漿體系

1.85～1.91g/ cm3防氣竄水泥漿體系（適用于直/定向井生產(chǎn)套管固井、水平井技術(shù)套管以及7″ 尾管固井）的水泥漿組成：G 級水泥+ 降失水劑+ 緩凝劑+ 分散劑+ 早強(qiáng)劑+ 消泡劑+ 現(xiàn)場水。

該體系致密空隙小、滲透性小、稠化時(shí)間40～100Bc過渡時(shí)間短、強(qiáng)度發(fā)展速度快、早期強(qiáng)度高。井底循環(huán)溫度下，12h 可起強(qiáng)度，18h 強(qiáng)度可達(dá)14MPa 以上。而且具有較好的防氣竄效果，過渡時(shí)間小于50min。

該體系的水泥漿在近4 年已成熟應(yīng)用于延安氣田延113- 延133 井區(qū)直/ 定向井以及水平井技術(shù)套管固井。為了進(jìn)一步確定水泥漿實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，采用實(shí)驗(yàn)室小樣、半大樣和大樣的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行多次復(fù)核。在小樣實(shí)驗(yàn)中，本開次即將完鉆前使用現(xiàn)場水和庫房干灰進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，檢測該體系漿體的所有性能，初步確定化工料的加入量；在半大樣實(shí)驗(yàn)中，本開次完鉆后，按照小樣實(shí)驗(yàn)確定的比例進(jìn)行現(xiàn)場配液，取配好的水與現(xiàn)場干灰進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，檢測該體系的關(guān)鍵性能，檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)是否達(dá)到要求；在大樣實(shí)驗(yàn)中，若半大樣實(shí)驗(yàn)和小樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符，隨即進(jìn)行個(gè)別藥品加量的調(diào)整，最終使水泥漿性能達(dá)到固井設(shè)計(jì)要求。確保現(xiàn)場施工水泥漿性能與實(shí)驗(yàn)一致。

3 固井工藝

對于延113-延133 井區(qū)劉家溝石千峰等地層壓力低、易漏失的特性，采用高、低密度水泥漿分段封固的作業(yè)方案。氣層以及劉家溝以下150m 注入1.89SG 防氣竄水泥漿，確保氣層段固井質(zhì)量。其他段按照施工工藝不同注入不同體系的水泥漿。

3.1 一次上返固井工藝

直/ 定向井生產(chǎn)套管和水平井技術(shù)套管固井使用1.89g/ cm3防氣竄水泥漿上返到劉家溝底部以下150m，1.20g/ cm3的低密早強(qiáng)水泥漿上返至地面[5]。

3.2 正注反擠固井工藝

直/ 定向井生產(chǎn)套管和水平井技術(shù)套管固井使用1.89g/ cm3防氣竄水泥漿上返到劉家溝底部以下150m，1.20g/ cm3的低密早強(qiáng)水泥漿上返至漏點(diǎn)處，漏點(diǎn)上部井段進(jìn)行反擠水泥作業(yè)。

正注施工要求尾漿稠化時(shí)間滿足施工的安全時(shí)間[6]，領(lǐng)漿的稠化時(shí)間大于8h；正注施工結(jié)束后，井隊(duì)進(jìn)行坐卡瓦；待底部1.89g/ cm3水泥漿完全稠化后，使用固井泵車進(jìn)行2m3清水試擠并記錄壓力變化，試擠壓力不能大于上層套管鞋處的破裂壓力；打開地層通道之后，隨即進(jìn)行反注水泥作業(yè)，反注量依據(jù)實(shí)際測量井徑按一定比例進(jìn)行附加；反注作業(yè)使用1.89g/ cm3常規(guī)密度水泥漿，并且在前面5m3加入一定量的堵漏材料；反注水泥全程保證施工壓力不能高于上層套管鞋處的破裂壓力，結(jié)束后迅速關(guān)閉翼閥閘門。24h 后，為了彌補(bǔ)因重力作用引起水泥漿下沉進(jìn)行“帶帽作業(yè)”即反灌作業(yè)。

3.2.1 技術(shù)優(yōu)勢

相比較以上兩種固井工藝，正注反擠工藝更適用于在薄弱地層鉆井中漏失比較嚴(yán)重的情況，也是比較安全、經(jīng)濟(jì)、有效的施工方案。

（1）分段封固，主動降低薄弱漏失區(qū)域的液柱壓力[7]；

（2）避免失重引起的空套管段無法補(bǔ)救的現(xiàn)象；

（3）固井質(zhì)量相優(yōu)于分級箍固井，避免了使用分級箍固井引起的分級箍上下混漿嚴(yán)重的問題和試壓不合格的問題，同時(shí)降低了固井成本與施工難度；

（4）相對使用一次上返工藝而言，成本更低（劉家溝以及其上部地層使用1.20g/ cm3低密度水泥漿比常規(guī)密度水泥漿造價(jià)更高），安全性更高。

3.2.2 實(shí)施難點(diǎn)

（1）正注施工注入量必須準(zhǔn)確計(jì)算。若正注水泥漿量過多，會導(dǎo)致漏層被封固，反注無法進(jìn)行，導(dǎo)致固井失敗；倘若注入量過少則不能使水泥漿到達(dá)預(yù)定位置，導(dǎo)致固井全井段合格率低。

（2）反注施工注入量必須準(zhǔn)確計(jì)算。如果水泥注入量不夠，會由于環(huán)空水泥漿濃度低最終成為水泥漿和泥漿的混合物，膠結(jié)質(zhì)量差；如果注入過多，則會污染地層。

（3）通道打開時(shí)間必須準(zhǔn)確計(jì)量。在反注時(shí)，如果正注頂部領(lǐng)漿稠化過早封固了漏層，會導(dǎo)致固井失敗。

針對以上技術(shù)難點(diǎn)，本井區(qū)固井前進(jìn)行了常規(guī)測井與特殊測井，結(jié)合鉆井日報(bào)和錄井日報(bào)，明確了漏層、漏點(diǎn)和漏速等具體信息。根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)，準(zhǔn)確計(jì)算不同井段的井徑擴(kuò)大率，并結(jié)合設(shè)備性能及現(xiàn)場情況合理附加水泥漿量，最終確保了泵入水泥漿設(shè)計(jì)方面的精確性。現(xiàn)場施工時(shí)使用水罐計(jì)量、固井泵車流量計(jì)及井口流量計(jì)，通過三重計(jì)量方式，確保施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)執(zhí)行。領(lǐng)漿1.20g/ cm3稠化時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場需求調(diào)節(jié)到8h，也合理調(diào)整了正注施工與打開通道作業(yè)的時(shí)間窗口，確保反注與正注的緊密銜接。

4 應(yīng)用情況

到目前為止，正注反擠固井工藝在延113-延133 井區(qū)直/ 定向井生產(chǎn)套管固井及水平井技術(shù)套管固井方面得到了成熟的應(yīng)用。

2014—2016 年，該井區(qū)使用一次上返固井工藝，尤其在2015、2016 年合理使用承壓堵漏等方法不斷優(yōu)化固井方案，采用該工藝的固井合格率也逐年地攀升，最高達(dá)到83%，三年全井段合格率平均為74%。隨著固井工作的不斷推進(jìn)，對一次上返有了更深刻的認(rèn)識。發(fā)現(xiàn)如果利用該工藝再進(jìn)一步提高固井合格率，已經(jīng)非常的困難。有些井在進(jìn)行CBL 測井后發(fā)現(xiàn)有空套的存在，后期無法進(jìn)行補(bǔ)救，給固井工作帶來了了很大的挑戰(zhàn)。

2017 年開始探索正注反擠工藝，并在實(shí)踐中不斷認(rèn)識并優(yōu)化該工藝。到2021 年12 月統(tǒng)計(jì)近五年固井質(zhì)量，全井段合格率高達(dá)95%，且水泥全部返到預(yù)定位置，試壓合格。正注反擠工藝的成功應(yīng)用大大提高了本井區(qū)的固井質(zhì)量合格率，并且降低了水泥漿成本，最終為本井區(qū)低成本、高效率、更安全地開發(fā)提供了有利的支撐。

5 結(jié)論

（1）對于封固段長并且存在漏失較大的薄弱地層，在可以詳細(xì)計(jì)算環(huán)空容積的情況下，選擇合適的漿體，采用正注反擠代替常規(guī)固井工藝，可提高固井質(zhì)量并且節(jié)約成本；

（2）低密早強(qiáng)水泥漿體系有效解決了漏層處承壓能力較弱的問題；合適的稠化時(shí)間也為正注施工和反注施工提供一個(gè)很好的嫁接橋梁作用；

（3）反注水泥漿前5m3加入適當(dāng)尺寸的堵漏材料起到了很好的堵漏作用，同時(shí)也改善了與領(lǐng)漿連接處的水泥石結(jié)構(gòu)，提高了水泥石的膠結(jié)強(qiáng)度及抗拉、抗壓等性能；

（4）反灌水泥彌補(bǔ)了雙層套管之間因水泥漿下沉引起的空套問題，提高了雙層套管之間的封固率。