正注反擠固井工藝在延安氣田延113- 延133 井區的應用研究

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 井區位于延安市以北，鄂爾多斯盆地天然氣富集區的南緣。井區主要分布在子長縣西部、延安市寶塔區北部，西部邊緣部分處于安塞縣境內，東部邊緣小部分處于延川縣境內[1-3]。整體井區面積為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井區以最大的限度提高開采速度為目標，依靠斯倫貝謝技術及斯倫貝謝長和（簡稱SCP）技術管理團隊進一步探索低成本、高效率的氣田開發思路，形成了一套屬于該井區的生產管理方案。

1 固井技術難點

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

（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[4]；

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

（3）水泥漿外加劑的加量不易控制，每口井使用的現場水都有差異，外加劑尤其緩凝劑和降失水劑的現場加量難以把控，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，鉆井過程多次發生漏失，常規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，井徑不規則、擴大率大，地層孔隙度大、滲透率高、儲層裸露段長，井下很不穩定，增大了施工風險；而且井身結構復雜，在固井施工過程中會出現憋堵、高壓，造成水泥漿返高達不到要求。

以上任何一個因素都對固井質量有很大影響。

2 水泥漿技術

2.1 低密早強水泥漿體系

1.20～1.25g/ cm3防漏低密早強水泥漿體系（適用于直/ 定向井生產套管以及水平井技術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+ 早強劑+ 消泡劑+ 現場水。

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

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/定向井生產套管固井、水平井技術套管以及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+ 早強劑+ 消泡劑+ 現場水。

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

該體系的水泥漿在近4 年已成熟應用于延安氣田延113- 延133 井區直/ 定向井以及水平井技術套管固井。為了進一步確定水泥漿實驗的準確性，采用實驗室小樣、半大樣和大樣的實驗步驟進行多次復核。在小樣實驗中，本開次即將完鉆前使用現場水和庫房干灰進行實驗，檢測該體系漿體的所有性能，初步確定化工料的加入量；在半大樣實驗中，本開次完鉆后，按照小樣實驗確定的比例進行現場配液，取配好的水與現場干灰進行實驗，檢測該體系的關鍵性能，檢驗實驗是否達到要求；在大樣實驗中，若半大樣實驗和小樣實驗結果不符，隨即進行個別藥品加量的調整，最終使水泥漿性能達到固井設計要求。確?，F場施工水泥漿性能與實驗一致。

3 固井工藝

對于延113-延133 井區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/ 定向井生產套管和水平井技術套管固井使用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/ 定向井生產套管和水平井技術套管固井使用1.89g/ cm3防氣竄水泥漿上返到劉家溝底部以下150m，1.20g/ cm3的低密早強水泥漿上返至漏點處，漏點上部井段進行反擠水泥作業。

正注施工要求尾漿稠化時間滿足施工的安全時間[6]，領漿的稠化時間大于8h；正注施工結束后，井隊進行坐卡瓦；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，隨即進行反注水泥作業，反注量依據實際測量井徑按一定比例進行附加；反注作業使用1.89g/ cm3常規密度水泥漿，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，結束后迅速關閉翼閥閘門。24h 后，為了彌補因重力作用引起水泥漿下沉進行“帶帽作業”即反灌作業。

3.2.1 技術優勢

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重的情況，也是比較安全、經濟、有效的施工方案。

（1）分段封固，主動降低薄弱漏失區域的液柱壓力[7]；

（2）避免失重引起的空套管段無法補救的現象；

（3）固井質量相優于分級箍固井，避免了使用分級箍固井引起的分級箍上下混漿嚴重的問題和試壓不合格的問題，同時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密度水泥漿造價更高），安全性更高。

3.2.2 實施難點

（1）正注施工注入量必須準確計算。若正注水泥漿量過多，會導致漏層被封固，反注無法進行，導致固井失敗；倘若注入量過少則不能使水泥漿到達預定位置，導致固井全井段合格率低。

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

（3）通道打開時間必須準確計量。在反注時，如果正注頂部領漿稠化過早封固了漏層，會導致固井失敗。

針對以上技術難點，本井區固井前進行了常規測井與特殊測井，結合鉆井日報和錄井日報，明確了漏層、漏點和漏速等具體信息。根據測井數據，準確計算不同井段的井徑擴大率，并結合設備性能及現場情況合理附加水泥漿量，最終確保了泵入水泥漿設計方面的精確性?，F場施工時使用水罐計量、固井泵車流量計及井口流量計，通過三重計量方式，確保施工嚴格按照設計執行。領漿1.20g/ cm3稠化時間根據現場需求調節到8h，也合理調整了正注施工與打開通道作業的時間窗口，確保反注與正注的緊密銜接。

4 應用情況

到目前為止，正注反擠固井工藝在延113-延133 井區直/ 定向井生產套管固井及水平井技術套管固井方面得到了成熟的應用。

2014—2016 年，該井區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，對一次上返有了更深刻的認識。發現如果利用該工藝再進一步提高固井合格率，已經非常的困難。有些井在進行CBL 測井后發現有空套的存在，后期無法進行補救，給固井工作帶來了了很大的挑戰。

2017 年開始探索正注反擠工藝，并在實踐中不斷認識并優化該工藝。到2021 年12 月統計近五年固井質量，全井段合格率高達95%，且水泥全部返到預定位置，試壓合格。正注反擠工藝的成功應用大大提高了本井區的固井質量合格率，并且降低了水泥漿成本，最終為本井區低成本、高效率、更安全地開發提供了有利的支撐。

5 結論

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

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

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

（4）反灌水泥彌補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。