蘇里格南區塊小井眼井固井工藝研究*

楊 晨

(中國石油天然氣集團公司川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司,陜西 西安 710018)

蘇里格南區塊位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西南側。為降低環境污染風險，有效控制成本，該區塊將小井眼井列為開發方向(井身結構：ф215.9 mm+ф177.8 mm管串+ф152.4 mm+88.9 mm管串)，并部署大位移叢式井組，采取單通道鉆完井技術[1-4]。由于單通道完井作業采用無油管體系結構，因此須對整個祼眼段進行封隔；然而該區塊二開裸眼井段長達3000～3500 m，且具有井眼尺寸小，井斜大、地層破裂壓力低、安全窗口窄等特點[5-9]，在下套管及注水泥作業過程中，高黏度流體在環空上返時產生較大壓耗，導致薄弱地層劉家溝組發生壓差性裂縫漏失，嚴重影響固井質量[10-12]。因此，本文針對該區的地層特性，選擇合適的水泥漿體系及相應施工工藝，最大程度的滿足該區塊全井段封固的質量要求。

1 室內實驗

1.1 低密度水泥漿體系

根據蘇里格南區塊固井施工數據可知：弱地層劉家溝組的破裂當量密度在1.35 g/cm3，因此選擇密度密度為1.32 g/cm3膨脹珍珠巖水泥漿體系作為該區塊填充段基漿。為提升該水泥漿體系的綜合性能，在水泥漿體系中加入聚酯纖維及增強材料，并對水泥漿體系進行優化。

1.1.1 不同尺寸聚酯聚酯纖維對膨脹珍珠巖水泥漿性能的影響

改變聚酯纖維的尺寸及加量，考察其對膨脹珍珠巖水泥漿體系流變性及抗壓強度的影響，結果見表1。

當加入聚酯纖維的水泥漿進入地層漏失通道時，聚酯纖維通過堆積與橋接作用形成網狀結構，增加流動阻力，固相顆粒在壓力作用下逐步對網狀結構進行填充，在壓差下慢慢填實，借助水化膠凝作用形成一堵隔墻，從而達到防漏目的。從表1可知：隨著聚酯纖維長度的變長及加量變大，水泥漿體系的稠度變大，流變性變差，而水泥石強度卻出現先增大后降低的現象。這是因為聚酯纖維形成的網狀結構對水泥漿具有一定的束縛作用，從而導致流變性能變差；聚酯纖維屬于惰性材料，并不參與水化反應，少量的聚酯纖維的加入，使其在水泥石膠結過程中起到鋼筋骨架作用，因此強度有小幅度增加，但是加入量較大時，水泥石的應力結構被改變，因此水泥石強度逐漸降低。

表1 聚酯纖維對水泥漿流變性能及水泥石強度的影響Table 1 Influence of polyester fiber on rheological properties of cement slurry and strength of cement set

1.1.2 增強材料對高強微珠水泥漿性能的影響

水泥石強度是影響填充段膠結質量的主要因素之一，在膨脹珍珠巖水泥漿體系中加增強材料，考察其加量對水泥漿性能的影響，結果見表2。

表2 增強材料對水泥漿性能的影響Table 2 Effect of reinforcing material on cement slurry properties

由表2可知：隨著增強材料加量的增加，水泥漿流變性能變差，但水泥石的強度大幅度增加。這是因為該增強材料是一種納米級硅基化合物，其材料尺寸在1～100 nm之間，因此其具有較大的比表面能，極易與其它助劑發生水化鍵合，生成以增強材料為核心的三維網狀結構，大幅度提高水泥石強度；但是其較大的比表面積使得吸附自由水的能力大幅度增強，在增加水泥漿穩定性的同時也降低了水泥漿的流變性能。

1.1.3 正交實驗

為提高水泥漿綜合性能，在單因素條件的實驗基礎上，對其進行優化.選擇3 mm 聚酯纖維(A)、6 mm 聚酯纖維(B)、9 mm 聚酯纖維(C)、增強材料(D)的質量分數為考察因素，每個因素取4水平。以45 ℃實驗條件下24 h 強度為考察指標，用 L16(4)4正交表設計實驗，實驗結果如表3所示。

表3 正交實驗數據及處理結果Table 3 Orthogonal experimental data and processing results

續表3

由表4可以看出， 從 RD>Rc>Ra>RB得出4因素對高強微珠水泥漿強度的影響從主到次依次為增強材料、3 mm聚酯纖維、9 mm聚酯纖維、6 mm聚酯纖維。最佳水平組合為 A2B2C2D3，即納米基復合增強劑、3 mm聚酯纖維、9 mm聚酯纖維、6 mm聚酯纖維質量分數分別為2%、1%、1%、1%。

1.1.4 堵漏先導漿的基本性能

將上述最佳配比的外加劑加入膨脹珍珠巖水泥漿體系中，配制的2000 mL水泥漿，進行水泥漿堵漏性能評價，實驗結果見表4。

表4 水泥漿堵漏性能評價結果Table 4 Evaluation results of plugging performance of cement slurry

從水泥漿堵漏性能實驗可知：打開模擬通道可以發現，纖維防漏水泥漿縫板上方均形成橋堵塞。這說明了，該水泥漿體系具有優良的防漏性能，能有效提升水泥返高，提高固井質量。該水泥漿體系的其他性能見表5，其性能均滿足現場施工技術要求。

表5 纖維防漏水泥漿性能Table 5 Fiber waterproof cement performance

1.2 常規密度水泥漿體系

該區塊為提高單井產量，需要在主力氣層反復實施體積壓裂，但產層段僅僅封固400 m左右，對常規密度水泥漿的韌性及防竄性能要求較高，因此在該區使用膠乳水泥漿體系。其性能如表6所示。

表6 膠乳水泥漿性能Table 6 Performance of latex cement slurry

從實驗結果可知，膠乳水泥漿的靜膠凝過度時間僅21 min，其優良的防氣竄性能，使得水泥漿在候凝期間能壓穩氣層；24 h水泥石強度高達38 MPa，以及其優良的機械性能使得在后期連續試氣及采取增產措施時，能最大程度的保持水泥環的完整性。

1.3 前置液體系

蘇里格南區塊具有井眼尺寸小、易漏等特點，常規的前置液體系難以適用于該區塊，因此在該區塊使用了一種防漏加重型沖洗隔離劑。其配方如下：水+懸浮劑+表面活性劑+石灰石+聚酯纖維(密度：1.25 g/cm3)。其相容性實驗結果見表7。

表7 相容性實驗結果Table 7 Compatibility test results

該體系中的固相顆粒能有效的沖刷水泥餅；表面活性劑能使第一、二界面潤濕反轉，提升水泥環膠結質量；聚酯纖維會在前置液流經裸眼段時吸附到井壁上，通過堆積和橋接作用形成一道網狀結構，提升井壁承壓能力，以達到提高水泥返高的目的。由表6實驗數據可知，防漏加重型沖洗隔離劑與泥漿或水泥漿按不同比例混合后，其流變性能并未超壞的方向變化，因此具有優良的相容性能。

2 現場應用

2.1 SNX平臺概況

SNX平臺位于烏審旗蘇力德，井型為小井眼定向井。一開完鉆井深700～800 m，二開完鉆井深3600～4100 m；完鉆鉆井液密度為1.17 g/cm3，鉆進過程在劉家溝組發生滲漏，采取隨鉆堵漏方式鉆進至完鉆。在SNX-1井固井施工時，填充段使用密度為1.32 g/cm3的膨脹珍珠巖水泥漿體系，替量期間發生漏失，漏失量約10 m3；后期根據固井質量聲幅圖顯示，水泥返高僅940 m，未進入上層套管。因此該平臺后續井均使用防漏加重型沖洗隔離液及纖維防漏水泥漿。

2.2 漿柱結構設計

纖維防漏水泥漿必須放置在合理的漿柱位置，才能最大程度的起到防漏作用，達到提升水泥返高的目的。根據ECD(循環當量密度)計算，放置延長中下部最佳。這是因為若放置延長中下部，當其經過漏層時，ECD與漏層破裂當量密度相差不大，地層處于破裂邊緣，此時部分防漏漿漏入地層，起到較好的防漏作用。而放至其他位置，當其流經漏層時，ECD小于或大于漏層破裂當量密度，無法起到較好的防漏效果。

2.3 固井技術措施

固井前井眼準備是影響后期固井質量的關鍵因素之一，因此在該區塊制定如下技術措施：①下套管前應對薄弱地層進行承壓實驗，為固井防漏設計提供依據；②套管下到位后，小排量頂通后逐漸提高排量，循環洗井兩周以上；③并采用高粘切泥漿循環帶砂；④固井前，處理泥漿，要求粘度50～60 s，動切7 Pa左右；⑤固井前井眼情況達到“四無”即無沉砂、無漏失、無垮塌、無后效，方可進行固井施工。

2.4 固井質量分析

按以上技術方案在SNX平臺后續小井眼井進行固井施工，其固井質量及聲幅圖如表8和圖1所示。

表8 SNX平臺固井質量Table 8 SNX platform cementing quality

續表8

從上述施工數據可知,該平臺水泥平均返高提升至470 m，且水泥返高均進入上層套管；該平臺段裸眼段第一界面固井質量平均合格率為 97.55%，裸眼段第二界面固井質量平均合格率為98.8%，這說明該使用上述防漏加重型沖洗隔離液、纖維防漏水泥漿及固井技術措施，能大幅度提高該區塊小井眼井返高。

圖1 SNX-02井固井質量聲幅Fig.1 Sound amplitude of cementing quality in well SNX-02

3 結 論

(1)研制了一套適合該區塊的纖維防漏水泥漿體系，并對其性能進行了優化，實驗結果表明，該水泥漿體系具有優良的防漏性能，且各項性能指標均能滿足現場技術要求。

(2)在該區使用了一種防漏加重型沖洗隔離劑，并針對該區塊地質特性設計了合理的漿柱結構及固井工藝措施。現場實驗結果表明，以上技術措施能大幅度提升該區塊小井眼井的固井質量。