塔里木油田塔北地區(qū)深井超深井固井難點(diǎn)及對(duì)策

胡旭光 彭曉剛 段 玲 趙若錕

（1.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院 2.中國(guó)石油塔里木油田公司3.中國(guó)石油西南油氣田公司低效油氣開(kāi)發(fā)事業(yè)部 4.中國(guó)石油西南油氣田公司采氣工程研究院）

為了增大油氣產(chǎn)量，最近幾年塔里木油田在塔北地區(qū)加大了開(kāi)發(fā)力度，鉆探的油氣井井深甚至達(dá)到7000 m，深井超深井固井中的高溫高壓、多壓力層系等復(fù)雜情況極大地增加了固井難度：①固井技術(shù)難度大，深井超深井鉆井受地質(zhì)條件、鉆井深度、油氣層及井下復(fù)雜情況的限制，使得下部環(huán)空間隙小，一般小于25.4 mm，給固井作業(yè)帶來(lái)了難題；②固井質(zhì)量很難保證，尤其是深部復(fù)雜地層及深部小間隙的固井，一旦遇到高壓氣層，極易形成氣竄；③一般水泥漿難以滿(mǎn)足塔北地區(qū)深井中井底循環(huán)溫度過(guò)高的要求，給后期施工帶來(lái)很大的隱患，甚至影響整個(gè)開(kāi)發(fā)布局。

1 塔北地區(qū)超深井固井難點(diǎn)

塔北地區(qū)超深井固井有以下幾個(gè)難點(diǎn)：

（1）同一裸眼段多壓力層系并存且壓力系數(shù)差異大

塔北地區(qū)同一裸眼井段中存在多個(gè)壓力層系，并且各層間壓力系數(shù)差異很大，在高壓段油氣井固井易出現(xiàn)環(huán)空竄流，導(dǎo)致大量的油氣散失，同時(shí)由于要把壓力系數(shù)不同的低壓漏失層和高壓氣層封固好并且能保證層間不互竄，因此固井施工難度大。

（2）井底循環(huán)溫度高、波動(dòng)敏感

塔北地區(qū)井深普遍較深，井底靜止溫度高，大多在110℃以上，有些高溫井甚至達(dá)到170℃，高溫井中井底循環(huán)溫度波動(dòng)敏感、水泥漿稠化時(shí)間突變等因素會(huì)導(dǎo)致水泥漿稠化不正常、水泥石強(qiáng)度低、沉降穩(wěn)定性差等情況，難以保證固井質(zhì)量，這些給水泥漿的設(shè)計(jì)提出了很高的要求。

（3）下部環(huán)空間隙小

深井及超深井鉆井由于受地質(zhì)條件、鉆井深度及井下復(fù)雜情況的限制，使得下部環(huán)空間隙小，一般小于25.4 mm，給固井作業(yè)帶來(lái)難題：①小間隙使下套管困難，也難以保證套管居中度大于67%的要求，影響水泥漿的頂替效率；②小間隙施工泵壓高，難以實(shí)現(xiàn)紊流頂替；③水泥環(huán)?。ㄐ∮?5.4 mm），固井質(zhì)量難以保證，降低了水泥環(huán)封隔地層的能力。

（4）鹽膏層蠕變

鹽膏層給塔北深井固井提出了極大的挑戰(zhàn)。鹽膏層屬于可溶性地層，埋藏深，在高溫高壓下有較強(qiáng)的塑性蠕動(dòng)能力，鹽層蠕動(dòng)會(huì)嚴(yán)重破壞水泥環(huán)，使套管擠毀變形[1]，導(dǎo)致井眼質(zhì)量較差，井徑不太規(guī)則，不利于水泥漿與地層及套管間的膠結(jié)[2]，影響固井質(zhì)量。同時(shí)鹽層溶于水后是一種強(qiáng)電解質(zhì)，在不同溫度和質(zhì)量濃度下將使水泥漿產(chǎn)生分散、密度升高、閃凝等效應(yīng)，導(dǎo)致封固鹽膏層時(shí)水泥漿的各項(xiàng)性能難于控制。這些都成為制約固井施工順利進(jìn)行的不利因素。

2 塔北地區(qū)超深井固井對(duì)策

2.1 掌握地層破裂壓力和孔隙壓力

對(duì)多套壓力層系固井來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵在于掌握地層的破裂壓力和孔隙壓力及固井施工中如何控制施工壓力的固井技術(shù)及措施。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中主要通過(guò)以下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：①找出全井中最薄弱地層的破裂壓力系數(shù)K破裂和有異常高壓地層處的孔隙壓力系數(shù)K孔隙；②計(jì)算固井施工中地層可以承受的最高壓力P破裂和控制油氣竄所必須達(dá)到的最低壓力P孔隙；③通過(guò)倒算法調(diào)節(jié)鉆井液密度和前置液用量，控制固井施工壓力，使固井施工壓力控制在地層破裂壓力和地層孔隙壓力之間，保證固井施工的成功。對(duì)多壓力層系井段，塔里木油田塔北地區(qū)多采用雙級(jí)固井技術(shù)，對(duì)特殊井根據(jù)實(shí)際條件采用三級(jí)固井技術(shù)進(jìn)行固井施工[3]。

2.2 優(yōu)化水泥漿性能

解決深井超深井井底循環(huán)溫度高且波動(dòng)敏感等問(wèn)題，應(yīng)主要從水泥漿性能方面入手同時(shí)優(yōu)化固井設(shè)計(jì)。

水泥漿取樣要有代表性，根據(jù)各區(qū)塊地溫回歸公式提前作室內(nèi)小樣，待電測(cè)資料出來(lái)后，再做室內(nèi)小樣重復(fù)實(shí)驗(yàn)，并堅(jiān)持配藥水后的現(xiàn)場(chǎng)大樣復(fù)查工作，保證固井前鉆井液性能良好。

對(duì)井底溫度波動(dòng)極其敏感的井可采用計(jì)算機(jī)模擬來(lái)建立井下溫度分布數(shù)學(xué)模型[4]，模擬注水泥條件下或鉆井循環(huán)過(guò)程中井下循環(huán)溫度分布。

固井作業(yè)前充分循環(huán)鉆井液并調(diào)整好性能，在保證井下穩(wěn)定、滿(mǎn)足攜砂的條件下，盡可能降低鉆井液的流變性和屈服強(qiáng)度，以達(dá)到提高頂替效率的要求；選擇最優(yōu)頂替排量，設(shè)計(jì)最佳扶正器數(shù)量及位置，使用優(yōu)質(zhì)沖洗液和隔離液。

2.3 改變井身結(jié)構(gòu)增大環(huán)空間隙

實(shí)踐表明，影響Φ177.8套管固井質(zhì)量的首要因素是環(huán)空間隙小、井徑不規(guī)則。因此加大環(huán)空間隙是提高Φ177.8套管固井質(zhì)量的根本措施。改變井身結(jié)構(gòu)可從兩個(gè)方面設(shè)想：①在條件允許下增大上層套管和鉆頭尺寸;②縮小油層套管尺寸。改變井身結(jié)構(gòu)可為油層套管固井提供良好的井筒條件，可采用水力擴(kuò)眼器、雙芯鉆頭、隨鉆擴(kuò)眼工具等擴(kuò)眼工藝技術(shù)改善固井環(huán)境[5]。

2.4 優(yōu)化鹽膏層固井技術(shù)及措施

為提高鹽膏層封固質(zhì)量，注水泥作業(yè)應(yīng)采取紊流頂替辦法和高性能低污染隔離液 （密度介于泥漿和水泥漿之間），紊流接觸時(shí)間不應(yīng)少于4 min，實(shí)際接觸時(shí)間均在10 min以上。鹽膏層段套管加彈簧扶正器，使套管居中度控制在合理范圍內(nèi)。為防止下套管和固井過(guò)程發(fā)生井漏，在鹽膏層以下漏失井段打凝膠塞，套管下過(guò)鹽膏層底界，為鉆開(kāi)下部低壓層創(chuàng)造條件，尾管與上層技術(shù)套管重疊200 m，為確保重疊段封固質(zhì)量，在尾管頂部預(yù)留100 m水泥塞。

3 輪南11-4井固井施工實(shí)例

3.1 基本情況

輪南11-4井是塔里木油田分公司開(kāi)發(fā)項(xiàng)目部的一口開(kāi)發(fā)井，該井位于新疆維吾爾族自治區(qū)庫(kù)車(chē)縣境內(nèi)，構(gòu)造位置為塔里木盆地輪南低凸起輪南潛山西部斜坡帶。目的層為奧陶系，設(shè)計(jì)井深5408.00 m。實(shí)際井深5449.50 m。固井井下套管記錄見(jiàn)表1，下入直徑444.5 mm表層套管下深802.36 m。使用直徑311.2 mm ST117G三牙輪鉆頭二開(kāi)，鉆進(jìn)至井深4600.00 m完鉆；244.50 mm技術(shù)套管，下深4600 m。用直徑215.9 mm HAT127三牙輪鉆頭三開(kāi)，鉆進(jìn)至井深5294.80 m完鉆。

表1 固井井下套管記錄

3.2 固井難點(diǎn)

①裸眼段長(zhǎng)，套管串與井壁間環(huán)空間隙小，循環(huán)阻力大，水泥漿密度高導(dǎo)致液柱壓力大，固井施工泵壓高，致使水泥漿在低壓滲透的儲(chǔ)集層段漏失，固井質(zhì)量難以保證，易污染油層；②水平段的巖屑床不易清除干凈,造斜井段易形成微臺(tái)階，下套管摩阻大，套管下到設(shè)計(jì)井深難度大；③長(zhǎng)裸眼水平井段，套管居中度低，頂替效率低，水泥漿易形成頂邊水帶，固井質(zhì)量難以保證；④裸眼井段地層流體活躍，有油、氣、水層，施工中和候凝期間容易造成油氣水竄，一級(jí)固井質(zhì)量難以保證；⑤在凝固過(guò)程中，水泥漿失重后，油氣水易竄，影響固井質(zhì)量；⑥由于地層壓力系數(shù)低，易井漏且上部為Φ177.8 mm套管，環(huán)空間隙小，替漿排量受到限制，固井質(zhì)量也難以保證；⑦一級(jí)施工為水平井段，不易碰壓，水泥塞面不好控制；⑧本井周?chē)卸嗫谏a(chǎn)井、注水井，連通狀況較好，固井施工以及候凝時(shí)，若繼續(xù)注采易造成竄槽。以上均是該井固井施工的難點(diǎn)。

3.3 固井技術(shù)措施

采用半飽和鹽水水泥漿，鹽的濃度為18%，水泥中摻入硅粉以避免水泥在井底高溫下的強(qiáng)度衰退。封固段水泥漿按雙凝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在下部鹽膏層段，采用加重水泥漿封固，設(shè)計(jì)尾漿密度2.05～2.10 g/cm3，鹽膏層上部井段采用常規(guī)水泥漿封固，設(shè)計(jì)領(lǐng)漿密度1.95～2.00 g/cm3?？紤]要將尾管頂部多余的水泥漿循環(huán)出井口，領(lǐng)漿的稠化時(shí)間要根據(jù)時(shí)間延長(zhǎng)。

為防止下套管和固井過(guò)程發(fā)生井漏，在鹽膏層以下漏失井段打凝膠塞，套管下過(guò)鹽膏層底界為鉆開(kāi)下部低壓層創(chuàng)造條件。尾管與上層技術(shù)套管重疊200m，為確保重疊段封固質(zhì)量，在尾管頂部預(yù)留100m水泥塞。

本井實(shí)測(cè)井徑大，封固段環(huán)空容積達(dá)165 m3，固井時(shí)極易發(fā)生竄槽，將有大量的水泥漿上竄至尾管頂以上，造成浪費(fèi)還會(huì)對(duì)后期施工帶來(lái)影響，因此采取了測(cè)量循環(huán)周的方法，經(jīng)通井期間和下套管后多次測(cè)量，確定封固段環(huán)空容積為65 m3。

3.4 施工情況

一級(jí)施工結(jié)束投2號(hào)重力塞開(kāi)孔循環(huán)時(shí)，返出大部分加重隔離液；二級(jí)施工結(jié)束投1號(hào)重力塞開(kāi)孔循環(huán)時(shí)，返出少量混漿；三級(jí)施工替漿過(guò)程中，發(fā)生漏失，降低排量替漿至碰壓關(guān)孔，水泥漿返出地面，固井質(zhì)量均合格。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）針對(duì)塔北地區(qū)深井超深井多套壓力層系固井，通過(guò)掌握地層的破裂壓力和孔隙壓力來(lái)計(jì)算固井過(guò)程中各數(shù)據(jù)安全值，比如鉆井液密度和前置液用量等；根據(jù)實(shí)際施工狀況采用合理的控制施工壓力的固井技術(shù)措施如雙級(jí)固井技術(shù)、三級(jí)固井技術(shù)進(jìn)行施工。

（2）針對(duì)井底循環(huán)溫度高且波動(dòng)敏感等問(wèn)題，應(yīng)重點(diǎn)提高水泥漿性能。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)及采用計(jì)算機(jī)模擬來(lái)建立井下溫度分布數(shù)學(xué)模型來(lái)探討適合固井施工的水泥漿配方。

（3）為提高Φ177.8套管固井質(zhì)量可通過(guò)增大上層套管和鉆頭尺寸及縮小油層套管尺寸來(lái)適當(dāng)增大環(huán)空間隙，改善固井環(huán)境。

（4）在塔北5000 m左右膏巖層固井中，應(yīng)優(yōu)化注水泥作業(yè)措施，通過(guò)在漏失段打凝膠塞以及在尾管頂部預(yù)留水泥塞來(lái)提高固井質(zhì)量。

（5）針對(duì)輪南11-4井固井難點(diǎn)，通過(guò)采取對(duì)應(yīng)的措施對(duì)癥下藥，固井質(zhì)量全部合格。

1 張春濤.鹽膏層固井技術(shù)及應(yīng)用[J].鉆采工藝，2008，31(3):146-148.

2 侯殿波.深井鹽膏層固井水泥漿體系研究與應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù)，2004，32(3)：18-20.

3 盛勇,李桂方,李飛，等.三級(jí)固井技術(shù)在塔里木油田超深水平井中的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2009，31(2):27-31.

4 何世明，何平，尹成，等.井下循環(huán)溫度模型及其敏感性分析[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2002,24(1):57-60.

5 段永賢，秦宏德，樂(lè)法國(guó)，等.塔里木油田深井小間隙尾管固井難點(diǎn)及對(duì)策[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2005，27(6):891-892.