大港油田調整井固井技術的研究與應用

王東明 （中石油華北油田分公司勘探部，河北 任丘062452）

張華 （中國石油鉆井工程技術研究院，北京100195）

王貴富 （中石油渤海鉆探工程有限公司第二固井分公司，天津300280）

徐明，張順平，丁志偉，袁雄 （中國石油鉆井工程技術研究院，北京100195）

在油田開發(fā)中后期，調整井是提高油田儲量動用程度、實現(xiàn)油田穩(wěn)產(chǎn)的重要措施之一［1］。大港油田調整井隨著復雜斷塊油藏的深入開發(fā)，地質構造復雜化（主要是油氣水層多、層間隔小，層間壓力系統(tǒng)差別大、地層壓力動態(tài)變化，固井候凝過程易發(fā)生水侵），鉆井液膨潤土含量高，觸變性強，虛泥餅厚等一系列的固井難題日益突出，嚴重制約著調整井固井質量的提高。

針對這些固井難題，之前主要采用“重泥漿帽”固井技術，即在前置液前面注入高密度鉆井液，補償候凝期間水泥漿失重，同時設計兩凝常規(guī)密度水泥漿體系封固水層。但由于高密度鉆井液黏切值高、井壁形成的虛泥餅厚，影響頂替效率和界面膠結；兩凝水泥漿的稠化時間差太小，影響漿柱壓力傳遞，增加了地層流體竄流風險，而活躍的水層使得水泥漿失重后易水侵，嚴重影響固井質量。因此確定了“替凈、居中、壓穩(wěn)、密封”是亟需解決的關鍵技術問題，因地制宜通過優(yōu)化井眼準備、沖洗隔離液技術、兩凝防竄韌性水泥漿技術、平衡壓力固井技術等配套技術，形成了適合大港油田調整井固井的工藝及方法，有效地提高了大港油田調整井固井質量，并為后續(xù)作業(yè)奠定技術基礎，為實現(xiàn)油田穩(wěn)產(chǎn)提供了質量保障。

1 固井難點

大港油田調整井存在的主要固井技術難點：

1）高壓層不確定、壓力系統(tǒng)動態(tài)變化大；水侵頻出，層間封隔要求高、難度大。

2）鉆井液的觸變性大、虛泥餅厚、頂替效率低，易產(chǎn)生“弱界面”現(xiàn)象；混漿水泥強度發(fā)展慢，導致界面膠結質量差。

3）鉆井液與水泥漿污染嚴重，影響頂替效率及固井施工安全。

4）地層流體以“溶解遷移”方式破壞水泥環(huán)的結構和膠結質量，造成部分層位無水泥顯示，比氣侵所造成的危害更為嚴重，水泥漿防水竄水侵性能要求高。

5）在射孔、體積壓裂的開發(fā)中，普通水泥石脆性大，難以保持水泥石的力學完整性，影響后期作業(yè)。

2 固井技術措施

針對大港油田調整井存在的主要固井技術難點，通過采用井眼準備、沖洗隔離液技術、兩凝防竄韌性水泥漿技術、平衡壓力固井技術等配套技術，形成了適合大港油田調整井固井的工藝及方法，為大港油田調整井固井質量的提高提供了技術保障。

2.1 井眼準備

針對井壁不規(guī)則、鉆井液膨潤土含量高易產(chǎn)生厚虛泥餅等易造成水泥漿竄槽、二界面膠結質量差的問題，主要從鉆井液性能優(yōu)化、通井、環(huán)空返速等方面出發(fā)，確保井眼干凈，確保頂替效率，為固井質量的提高創(chuàng)造條件。具體技術措施如下：

1）優(yōu)化鉆井液性能，減小觸變性和虛泥餅厚度。

2）采用“雙扶”通井，提高井徑規(guī)則度，減少虛泥餅厚度，保證套管順利下入。

3）固井前鉆井液性能實現(xiàn)低黏切達到以下性能要求：當鉆井液密度＜1.30g／cm3時，屈服值＜5Pa，塑性黏度10～30mPa·s；當鉆井液密度為1.30～1.80g／cm3時，屈服值＜8Pa，塑性黏度22～30mPa·s；當鉆井液密度＞1.80g／cm3時，屈服值＜15Pa，塑性黏度40～75mPa·s［2］。

4）軟件模擬，合理設計扶正器類型、數(shù)量與安放位置，保證套管居中度不低于67%；建議扶正器安放如下：井斜≤30°，每3根套管加放1只彈性扶正器；30°＜井斜＜50°，每2根套管加放1只剛性扶正器；井斜≥50°，每1根套管加放1只剛性扶正器。

5）裸眼環(huán)空返速大于1m／s，紊流頂替，提高沖洗及頂替效率。

2.2 沖洗隔離液技術

針對井壁不規(guī)則，聚合物型鉆井液觸變性強、虛泥餅厚、含有5%～8%柴油等油性物質，鉆井液與水泥漿污染嚴重影響沖洗頂替效率及施工安全（表1），采用沖洗隔離液技術（表2）實現(xiàn)沖洗、隔離一體化，利用“相似相容”原理“溶解”油性物質，借助棱形顆粒加重材料的強沖刷作用力提高沖洗作用，使沖洗效率較清水提高1倍（表3）；且與鉆井液、水泥漿相容性好（表4～6），確保了沖洗頂替效率與施工安全。

表1 鉆井液與水泥漿相容性

表2 沖洗隔離液體系組成

表3 沖洗效果評價

表4 沖洗隔離液與鉆井液相容性

表5 沖洗隔離液與水泥漿相容性

表6 水泥漿、沖洗隔離液和鉆井液的三相相容性

2.3 兩凝防竄韌性水泥漿技術

針對高壓水層易竄流、普通水泥石脆性大，壓裂等后續(xù)作業(yè)難以保持力學完整性等難題，在水泥漿體系中摻入早強劑、膠乳優(yōu)化水泥漿體系（表7），尾漿摻入早強劑，促進水泥水化，實現(xiàn)速凝早強，有效縮短水泥漿稠化過渡時間，提高水泥漿的防竄能力；摻入膠乳有效降低了水泥石的彈性模量（普通純水泥石的彈性模量約10GPa）（表8），低彈性模量水泥石降低了射孔、壓裂等沖擊作用力的傳遞系數(shù)，從而降低了沖擊作用力對水泥石本體的破壞力，提高了水泥石的力學完整性［3～5］。

表7 水泥漿體系組成

表8 水泥漿性能

2.4 平衡壓力固井技術

以平衡壓力固井“三壓穩(wěn)”為工藝技術核心，從稠化試驗溫度、漿柱結構、環(huán)空加壓、尾漿失重后的當量密度等角度優(yōu)化工藝技術，形成具有大港油田調整井特色的平衡固井技術，有效保證固井施工安全，提高固井質量，其技術措施如下：

1）稠化試驗溫度系數(shù)由之前的0.80～0.85降低至0.70～0.72。

2）尾漿稠化附加時間由原來的60～90min縮短至小于30min，領尾漿稠化時間差由原來的90min以上延長至240min以上，使尾漿終凝時，領漿初凝，保證靜液柱壓力有效傳遞。

3）在不存在井漏的前提下，確保尾漿失重后井底當量密度高于完鉆鉆井液密度至少0.20g／cm3，有效壓穩(wěn)地層流體。①提高水泥漿密度：由原來的1.80～1.85g／cm3提高至1.92～1.98g／cm3；②提高隔離液密度及增加用量：隔離液密度大于鉆井液密度至少0.30g／cm3，隔離液用量由原來的占裸眼環(huán)空高度100～200m增加至800～1000m；③優(yōu)化環(huán)空憋壓技術措施：由原來的憋壓候凝24h優(yōu)化為憋壓候凝至尾漿終凝（優(yōu)化后的憋壓候凝時間為5～8h）。

3 應用實例

以上配套固井技術措施，已應用于大港油田調整井葉2－5井、女 K61－40井、段38－34井、小16－19井、小16－23井、小5－23－1L井等10余口井，其中小集和段六撥是大港油田調整井中地層復雜程度最大、單井油層含量最多的區(qū)塊，故以大斜度井小5－23－1L井?139.7mm油層套管固井為例，有針對性地優(yōu)化固井工作液體系及工藝技術，為提高固井質量提供了技術保障。

1）基本情況 三開完鉆鉆頭?215.9mm，三開完鉆井深4363m（垂深3745m），?139.7mm套管下深4359m；井底靜止溫度128℃，井底循環(huán)溫度92℃；聚磺鉆井液密度1.42g／cm3。

2）固井難點 該井共有36個油氣層段，且每2～3個油氣層中夾雜水層，壓力系統(tǒng)紊亂；水層易出現(xiàn)流體竄流；井斜71°；裸眼段平均井徑擴大率10%，井徑不規(guī)則度大（最大井徑376.3mm），頂替效率低；油氣上竄速度27m／h，易發(fā)生氣侵。

3）固井技術措施 ①采用雙扶通井，固井前鉆井液性能低黏切，領漿稠化時間375min（領漿施工時間85min），尾漿稠化時間78min（尾漿施工時間54min）。②1.80g／cm3沖洗隔離液用量32m3，鉆井泵注排量1.8～2.1m3／min；1.92g／cm3領漿42m3，1.92g／cm3尾漿25m3，水泥車注水泥漿排量1.2～1.5m3／min；水泥車頂替壓膠塞液（清水＋緩凝劑）3m3，排量0.5～0.8m3／min；鉆井泵頂替1.42g／cm3鉆井液44.3m3，排量1.8～2.1m3／min；水泥車頂替清水3m3，排量0.3～0.6m3／min；固井施工順利，且尾漿失重后，井底當量密度高于完鉆鉆井液密度0.23g／cm3，環(huán)空憋壓5MPa／8h。③大排量頂替保證了沖洗頂替效率；優(yōu)化漿柱結構，環(huán)空憋壓，提高壓穩(wěn)系數(shù)；候凝48h測井，固井質量優(yōu)質。

4 總結與認識

1）針對大港油田調整井固井難點，提出了存在的關鍵技術問題及解決問題的固井理念，有效推動了固井質量的提升。

2）從沖洗與頂替效率角度出發(fā)，提出了沖洗隔離液的紊流沖洗與頂替置換技術，保證了沖洗與頂替效率。

3）通過增韌及速凝早期技術實現(xiàn)水泥漿體系的防竄韌性改造，通過降低稠化試驗溫度、提高壓穩(wěn)系數(shù)、縮短憋壓候凝的時間等優(yōu)化平衡壓力固井技術，保證了固井施工安全，保障了固井質量。

4）該配套技術已在大港油田調整井應用10余口井，固井質量全部合格，形成了具有大港油田調整井固井特色的工藝及方法，有效保障了該地區(qū)的固井質量，為后續(xù)作業(yè)奠定了技術基礎。

［1］楊學德，何啟賢，劉暢，等 .注水井對調整井鉆井的影響及對策 ［J］.石油鉆探技術，2001，29（2）：16～18.

［2］中國石油集團工程技術分公司 .中國石油集團固井技術規(guī)范 ［Z］.北京：中國石油集團公司，2008.

［3］劉崇建，黃柏宗，徐同臺，等 .油氣井注水泥理論與應用 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2001.

［4］路俊剛，郭小陽，楊香艷，等 .膠乳水泥體系的室內研究 ［J］.西部探礦工程，2006，18（2）：78～80.

［5］汪漢花，高莉莉 .固井水泥石力學性能研究現(xiàn)狀淺析 ［J］.西部探礦工程，2010，22（4）：70～73.