延長氣田西部地區(qū)中深井固井技術(shù)研究

賀 健 蔣立宏 肖國平 王戰(zhàn)偉 張小霞 王真毅

(陜西延長石油(集團)有限責任公司油氣勘探公司，陜西 延安 716000)

延長氣田西部地區(qū)包括陜西省西北部的志丹縣、吳起縣、定邊縣、靖邊縣等，地質(zhì)位置處于鄂爾多斯盆地西傾單斜構(gòu)造 —— 陜北斜坡的東北部。該氣田埋藏深，地質(zhì)條件復雜，“三低”特征顯著。

隨著延長氣田勘探開發(fā)強度的不斷加大以及開發(fā)范圍的不斷拓寬，西部地區(qū)天然氣中深井的數(shù)量不斷增加。中深井完井固井過程中的事故發(fā)生率較高，固井質(zhì)量合格率偏低，制約了氣井后期開發(fā)。固井作業(yè)不僅關(guān)系到能否順利完井，而且影響投產(chǎn)后氣井質(zhì)量的好壞、壽命的長短及產(chǎn)量的高低。目前關(guān)于延長氣田中深井固井技術(shù)難題的研究報道較少。本次研究的主要目的是探索適合于西部地區(qū)中深井的固井工藝及提高中深井固井質(zhì)量的技術(shù)措施，以滿足氣田后期更深入勘探開發(fā)的需求。

1 主要技術(shù)難題

1.1 裸眼及封固段較長

延長氣田西部地區(qū)中深井地質(zhì)條件相對復雜，多采用長裸眼鉆井工藝技術(shù)。為了縮短氣井建井周期，普遍為二開井身結(jié)構(gòu)，使裸眼段長度進一步增加。該區(qū)裸眼段長度普遍為3 600～4 500 m，封固段長，環(huán)空水泥漿柱壓力高，易致下部漏失，上部壓力不穩(wěn);同時，地層壓力大、水泥漿稠化時間長，氣體容易侵入水泥漿而發(fā)生氣竄;此外，注替量大、泥漿比重高、循環(huán)摩阻大等原因造成施工泵壓高。這些情況均對固井設(shè)備提出了更高的要求，固井設(shè)備的條件直接關(guān)系到能否正常施工。

1.2 井底溫度高、溫差大

溫度會嚴重影響水泥漿的性能，是固井設(shè)計首要考慮的因素。井底高溫使水泥漿稠化時間迅速縮短，流動時間大大減少，普通固井附件及水泥漿體系無法保證深井固井的現(xiàn)場施工和質(zhì)量。井口到井底的溫度變化大，隔離液和水泥漿的性能不易控制;一旦性能發(fā)生變化，就會導致頂替效率降低，影響固井質(zhì)量。該區(qū)大部分中深井井底溫度可超過100℃，溫差高達55～75℃。

1.3 存在鹽(膏)地層

在部分區(qū)域存在鹽(膏)地層，遇水容易產(chǎn)生溶蝕而使井眼形狀不規(guī)則，從而導致固井施工時頂替效率降低，水泥漿不能完全填充環(huán)空，無法形成整體有強度的水泥石。另外，鹽(膏)層的溶解會對隔離液和水泥漿的性能產(chǎn)生影響，降低隔離液攜砂和沖蝕泥餅效果，使水泥漿變稠，降低水泥石的強度，甚至可能使水泥漿迅速閃凝，造成“灌香腸”的事故發(fā)生。

1.4 其他技術(shù)難題

地層壓力系統(tǒng)復雜多樣、井壁穩(wěn)定性差、地層承壓能力低等問題也存在。井越深，鉆遇復雜地層的可能性就越大。中深井地層情況復雜，其中多套地層壓力體系并存，易出現(xiàn)上涌下漏或上漏下涌等現(xiàn)象。同時，延長氣田西部地區(qū)中深井的井壁穩(wěn)定性差，導致井眼不規(guī)則，出現(xiàn)“大肚子”或“糖葫蘆”形狀的井段較多;劉家溝組底部和井底地層承壓能力低，在注替水泥漿時易造成漏失。

2 關(guān)鍵技術(shù)措施研究

2.1 長封固段固井技術(shù)措施

為了能夠有效地降低長封固段的環(huán)空液柱壓力和平衡地層壓力，防止漏失，可采用低密度(1.25～1.55 g/cm3)高強度水泥漿體系，并與雙級固井工藝技術(shù)相結(jié)合。

根據(jù)顆粒級配原理，選用粉煤灰、微硅、漂珠等不同粒徑的減輕材料，選用抗高溫配伍性好的外加劑，合理設(shè)計比例和加量關(guān)系，配制出密度低、失水少、抗高溫、強度高，并且滿足不同地層壓力固井需要的低密高強水泥漿體系。常見低密高強水泥漿體系的基本配方如下:配方1，G級水泥+粉煤灰+漂珠+降失水劑+早強劑+分散劑+緩凝劑;配方2，G級水泥+漂珠+微硅+早強劑+緩凝劑+降失水劑+分散劑;配方3，G級水泥+粉煤灰+微硅+降失水劑+分散劑+早強劑+緩凝劑。3種配方的低密度水泥漿性能如表1—表3所示。

表1 配方1配制的低密度水泥漿性能

表2 配方2配制的低密度水泥漿性能

表3 配方2配制的低密度水泥漿性能

延長氣田西部地區(qū)中深井一級固井施工時間較長，普遍達170～200 min。對比分析上述低密度水泥漿的性能和稠化時間可知，在相同密度下配方2的水泥石強度均大于其余2種配方的水泥石強度，因此配方2更用于延長氣田西部地區(qū)中深井固井。

為了解決雙級固井一級封固段較長、氣竄現(xiàn)象嚴重、上下溫差較大而影響固井質(zhì)量的技術(shù)難題，一級高密設(shè)計采用領(lǐng)漿和尾漿的多凝水泥漿體系，既能在高密度水泥漿失重后壓穩(wěn)地層，又能讓含氣層的水泥漿在短時間內(nèi)迅速稠化，以防止氣竄發(fā)生。高溫下，加入硅砂可增加水泥石強度，并控制其衰減速度;水泥漿中加入晶格膨脹劑，可防止水泥稠化過程中發(fā)生氣竄。表4列出抗高溫高密度領(lǐng)漿和尾槳水泥漿體系及主要性能。

表4 抗高溫多凝高密度水泥漿配方及主要性能

2.2 鹽(膏)層固井技術(shù)措施

鹽(膏)層在高溫下的溶蝕作用影響著隔離液和水泥漿性能。為了避免固井時發(fā)生事故并保證固井質(zhì)量，采取以下技術(shù)措施:(1)采用飽和鹽水，具有防氣竄、防水泥石脆裂的“雙防”水泥漿體系;(2)做水泥漿和含鹽(膏)鉆井液的相容性實驗，確保水泥漿達到鹽 (膏)層固井的要求;(3)采用抗高溫抗鹽高效懸浮隔離液體系，保證井壁余留泥餅被沖洗干凈;(4)水泥漿返至鹽(膏)層段時，采用低速替漿，防止鹽(膏)上地層發(fā)生漏失。

2.3 優(yōu)質(zhì)高效隔離液

在低返速條件下提高頂替效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是前置隔離液的選擇。通過調(diào)研優(yōu)選出一種由懸浮穩(wěn)定劑、降失水劑、流型調(diào)節(jié)劑組成的高溫抗鹽隔離液體系SQG-1，具有抗鹽耐高溫、剪切稀釋性好、沖洗性能好的特點，應用于高溫、鹽(膏)層時整體性能穩(wěn)定，能高效地頂替泥漿、沖洗井壁，為水泥漿提供良好的膠結(jié)截面。

3 典型實例分析

3.1 基本情況和氣層固井設(shè)計

以Y1623井為例進行實例分析，該井位于定邊縣，主力含氣層為盒8段和山12段，劉家溝組底部和井底漏失嚴重，完鉆井深為4 055 m，套管下深為4 050 m，井底溫度為114℃。固井設(shè)計為雙級固井，分級箍放在2 660.4—2 661.1 m深層段，一級固井段長為1 393.9 m，二級固井段長為2 661.1 m。其氣層固井設(shè)計如表5所示。該井封固段較長，循環(huán)泵壓較高，無法實現(xiàn)大排量注替，造成水泥漿頂替效率低;為此，在頂替過程中保證紊流的情況下，盡可能降低頂替排量。

(1)一級固井水泥漿配方。一級低密配方為:70.00%G 級水泥 +25%漂珠 +5.00%微硅、0.80%緩凝劑+0.80%分散劑+1.50%降失水劑+2.00%早強劑;一級高密領(lǐng)漿配方為:98.00%G級水泥+2.00%硅粉 +2.50%降失水劑 +2.00%早強劑 +0.02%消泡劑 +1.00%減阻劑;一級高密配方為:98.00%G級水泥+2.00%硅砂+3.00%降失水劑+3.00%早強劑+3.00%晶格膨脹劑+1.00%減阻劑+0.02%消泡劑;一級高密尾漿配方為:98.00%G級水泥+2.00%硅砂+3.00%早強劑+3.00%晶格膨脹劑。其試驗結(jié)果如表6所示。

(2)二級固井水泥漿配方。二級低密配方為:60%G級水泥+25%漂珠+15%微硅+0.9%緩凝劑+分散0.5%劑+1.2%降失水劑+2%早強劑;二級高密配方為:100%G級水泥+3%早強劑+0.02%消泡劑。其試驗結(jié)果如表7所示。

表5 Y1623井氣層固井設(shè)計

表6 Y1623井一級固井水泥漿配方性能試驗結(jié)果

表7 Y1623井二級固井水泥漿配方性能試驗結(jié)果

3.2 固井施工和質(zhì)量

該井一級固井地面施工正常，無漏失;二級固井地面施工正常，在替漿到26 m3時井口斷流，約漏失7 m3;后采用井口反擠補救措施，施工壓力達到13 MPa，反擠水泥漿量0，反擠失敗。

固井質(zhì)量測井綜合解釋及固井質(zhì)量解釋成果顯示，該井中固井操作聲幅 Af≤15%的占60.8%，15% ＜Af≤30%的占20.8%，Af＞30%的占18.4%，綜合解釋為一級固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)，全井固井質(zhì)量合格。

表8 Y1623井固井質(zhì)量測井綜合解釋成果表

4 結(jié)語

(1)延長氣田西部地區(qū)中深井固井的關(guān)鍵難題是裸眼長封固段長，井底溫度高、溫差大，存在鹽(膏)層，地層壓力系統(tǒng)復雜多樣、井壁穩(wěn)定性差、地層承壓能力低。

圖1 Y1623井部分井段固井質(zhì)量解釋成果圖

(2)針對該區(qū)中深井固井難點，研究應用了不同的水泥漿體系:高溫抗鹽水泥漿體系、低密高強度水泥漿體系和抗高溫SQG-1隔離液。

(3)為保證頂替效率，替漿排量在紊流情況下，盡量采用低返速。

［1］孫兆玉.準噶爾盆地深井固井難點分析與技術(shù)對策［J］.石油鉆探技術(shù)，2004，32(4):15.

［2］周仕明，丁士東，桑來玉.西部地區(qū)深井固井技術(shù)研究［J］.石油鉆探技術(shù)，2005，33(5):83-87.

［3］張宏軍.深井固井工藝技術(shù)研究與應用［J］.石油鉆探技術(shù)，2006，34(5):44-48.

［4］于永金，靳建洲，劉碩瓊，等.抗高溫水泥漿體系研究與應用［J］.石油鉆探技術(shù)，2012，40(5):35-39.

［5］錢明壯，李邦連.用于深井固井的隔離液［J］.石油鉆采工藝，1985，4(5):39-42.

［6］滕學清，李早元，謝飛燕，等.深井鹽膏及鹽水地層固井隔離液體系研究［J］.西南石油大學學報(自然科學版)，2010，32(4):138-142.

［7］姚啟慶，胡中磊，呂志國，等.“雙防”水泥漿在JS油田中深井固井中的應用［J］.復雜油氣藏，2014，7(1):65-68.