克深243井鹽膏層大尺寸套管固井技術(shù)

劉方義，高飛，李若華，張小建，田寶振，姚泊汗，韓自立

（1.渤海鉆探工程公司第一固井分公司，河北任丘 062552；2.渤海鉆探工程公司井下作業(yè)分公司，河北任丘 062552；3.渤海鉆探工程公司國際鉆采物資供應(yīng)分公司，天津 300457）

克深243井是部署在新疆拜城縣的一口評價井，南西距拜城縣約29 km，三開鉆進至庫姆格列木群鹽巖段中途完鉆，進行雙級固井封固裸眼，井深為5532m，井底靜止溫度為127.6℃，壓力為132mPa。二開固井結(jié)束后，水基鉆井液更換為油基鉆井液，鉆井液密度由1.79g/cm3上提至2.30g/cm3。 在鉆穿二開浮鞋時發(fā)生井漏，經(jīng)注堵漏漿堵漏成功，鉆進正常后進行地層破裂壓力實驗，井深為3425m，鉆井液密度為2.30g/cm3，加壓5mPa未破，當量密度為2.45g/cm3。三開鉆進期間鉆井液密度逐漸提至2.43g/cm3，下套管前采用“1+1+1”三扶鉆具組合下鉆通井，然后下入φ273.05mm+φ293.45mm套管進行雙級固井，為下步鉆進創(chuàng)造條件。固井前循環(huán)逐漸提排量至0.7m3/min，立管壓力為14mPa，發(fā)生井漏，停泵后地層回吐。通過前期井眼準備、漿體優(yōu)化、優(yōu)選合理施工方案等措施，保證了一、二級施工的順利完成，最終本次施工固井質(zhì)量合格，滿足下步作業(yè)要求。

1 固井技術(shù)難點及應(yīng)對措施

克深243井三開完鉆井深5532m，下入φ273.05mm+φ293.45mm套管，屬大尺寸大噸位深井鹽層固井，主要存在以下技術(shù)難點：①地層安全壓力窗口窄，地層承壓能力低，在發(fā)生井漏后地層有回吐特性，影響施工安全及固井質(zhì)量；②鹽膏層蠕變，下套管時間長，井底鉆井液靜止時間較長，對井眼質(zhì)量和鉆井液抗老化性能要求極高；③地層溫度和壓力高，電測井底靜止溫度為127.6℃，壓力為132mPa，屬于高溫高壓固井；④水泥漿密度、性能要求高，水泥漿密度為2.50g/cm3；⑤完鉆時鉆井液密度為2.43g/cm3，水泥漿與鉆井液密度差小，頂替效率差，易竄槽，影響固井質(zhì)量。

針對以上難點提出了如下的應(yīng)對措施：①下套管期間控制套管下放速度，下至上層管鞋附近時頂通循環(huán)不低于1個環(huán)空容積，套管下至設(shè)計井深后小排量頂通，逐漸提高循環(huán)排量；②采用“1+1+1”三扶鉆具組合通井處理井眼，保證通井鉆具與入井套管串剛度比大于1，調(diào)整鉆井液性能，進行鉆井液老化性能實驗測定，為下套管固井施工創(chuàng)造良好條件；③優(yōu)選抗高溫水泥漿，保證水泥漿在高溫高壓下的性能；④由以前濕混加入微錳、干混加入GM-1加重劑保證高密度水泥漿性能，改進為微錳與GM-1加重劑共同干混，更有利于水泥漿的流動性和穩(wěn)定性，避免濕混微錳導(dǎo)致配漿水密度不均勻，無法保證現(xiàn)場水泥漿密度；⑤采用沖洗型隔離液，充分隔離沖洗鉆井液與水泥漿，保證隔離液、水泥漿有較好的流變性，提高頂替效率。

2 下套管前的井眼準備

克深243井三開完鉆井深為5532m，裸眼段長為2113m，下入φ273.05mm+φ293.45mm套管，套管浮重442 t，且下部φ293.45mm套管為無節(jié)箍套管，下套管長達60 h，對井眼和鉆井液質(zhì)量要求較高。為使套管能夠順利下至設(shè)計井深，采用了三扶鉆具組合進行通井，經(jīng)計算三扶鉆具與套管串剛度比[1]為1.3，保證套管順利下至預(yù)定位置。為保證高溫長時間下的鉆井液性能，采用抗高溫鉆井液體系，并通過老化實驗，確保鉆井液性能滿足現(xiàn)場施工需求。

3 高密度抗鹽水泥漿體系研究

該井使用油基鉆井液鉆進，三開完鉆電測井底靜止溫度為127.6℃，實驗壓力為130mPa。通過以往高密度水泥漿研究[2-4]及現(xiàn)場施工綜合分析，為保證本次施工安全及固井質(zhì)量，水泥漿需具備流動性、穩(wěn)定性好，易頂替，具有防竄抗鹽溶效果等，為此進行了周密設(shè)計[5]。

①復(fù)配使用GM-1加重劑和超細微錳（Micromax），以干混方式提高水泥漿密度，配漿水內(nèi)不再加入加重劑材料，避免了配漿水因放置時間久，里面的加重劑沉淀，密度不均勻，導(dǎo)致的現(xiàn)場水泥漿密度不均勻，不能滿足設(shè)計要求，各種水泥漿性能與實驗室差別較大等情況，在一定程度上保證了施工安全及固井質(zhì)量；②在干混材料中加入硅粉和微硅，增強漿體穩(wěn)定性，提高水泥石的高溫強度，同時利用顆粒級配原理進行緊密堆積設(shè)計，保證水泥石滲透率；③在干灰中加入防氣竄劑Flok-2，配漿水中加入液硅防氣竄劑Flok-6，2種防氣竄劑雙重抑制油氣水侵入，提高水泥漿的防竄能力，保證水泥石的完整性；④在配漿水中加入抗鹽降失水劑、緩凝劑和分散劑，同時加入工業(yè)鹽，提高水泥漿的耐鹽穩(wěn)定性；⑤在配漿水中復(fù)配加入具有緩凝效果的高溫降失水劑和低溫降失水劑，降低緩凝劑的加量，避免大溫差下頂部水泥漿出現(xiàn)超緩凝；⑥一級固井水泥漿分領(lǐng)漿和尾漿，領(lǐng)漿具有較長稠化時間，保證分級箍開孔正常，尾漿強度發(fā)展快，能夠較快封固下部裸眼環(huán)空，確保井下安全。

3.1 防氣竄劑

為防止油氣水竄，同時加入防氣竄劑Flok-2和液硅防氣竄劑Flok-6，提高水泥漿的防竄能力。水泥漿配方如下，性能見表1。

1#（基礎(chǔ)配方） 阿克蘇G級水泥+GM-1加重劑+微錳+硅粉+微硅+抗鹽降失水劑HX-12L+降失水劑HX-11L+減阻劑HX-21L+緩凝劑FS-33L+消泡劑DF-A+工業(yè)鹽+淡水

2#1#+防氣竄劑Flok-2

3#2#+防氣竄劑Flok-6

表1 加入防氣竄劑前后水泥漿性能對比

納米液硅中硅粒子粒徑為200 nm左右，納米液硅中的固相顆?？梢蕴畛溆谒囝w粒之間，降低水泥漿流動度，提高水泥膠凝強度增長速率，防竄性能SPN值降低49%（對比于不加防氣竄劑的1#配方），起到了較好的防氣竄效果，同時能束縛水泥漿中的間隙水，降低游離水；加入該防氣竄劑的水泥石致密，滲透率低，水泥漿沉降穩(wěn)定性好。

3.2 水泥漿性能

通過干混超細微錳和GM-1這2種加重材料、濕混2種降失水劑交叉使用，保證了超高密度水泥漿的流變性、穩(wěn)定性及強度發(fā)展，現(xiàn)場一級水泥漿性能見表2和表3。由表2可以看出，水泥漿常規(guī)性能好，失水量小于50mL，不沉降、無游離液，上下密度差不大于0.03g/cm3，稠化時間可調(diào)，SPN值小于3，防氣竄效果好，綜合性能好，能滿足鹽膏層固井要求。由表3可以看出，水泥漿在常溫下同樣具有較好的流變性，現(xiàn)場水泥漿密度易操控；領(lǐng)、尾漿在常溫和高溫下存在流變梯度，有利于提高頂替效率。

表2 高密度抗鹽水泥漿常規(guī)性能

表3 常溫和實驗溫度106℃下水泥漿流變性

一級固井領(lǐng)漿水泥漿和尾漿水泥漿分別在環(huán)空上界面溫度下的靜膠凝實驗，見圖1和圖2。

圖1 領(lǐng)漿上界面溫度靜膠凝曲線

圖2 尾漿上界面溫度靜膠凝曲線

一級尾漿水泥漿在8.8 h后開始起強度，24 h后靜膠凝強度達到17mPa；一級領(lǐng)漿水泥漿在52.5 h后開始起強度，82 h后靜膠凝強度達到11.5 MPa，符合設(shè)計及井下要求，從而驗證了高溫降失水劑和低溫降失水劑復(fù)配的可行性。

3.3 沖洗型隔離液

高密度隔離液[6-7]在油基鉆井液固井中至關(guān)重要，需具有較好的流變性、穩(wěn)定性，與油基鉆井液和水泥漿有較好的相容性，并可改善套管壁和井壁的親水能力，提高兩界面的膠結(jié)質(zhì)量。該井隔離液配方為普通鐵礦粉+超細微錳+沖洗劑OCW-1L+工業(yè)鹽+減阻劑HX-21L+隔離劑O-SP+消泡劑DF-A+淡水。設(shè)計密度為2.45g/cm3前隔離液14m3，占環(huán)空高度500m，接觸時間7min，充分避免水泥漿與鉆井液接觸，其中沖洗劑OCW-1L起到“潤濕反轉(zhuǎn)”效果。

常溫及高溫106℃下隔離液性能見表4。

表4 常溫及高溫106℃下隔離液性能參數(shù)

該沖洗型隔離液具有較好的流變性，有利于沖刷井壁并驅(qū)替鉆井液；密度與流變性基本介于水泥漿與鉆井液密度之間，形成流變梯度，提高頂替效率。

隔離液穩(wěn)定性實驗結(jié)果：上部、中部、下部密度差小于0.03g/cm3，說明漿體經(jīng)106℃×130mPa后無沉降分層，漿體穩(wěn)定性良好。

4 雙級固井對于先漏后吐的現(xiàn)場處置

該井施工在固井前循環(huán)發(fā)生井漏，停泵后地層回吐[8-11]，分析主要存在以下風險：①水泥漿漏入地層后，回吐至環(huán)空的流體將是水泥漿的混漿，嚴重影響固井質(zhì)量；②若漏層處含有鹽水，水泥漿與地層鹽水接觸，水泥漿存在“閃凝”風險，導(dǎo)致環(huán)空憋堵或分級箍孔道堵塞；③若漏層處含有鹽水，鹽水進入環(huán)空后將導(dǎo)致液柱壓力下降，進而引起井控風險。綜合考慮井下情況，為保證施工安全，提高固井質(zhì)量，確定以下施工措施：一級固井期間鉆井液全程通過節(jié)流管匯返出，環(huán)空處于關(guān)閉狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥控制出口鉆井液流量，嚴格監(jiān)控出口返出及施工泵壓，達到抑制地層回吐目的；投重力彈期間，環(huán)空關(guān)閉，避免地層回吐造成分級箍附近出現(xiàn)水泥漿與鉆井液的混漿，保證分級箍開孔正常；開孔循環(huán)時，通過控制節(jié)流閥，達到不溢不漏狀態(tài)下排放混漿；一級固井候凝結(jié)束，套管坐掛，循環(huán)發(fā)生井漏，先投關(guān)孔塞進行分級箍關(guān)孔，通過環(huán)空反擠水泥施工，確保二級固井質(zhì)量。

5 現(xiàn)場施工

克深243井三開使用φ273.05mm+φ293.45mm復(fù)合套管，下至井深5532m，下套管前對鹽膏層進行測蠕變實驗，達到90 h后采用三扶鉆具組合通井，經(jīng)驗證井眼正常無明顯掛卡，并對鉆井液進行高溫老化實驗，高溫老化前后鉆井液性能無明顯差異，滿足下套管條件。固井前鉆井液密度為2.43g/cm3，黏度為95 s，開泵循環(huán)，逐漸提排量至0.7m3/min，立管壓力為14mPa，發(fā)生井漏，停泵后地層回吐，上提至固井施工排量為35 L/s，漏速約為循環(huán)排量的50%，關(guān)閉封井器，打開節(jié)流管匯。一級固井管匯試壓30mPa，注入14m3密度為2.45g/cm3前置沖洗型隔離液，注入16m3領(lǐng)漿、 29m3尾漿，水泥漿最高密度為2.51g/cm3，最低密度為2.49g/cm3，平均密度為2.50g/cm3，替密度為2.43g/cm3鉆井液至248m3，碰壓，壓力由15mPa升至20mPa，泄壓無回流。投重力塞，到達分級箍后打壓至15mPa開孔，出口返出，循環(huán)排放混漿。候凝，套管座掛，循環(huán)提排量至25 L/s，井下發(fā)生漏失，投二級關(guān)孔塞，到達分級箍后打壓至22mPa，分級箍關(guān)孔成功，自套管頭旁通接管線進行固井施工。二級固井管線試壓25mPa，注入9m3密度為2.45g/cm3的前置沖洗型隔離液，注入150m3水泥漿，最高密度為2.52g/cm3，最低密度為2.49g/cm3，平均密度為2.50g/cm3，替入2m3密度為1.01g/cm3清水，關(guān)閉套管頭旁通閘門，候凝。一、二級固井施工連續(xù)正常，選用的抗鹽高密度水泥漿和隔離液，入井密度均勻，漿體穩(wěn)定性和流動性好，現(xiàn)場易混配操作。固井結(jié)束后候凝72 h，鉆水泥塞，電測聲幅，通過CBL解釋，固井質(zhì)量合格率為100%，優(yōu)質(zhì)率為28.3%。

6 結(jié)果與討論

1.采用三扶鉆具組合進行通井，通井鉆具與套管剛度比為1.3，φ273.05mm+φ293.45mm復(fù)合套管下入過程中未有明顯遇阻顯示，順利下至設(shè)計井深。

2.該次施工水泥漿中加重材料均干混，現(xiàn)場配漿水內(nèi)不含加重劑材料，放置72 h以上密度無差異，現(xiàn)場混配水泥漿流動性較好，入井水泥漿密度均勻，符合設(shè)計要求；2種防氣竄劑雙重抑制油氣水侵入，提高水泥漿的防竄能力；高溫降失水劑和低溫降失水劑復(fù)配使用，降低緩凝劑的加量，避免大溫差下頂部水泥漿出現(xiàn)超緩凝。

3.鹽膏層雙級固井，在井下先漏后吐情況下，一級固井及開孔循環(huán)期間原則上在減少漏失量的情況下抑制地層回吐，二級固井在井下漏失情況下通過環(huán)空反擠完成，保障了井筒完整性。本次固井施工順利完成，固井質(zhì)量合格。