束鹿荊丘構(gòu)造膏鹽層雙層套管固井技術(shù)與應(yīng)用

王福昌，藍 雁，黃 霞，孔 娜，于萬寶

（渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司）

王福昌等.束鹿荊丘構(gòu)造膏鹽層雙層套管固井技術(shù)與應(yīng)用.鉆采工藝，2019，42（5）：27-30

冀中坳陷束鹿凹陷荊丘構(gòu)造帶晉45斷塊由于存在膏鹽層給固井工程帶來很多難題，同時，膏鹽層的蠕變，破壞環(huán)空水泥環(huán)，擠毀套管，縮短油氣井的使用壽命［1］。針對該類問題，經(jīng)過多年的研究與探索，采用雙層套管結(jié)構(gòu)可有效防止膏鹽層蠕變。雙層套管固井存在很多技術(shù)難題，如下入難度大、水泥漿易被鈣侵、封固段同時存在大環(huán)空及小間隙，難以滿足大小井眼同時存在的頂替效率問題［2］。經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，研制出配套的沖洗隔離液體系和性能優(yōu)良的抗鹽水泥漿體系，較好地解決了困擾膏鹽層雙層套管固井的諸多瓶頸難題，確保施工安全，固井質(zhì)量得到有效保證。

一、膏鹽層雙層套管固井難點

冀中坳陷束鹿凹陷荊丘構(gòu)造帶膏鹽層純度高，Ga2+、Na+含量高，石膏吸水膨脹導(dǎo)致井壁縮徑、剝落掉塊、井壁失穩(wěn)，巖層蠕變率高，造成套管變形或擠毀［3］，對固井質(zhì)量要求高。以前該區(qū)塊所鉆30多口井均因膏鹽層蠕變、套管擠毀報廢，為解決套管擠毀難題，決定采用雙層套管固井工藝，雙層套管固井難點主要有以下幾個方面：

（1）膏鹽層容易導(dǎo)致水泥漿發(fā)生污染絮凝；同時膏、鹽層井段地層吸水，易導(dǎo)致水泥漿閃凝，易造成“灌香腸”等工程事故［4］。

（2）膏鹽、鹽巖層對水泥石有腐蝕作用，同時膏鹽層的蠕變對水泥環(huán)的力學(xué)性能要求較高［5］，如何保證小間隙下水泥環(huán)的力學(xué)性能也是一大難點。

（3）雙層套管固井，單層套管部分存在井眼大、套管小，環(huán)空間隙大，在雙層套管部分為小間隙固井，難以滿足大小井眼同時存在的頂替效率問題，井壁虛濾餅難以祛除干凈，井眼不規(guī)則，套管居中度不能保證［6］，固井質(zhì)量難以保證。

（4）膏鹽層屬于可溶性地層，它的溶解與流動不僅會嚴(yán)重影響固井過程中水泥漿性能的穩(wěn)定，而且會給固井作業(yè)帶來相當(dāng)大難度，尤其是無法形成良好的水泥環(huán)，很容易使可溶性地層再次產(chǎn)生塑性流動，使油層套管進而受到不均勻地層載荷的影響迅速損壞，影響油井的正常生產(chǎn)［7］。

二、雙層套管下套管工藝

雙層套管固井技術(shù)就是在膏鹽層段通過雙層套管下入工具下入雙層套管，在內(nèi)層套管與外層套管間注水泥或者灌入機油，外層套管與地層用水泥漿封固，人為提高套管抗擠能力，防止膏鹽層蠕變擠毀套管。

注油式雙層套管施工工藝為：

（1）按照設(shè)計要求下入雙層套管下部套管及浮箍浮鞋至設(shè)計長度。

（2）連接雙層套管下閥（圖1），下閥下部有與下部套管尺寸一致的公螺紋，上部有與內(nèi)外層套管一致的兩個母螺紋。

（3）外層套管連接到雙層套管下閥上，按設(shè)計長度下入，在井口固定，形成工作臺面。

圖1 注油式雙層套管下閥

圖2 注油式雙層套管上閥

（4）下入內(nèi)層套管，并按設(shè)計下入扶正器，快到設(shè)計長度時減緩下放速度，對扣、連接雙層套管下閥。

（5）在雙層套管內(nèi)層與外層之間注入干凈機油，若液面不下降則對扣正確。

（6）接雙層套管上閥（圖2）及套管短接，先連接橡膠密封件再旋入密封套最后接套管短接，觀察是否密封。

（7）繼續(xù)下油層套管，進行常規(guī)固井施工作業(yè)。

三、隔離液體系研究

1.隔離液組成

隔離液由懸浮劑、加重劑、降失水劑、沖洗劑組成［8］。懸浮劑配制成的黏性基液，具有優(yōu)良的懸浮性和剪切稀釋性；沖洗劑對鉆井液、水泥漿、鉆井液與水泥漿的污染膠凝物均有顯著的稀釋分散作用，對套管、井壁界面具有良好的化學(xué)沖洗及水潤濕效果［9］，清除泥漿虛濾餅，提高水泥漿頂替效率，提高固井質(zhì)量；加重劑采用惰性的重晶石粉，調(diào)整隔離液密度，平衡地層壓力［10］。

2.隔離液基本性能

由表1可知，隔離液在常溫及高溫下均具有良好的流態(tài)，穩(wěn)定性能好，API失水滿足要求。從數(shù)據(jù)上反應(yīng)，不同密度隔離液均有較好的性能，易于泵送，能有效的沖洗井壁，提高界面膠結(jié)質(zhì)量。

3.隔離液的抗鹽性能

通過鹽的加量變化，觀察隔離液的流變性能（表2），從而確定該體系的抗鹽性。

表1 隔離液基本性能

表2 鹽對隔離液性能影響

從表2可以看出，隨著鹽濃度的增加，漿體塑性黏度略有增加，動切力增大，API失水變化較小，從隔離液性能來看，抗鹽性能較好。

四、抗鹽水泥漿體系研究及評價

鹽溶液是一種強電解質(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、緩凝等不同效應(yīng)，因此，封固鹽膏層時水泥漿各項性能難于控制［11］。如何合理的選擇外加劑保證水泥漿性能是能否確保施工安全及固井質(zhì)量的關(guān)鍵。

通過實驗，優(yōu)選出了抗鹽降濾失劑、減阻劑、緩凝劑。降濾失劑是一種AMPS的高分子聚合物，AMPS分子中含有微酸基，具有良好的抗鹽性；該產(chǎn)品還具有水泥漿失水低、流變性能好、漿體穩(wěn)定、游離水低，對稠化時間影響較小，水泥石早期強度發(fā)展迅速等優(yōu)點。減阻劑可明顯提高水泥漿的流動性，改善水泥漿流性指數(shù)，降低稠度，保證鹽水水泥漿的漿體流態(tài)。緩凝劑對鹽水水泥漿緩凝效果明顯，稠化時間與加量呈線性關(guān)系，且稠化曲線呈“直角”［12］。

通過改變配方中外加劑加量大小，觀察水泥漿的性能（表3），看外加劑對水泥漿性能的影響。

表3 水泥漿性能

配方1：G級水泥+5%降濾失劑+0.8%減阻劑+0.6%緩凝劑+鹽濃度18%鹽水。

配方2：G級水泥+4%降濾失劑+0.8%減阻劑+0.6%緩凝劑+鹽濃度18%鹽水。

配方3：G級水泥+5%降濾失劑+1.5%減阻劑+0.6%緩凝劑+鹽濃度18%鹽水。

配方4：G級水泥+5%降濾失劑+0.8%減阻劑+1.0%緩凝劑+鹽濃度18%鹽水。

從以上實驗可以得出：①降濾失劑可以很好的控制失水，隨著降失水劑的增加，API失水變?。虎跍p阻劑能有效的降低水泥漿的六速，調(diào)整漿體流態(tài)；③緩凝劑對六速影響極小的情況下，通過調(diào)整加量，能有效的調(diào)節(jié)稠化時間；④該抗鹽水泥漿流動性能好，早期強度發(fā)展快，且具有較高的強度值，有利于提高水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量。

五、現(xiàn)場應(yīng)用實例

1.晉45-177X井概況

晉45-177X井是華北油田采油五廠在冀中坳陷束鹿凹陷荊丘構(gòu)造帶晉45斷塊的一口重點評價井，該井所處區(qū)塊地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沙一段下部存在膏鹽層，以前所鉆30多口井均因膏鹽層蠕變，套管擠毀報廢。本井使用?241.3 mm 鉆頭，完鉆井深3 361 m，?139.7 mm套管下深3 359.56 m，經(jīng)過認真研究，在2 935～3 123m下入雙層套管，內(nèi)層下入?139.7 mm壁厚10.54 mm P110套管，外層下入?196.8 mm壁厚12.7 mm P110套管，主要目的是用雙層套管封固鹽膏層，解決因膏鹽層蠕變造成的擠毀套管難題，確保了油井使用壽命。

2.前置液、水泥漿性能

根據(jù)現(xiàn)場鉆井液性能（表4），設(shè)計前置液性能。

表4 現(xiàn)場鉆井液性能

通過室內(nèi)實驗，結(jié)合現(xiàn)場井況，前置液優(yōu)選配方：2.5%懸浮劑+25%沖洗劑+6%降失水劑+0.5%消泡劑。性能見表5。

表5 晉45-177X前置液性能

水泥漿優(yōu)選配方：領(lǐng)漿：華D+3.5%降濾失劑+0.8%減阻劑+1.0%緩凝劑+鹽濃度18%鹽水。尾漿：礦渣+4.5%降濾失劑+0.8%減阻劑+0.2%緩凝劑+鹽濃度18%鹽水。性能見表6。

3.施工參數(shù)

晉45-177X井雙層套管固井注入流體及參數(shù)見表7。

表6 晉45-177X水泥漿性能

表7 注入流體的數(shù)量、施工排量及施工時間

4.固井質(zhì)量

從電測VDL顯示（圖3），裸眼段油氣層固井質(zhì)量較好，聲幅大部分在10%左右，因兩層套管之間充的是機油，沒有水泥波，聲幅顯示為空套。

圖3 電測聲幅圖

六、結(jié)論

（1）膏鹽層段下入雙層套管，雙層套管間灌滿機油，可有效防止膏鹽層蠕變、塑性流動產(chǎn)生的異常外擠力，避免套管擠毀變形，延長油氣井使用壽命，提高采收率。

（2）雙層套管外環(huán)空高強度優(yōu)質(zhì)水泥環(huán)可有效阻止膏鹽層蠕變及鹽層塑性流動對套管造成的破壞。

（3）高效沖洗隔離液與高強度水泥漿體系抗鹽效果好，抗鈣侵能力強，能夠滿足冀中坳陷束鹿凹陷荊丘構(gòu)造帶雙層套管固井需求，是確保施工安全獲得優(yōu)良固井質(zhì)量的關(guān)鍵。

（4）采用層流頂替可以滿足雙層套管不同尺寸環(huán)空的頂替效率，形成優(yōu)質(zhì)水泥環(huán)，確保固井質(zhì)量。