四川盆地八角場構造沙溪廟組致密油氣防氣竄固井技術

王純?nèi)?黃 偉 嚴海兵 瞿云華

中國石油川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司

0 引言

四川盆地八角場構造前期以上三疊統(tǒng)須家河組致密砂巖開發(fā)為主，氣層垂深2 700～3 200 m[1]，近幾年以大斜度井、水平井進行開發(fā)垂深1 800～2 200 m中侏羅統(tǒng)沙溪廟組致密油氣藏。上部地層壓力系數(shù)1.00～1.08 g/cm3，目的層地層壓力系數(shù)1.06～1.14 g/cm3；上部地層破裂壓力系數(shù)1.60～1.90 g/cm3。為快速優(yōu)質鉆進，采用1.30～1.40 g/cm3油基鉆井液。固井常遇到下套管困難、常規(guī)水泥漿固井施工發(fā)生漏失、固井質量不好等問題，通過推廣應用井眼清潔、漂浮接箍、旋轉下套管、微膨脹防漏防竄水泥漿、高效沖洗性隔離液、調整鉆井液性能、活動套管、預應力固井等提高固井質量的技術措施，油層套管固井質量大幅度提高。

1 固井技術難點

1.1 套管安全順利下入困難

沙溪廟組致密砂巖目的層垂深1 800～2 200 m，水平位移在1 000～2 300 m，大斜度及水平井井段套管易貼井壁，隨著水平位移增加，沿程摩阻顯著增加，套管有效重量低，靠套管自身重量難以克服下套管過程摩阻[2]。鉆井液密度直接影響鉆屑的有效重力[3]，鉆井液密度低，鉆屑與鉆井液密度差大易形成巖屑床，影響套管下入到位。

1.2 地層易漏失影響固井質量

上部地層破裂壓力低于1.90 g/cm3,常規(guī)水泥漿密度在1.85～1.90 g/cm3，大排量頂替易壓漏上部地層，小排量頂替的頂替效率低而影響固井質量。

1.3 油基鉆井液應用對固井質量影響大

井壁和套管表面附著一層油膜和油漿后水泥的膠結基本為零，嚴重影響油氣井固井的質量及后期的開發(fā)[2]，水泥漿與油基鉆井液相容性差，影響頂替效率甚至施工安全。

1.4 套管居中度差對固井質量影響大

考慮彈性扶正器在受壓時，彈簧片接觸面增大，增加了下套管的摩阻[3]，實際居中度更低[4]。目的層每2根套管加放1只彈性扶正器或剛性扶正器的套管居中度低于40%，每根套管加放1只扶正器的套管居中度低于67%，嚴重影響水泥漿的頂替效率。

2 固井技術措施

2.1 下套管技術

2.1.1 井眼清潔技術

水平井套管下放摩阻較大[5]，增加循環(huán)排量，增加鉆井液密度，鉆具轉動都對大位移井的井眼清潔有幫助[6]，完鉆起鉆前，以35～40 L/s排量和110～120 rpm旋轉鉆具循環(huán)2周以上，并采用一定量高密度鉆井液攜砂清除巖屑床，通過起鉆至造斜點后再下鉆到底的摩阻判斷是否正常。

2.1.2 漂浮接箍

大位移井下套管采用漂浮下套管工藝可以降低上提拉力和下放阻力，提高下套管的施工安全性[7-8]，漂浮接箍在套管內(nèi)構成臨時屏障，漂浮接箍以下的套管內(nèi)注入一定量的空氣，實現(xiàn)下套管過程中處于漂浮狀態(tài)，降低下套管阻力，有利于套管順利下到位。采用密封短接、碰壓座、碎片收集器等組成（圖1）。下套管到位，開泵剪斷銷釘環(huán)，密封半圓下行至倒角處破裂，碎片由收集器收集，建立循環(huán)后固井[9]。由于無需膠塞剪切密封套，可靠性高。

圖1 漂浮接箍示意圖

2.1.3 旋轉下套管

采用頂部驅動工具、液壓卡盤、扭矩監(jiān)控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、液壓動力系統(tǒng)等，通過旋轉套管柱，減小與井壁接觸的側向力，減小套管下入摩阻[10]，增加大鉤有效載荷，使套管順利下入到位。

2.2 微膨脹防漏防竄水泥漿體系

按照固井施工井底最大動當量密度小于1.80 g/cm3和上層管鞋處最大動當量密度小于1.60 g/cm3設計常規(guī)密度+低密度早強微膨脹防竄水泥漿體系，既防止井漏發(fā)生，又解決因水泥漿體積收縮和脫水失重造成的流體竄流和膠結不好的微間隙。密度1.90 g/cm3的微膨脹防竄水泥漿封固目的層，上部井段根據(jù)緊密堆積理論優(yōu)化出，嘉華G水泥+漂珠+超細水泥+微硅的密度1.50 g/cm3的水泥漿體系，具有較高的穩(wěn)定性和強度，水泥石微膨脹、滲透率低等優(yōu)點[11-12]。稠化時間可調，從40～100 BC過渡時間小于15 min，具有良好的防氣竄性能。

2.3 高效沖洗性隔離液技術

采用表面活性劑+懸浮劑+重晶石為主要成分組成沖洗性隔離液，表面活性劑是由多種非離子和陰離子表面活性劑復配而成，徹底改變井壁和套管壁潤濕性使從親油變親水[13]，解決了油基鉆井液的界面清洗和接觸污染難題，沖洗5 min的沖洗效率大于95%，改善界面膠結質量。

2.4 提高固井質量的配套技術

2.4.1 調整鉆井液靜切力

下套管到位后，逐漸加大至1.5 m3/min排量循環(huán)2周以上，控制鉆井液動切力小于6 Pa。當井眼條件差，通過降低鉆井液靜切力可以大幅降低鉆井液在偏心環(huán)空窄邊的滯留，從而降低隔離液頂替鉆井液的界面長度，提高固井頂替效率[14]。

2.4.2 活動套管

旋轉活動套管加速了環(huán)空寬間隙附近流體與窄間隙附近流體的質量交換，而上下活動套管使滯留鉆井液處于剪切狀態(tài)，有利于消除滯留的鉆井液[14-16]。固井前循環(huán)調整鉆井液性能時，采用上下和旋轉活動套管消除滯留的鉆井液，提高了隔離液、水泥漿的頂替效率。

2.4.3 預應力固井技術

固井施工采用全井完井液頂替，大壓差頂替,降低或減弱套管的伸縮擴張帶來的微間隙,提高一、二界面固井膠結質量[17]。

2.4.4 水馬力設備配置技術

根據(jù)工作負荷超過60%的工作時間不超過5 min的原則，進行固井設備水馬力配套[18-19]，2臺雙機泵水泥車完成泵注水泥漿和頂替完井液均能達到20 MPa壓力下，1.5 m3/min的排量要求。

3 現(xiàn)場應用

3.1 J70-2H固井實例

井深3 100 m，起鉆電測后不通井下套管，套管有效重量431 KN順利下到位。漂浮浮箍設計打開絕對壓力38 MPa，位置井深1 983 m（垂深1 800 m），減少下套管摩阻105 KN，逐漸開泵至壓力14.5 MPa，打開漂浮浮箍，建立循環(huán)調整鉆井液。

泵注1.45 g/cm3的隔離液15 m3，沖洗液4 m3，1.50 g/cm3的低密度水泥漿17 m3，1.90 g /cm3水泥漿45 m3，頂替1.01 g /cm3完井液34.7 m3，碰壓。設計封固井段250～3 054 m電測固井質量優(yōu)質率94%，合格率99.8%（圖2）。

圖2 J70-2H CBL+VDL+SBT電測固井質量（注：1ft=0.304 8m）

3.2 固井質量大幅度提升

2013 2015年共完成6口井，采用CBL+VDL測井，固井質量平均優(yōu)質率66%，平均合格率78%，通過技術推廣應用，2016 2019年2月完成12口井，采用CBL+VDL+SBT測井，特別是上部低密度水泥漿封固段提高明顯，固井質量平均優(yōu)質率92%，平均合格率98.5%，整體固井質量大幅提高。

4 結論

1）四川盆地八角場構造沙溪廟組致密氣固井通過應用井眼清潔、漂浮接箍、旋轉下套管、微膨脹防漏防竄水泥漿、高效沖洗性隔離液、調整鉆井液性能、活動套管、預應力固井等提高固井質量的技術措施，油層套管固井質量大幅度提高，為八角場構造沙溪廟組致密氣開發(fā)提供技術支撐。

2）套管居中度差的條件下，固井前循環(huán)時活動套管、降低鉆井液靜切力能提高固井時隔離液和水泥漿的頂替效率。

3）漂浮接箍可靠性高，能減少下套管摩阻，有利于套管順利下入到位，建議在長水平段的水平井中推廣使用。