提高致密氣小井眼井固井質(zhì)量技術(shù)研究

賈 佳

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 塘沽 300452)

中海油山西致密氣區(qū)塊沉積條件復(fù)雜，具有儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、連續(xù)性差、具有低孔、低溫、低滲，低壓、自然產(chǎn)能低或基本無產(chǎn)能的特點(diǎn)[1-2]。目前使用的小井眼井身結(jié)構(gòu)為Ф215.9 mm井眼×Ф177.8 mm套管+Ф155.6 mm井眼×Ф114.3 mm套管，在固井過程中，存在固井井漏、固井質(zhì)量不合格的問題，由于目前致密氣處于大開發(fā)階段，小井眼井?dāng)?shù)量逐漸增多，有必要開展針對(duì)性研究，以提高小井眼井固井質(zhì)量，加快致密氣開發(fā)進(jìn)程。

1 存在的問題

1.1 固井漏失

致密氣區(qū)塊多口小井眼井在進(jìn)行二開固井作業(yè)時(shí)，發(fā)生漏失(見表1)，井口失返；為了提高固井質(zhì)量，部分井進(jìn)行擠水泥作業(yè)，但效果不理想，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，都未達(dá)到有效封固。

表1 已鉆小井眼井二開固井發(fā)生漏失

1.2 固井質(zhì)量差

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，多口井的固井質(zhì)量不合格(見表2)，部分井水泥未返至地面，部分井固井質(zhì)量間斷不合格，部分井全井段顯示多段不同程度膠結(jié)質(zhì)量不好。

2 問題分析與解決措施

2.1 環(huán)空間隙小，井底ECD值高

小井眼井井徑為155.6 mm，生產(chǎn)套管外徑為114 mm，環(huán)空間隙較小，摩阻大，固井動(dòng)態(tài)當(dāng)量密度高，導(dǎo)致下部地層尤其是煤系地層，極易出現(xiàn)漏失；在注泥漿過程中，環(huán)空返速達(dá)到1.7 m/s，同時(shí)固井水泥漿失水較大，泥餅不斷被沖刷掉落，形成環(huán)空憋壓壓漏地層[3-4]。神府地區(qū)下石盒子、劉家溝屬于易漏地層，固井中上部直接壓裂地層，泥漿無法正常循環(huán)，井口失返，形成長距離套管自由段；下部地層壓力高，形成局部地層漏失，失水過大，導(dǎo)致部分井段膠結(jié)質(zhì)量差。

表2 固井質(zhì)量不合格井統(tǒng)計(jì)

解決措施：優(yōu)化調(diào)整井身結(jié)構(gòu)，開展井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，將原小井眼井身結(jié)構(gòu)1(Ф215.9 mm×Ф177.8 mm+Ф155.6 mm×Ф114.3 mm)調(diào)整為目前井身結(jié)構(gòu)2(Ф241.5 mm×Ф193.7 mm+Ф165.1 mm×Ф114.3 mm)。根據(jù)軟件模擬計(jì)算，如圖1所示，在同等條件下，井身結(jié)構(gòu)1的ECD值>井身結(jié)構(gòu)2的ECD值，其中，井身結(jié)構(gòu)1進(jìn)行固井時(shí)，井底ECD接近了1.88 g/cm3，井身結(jié)構(gòu)2的井底ECD為1.82 g/cm3?？梢钥闯觯ㄟ^優(yōu)化調(diào)整井身結(jié)構(gòu)，可以明顯降低固井井底ECD值。

2.2 漿柱結(jié)構(gòu)不合理，易漏失

目前，小井眼采用單級(jí)全封固井方式，采用兩段水泥漿體系進(jìn)行封固，領(lǐng)漿密度為1.90 g/cm3，尾漿密度為1.40 g/cm3。由于上部地層劉家溝地層破裂壓力當(dāng)量密度為1.25～1.30 g/cm3，所以當(dāng)使用1.40 g/cm3密度的尾漿進(jìn)行固井時(shí)，容易將上部地層壓漏，導(dǎo)致固井質(zhì)量不合格。

解決措施：優(yōu)化漿柱結(jié)構(gòu)，采用三段水泥漿密度體系降低井筒液柱壓力：尾漿采用常規(guī)密度1.90 g/cm3水泥漿體系封固下部氣層；中漿采用密度為1.35 g/cm3的低密高強(qiáng)水泥漿體系封固氣層上部石千峰組和劉家溝組，領(lǐng)漿采用1.25 g/cm3的低密高強(qiáng)水泥漿體系封固和尚溝組以上至地面的上部地層[5-6]，改進(jìn)前后漿柱結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖2所示。

2.3 固井頂替效率低

固井施工時(shí)管內(nèi)外靜液柱壓差大，套管環(huán)空間隙小,流動(dòng)摩阻大,導(dǎo)致施工壓力高,影響頂替效率，并且劉家溝地層承壓能力低，頂替過程中易發(fā)生漏失，影響水泥漿返高[7-9]。

解決措施：對(duì)裸眼井段有針對(duì)性地安放套管扶正器，結(jié)合固井模擬分析軟件，根據(jù)井徑、全角變化率、巖性、目的層段、通井情況等因素綜合確定水泥漿封固井段套管扶正器的安放數(shù)量和間距，使套管居中度達(dá)到67%上，從而提高頂替效率和固井質(zhì)量。扶正器的合理加放原則為：直井段4根套管加一只彈性扶正器；斜井段2根套管加一只彈性扶正器，井斜較大井段井適量加入剛性扶正器；表套距離井口約10 m，加一只剛性扶正器；表層套管鞋內(nèi)10 m，加一只剛性扶正器。

2.4 水泥漿體系不夠完善

依據(jù)SY/T 6544—2017《油井水泥漿性能要求》要求，對(duì)水泥漿基本性能提出如下要求(見表3)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，部分水泥漿體系在水泥漿韌性、降失水、防氣竄等方面，有些未達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，直接影響了固井質(zhì)量。

解決措施：提高水泥漿的穩(wěn)定性，確保低濾失量、低游離水，以防止氣竄的發(fā)生；增強(qiáng)固井前置液對(duì)套管壁上的濾餅和套管環(huán)空虛泥餅以及殘余鉆井液的沖洗效果，減少混漿，提高頂替效率。同時(shí)在沖洗液中加入KCl抑制泥頁巖水化膨脹[10-11]，防止頂替期間井壁坍塌，保障固井作業(yè)順利。同時(shí)，為了解決沖洗液、鉆井液和水泥漿密度、黏度相差大，注替過程中極易出現(xiàn)“竄槽”或混竄、氣侵等情況，達(dá)不到有效封隔的效果，在沖洗液與水泥漿之間加入高密度隔離液。

表3 水泥漿性能要求

2.5 施工參數(shù)不夠合理

施工過程中，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際水泥漿密度控制、注替排量，碰壓操作等施工參數(shù)控制不夠合理，導(dǎo)致固井過程中，未能充分實(shí)現(xiàn)固井設(shè)計(jì)效果，影響固井質(zhì)量。

解決措施：為了充分保證固井作業(yè)效果，前置液與地層接觸時(shí)間要求大于10 min，保證水泥漿與地層的充分接觸；水泥漿密度波動(dòng)范圍控制在±0.02 g/cm3； 注替排量確保環(huán)空返速達(dá)到1.2 m/s，達(dá)到紊流頂替(排量控制在0.9～1.2 m3/min)；替漿后期、碰壓前2 m3采取塞流頂替(排量控制在0.3～0.5 m3/min)[12-14]。

2.6 固井工具可能失效

由于施工壓力高，有可能導(dǎo)致工具失效出現(xiàn)替空現(xiàn)象或因?yàn)楦邏乎勘谩⑺酀{倒返等情況造成井底產(chǎn)生水泥塞，由于套管內(nèi)部分井段存在水泥塞而無法壓裂或灌腸致使整個(gè)井筒報(bào)廢。

解決措施：為了保證固井結(jié)束浮箍以上套管內(nèi)不留水泥塞，選用帶膠塞碰壓裝置，確保在回壓凡爾不起作用的情況下，膠塞碰壓后也能完全起到封隔水泥漿的效果。橡膠密封元件回壓裝置采用耐高溫(26 0 ℃)的彈簧驅(qū)動(dòng)回壓橡膠自封圈，采用P110鋼級(jí)材質(zhì)，承壓密封性能好，套管管串結(jié)構(gòu)最終設(shè)計(jì)組合為114.3 mm浮鞋+114.3 mm套管1根+114.3 mm強(qiáng)制復(fù)位可鉆式浮箍+114.3 mm套管1根+114.3 mm強(qiáng)制復(fù)位可鉆式浮箍+11.4 mm套管串[15]。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

對(duì)小井眼井井身結(jié)構(gòu)、水泥漿體系、漿柱結(jié)構(gòu)、施工參數(shù)、固井工具進(jìn)行改進(jìn)后，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，小井眼井固井質(zhì)量合格率明顯提高，截止目前，山西致密氣區(qū)塊已鉆小井眼井超過50口，基本沒有發(fā)生固井漏失和固井不合格情況，固井合格率超過90%。

4 結(jié)論

針對(duì)致密氣小井眼井固井易漏失、固井質(zhì)量不合格問題，開展了針對(duì)性的研究，對(duì)井身結(jié)構(gòu)、水泥漿體系、漿柱結(jié)構(gòu)、施工參數(shù)、固井工具進(jìn)行了改進(jìn)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)表明，改進(jìn)后，小井眼井固井質(zhì)量合格率明顯提高，對(duì)后續(xù)致密氣小井眼井固井提供了一定的參考和借鑒。