新疆油田瑪湖礫巖油藏水平井固井技術(shù)研究與應(yīng)用

孫栓科，胡 磊，楊 東

（新疆克拉瑪依市白堿灘區(qū)西部鉆探固井公司，新疆克拉瑪依 834009）

1 瑪湖水平井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

瑪湖區(qū)塊窄間隙水平井表層采用?381mm 鉆頭鉆至井深500m，下入?273mm 套管；技術(shù)套管采用?241mm 鉆頭鉆至井深3140m，下入?193.7mm 套管，低密度水泥漿固井，返至2540m，油層套管采用?165.1mm鉆頭鉆至井深5500～6000m，下入?127mm套管，水泥漿返至2940m，封固目的層，三開(kāi)環(huán)空間隙小，其井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 瑪湖井區(qū)窄間隙水平井井身結(jié)構(gòu)圖

2 窄間隙水平井套管安全下入技術(shù)研究

2.1 影響下套管因素

（1）三維井水平井井眼軌跡復(fù)雜，由于拖壓直井段套管重量未能完全傳遞。由于水平井井眼軌跡比直井的較為復(fù)雜，在套管下入到造斜段時(shí)，井斜角會(huì)忽然的增大，套管下入到狗腿角過(guò)大的井段時(shí)，套管與井段的接觸機(jī)會(huì)就會(huì)大大增加，從而使接觸壓力變大，因此套管下入阻力也會(huì)逐漸增加，下套管的阻力增加到一定程度可能會(huì)發(fā)生無(wú)法正常下入套管的情況。在鉆進(jìn)過(guò)程中井眼軌跡三維彎曲，這樣會(huì)產(chǎn)生扭方位，使井眼半徑變小或者使狗腿角變大，從而導(dǎo)致下套管難度增大。三維水平井方位扭角大，套管下至后期由于拖壓使上部套管重力難以往下傳遞，造成套管前行困難。

（2）下入套管剛度大于通井鉆具剛度。如表1 所示，2017 年以前瑪湖井區(qū)窄間隙三開(kāi)水平井下套管前通井采用三扶正器鉆具組合，完井套管采用剛級(jí)為P110套管，外徑127mm，壁厚11.1mm；根據(jù)公式：

表1 通井鉆具組合參數(shù)

式中：I鉆——加重鉆桿的慣性矩，I鉆=（D鉆4-d鉆4）×π/64；

I扶——通井扶正器的慣性矩，I扶=（D扶4-d扶4）×π/64；

L鉆——加重鉆桿長(zhǎng)度；

L扶——扶正器有效棱長(zhǎng)；

I套——套管的慣性矩，I套=（D套4-d套4）×π/64。

根據(jù)剛度計(jì)算可得鉆具與套管剛度比值M=0.97，說(shuō)明通井鉆具剛度小于下入套管剛度，鉆具通井效果差，未能有效地對(duì)井眼進(jìn)行修復(fù)，因此套管下入更困難。

（3）水平井段長(zhǎng)，下套管后期水平段摩阻大于套管直井段自重?，敽畢^(qū)窄間隙水平井水平段長(zhǎng)1200～2000m不等，從造斜點(diǎn)至井底均處于裸眼地層，套管下至后期由于重力的作用，套管在水平段貼邊前行，套管與井壁之間摩阻大，給套管的順利下入增加難度；水平段長(zhǎng)，下入過(guò)程巖屑堆積嚴(yán)重，當(dāng)摩阻大于等于套管直井段浮重，套管難以下入。

（4）井眼條件不規(guī)則，斜井段和水平段不規(guī)則井眼不能使套管平順下放。斜井段和水平段鉆進(jìn)時(shí)易產(chǎn)生“糖葫蘆”井眼和鍵槽，套管在下入過(guò)程中當(dāng)浮鞋進(jìn)入不規(guī)則復(fù)雜井眼后會(huì)導(dǎo)致套管遇阻無(wú)法下放到位。

2.2 水平井下套管技術(shù)方案

（1）軌跡模擬，確定套管下深。在水平井鉆進(jìn)過(guò)程，通過(guò)實(shí)鉆軌跡和設(shè)計(jì)軌跡進(jìn)行套管下深模擬，確定套管理論下入，根據(jù)套管理論下深可確定完鉆井深，避免鉆井進(jìn)尺的浪費(fèi)。

如圖2所示，根據(jù)鉆進(jìn)過(guò)程實(shí)鉆軌跡和工程設(shè)計(jì)軌跡、泥漿性能，通過(guò)固井軟件進(jìn)行套管理論下深模擬。

圖2 水平井下套管摩阻模擬圖

（2）采用四扶正器鉆具組合，剛度大于套管剛度。由于前期瑪湖窄間隙三開(kāi)水平井井眼前期下套管困難，因此采用四扶正器（大三扶）鉆具組合通井，并在環(huán)瑪湖小三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)水平井中推廣應(yīng)用；

鉆具組合：?165.1mm 鉆頭+?160mm 扶正器+?101.6mm 加重鉆×1+?160mm 扶正器+?159mm 扶正器+?101.6mm 加重鉆桿×1+?158mm 扶正器+?101.6mm鉆桿串。

根據(jù)式（1）得到此四扶正器鉆具組合剛度比M=1.20。

通過(guò)套管剛度和通井鉆具剛度計(jì)算對(duì)比，確定通井鉆具剛度大于下入套管剛度（即剛度比M大于1），通井正常后再進(jìn)行下套管作業(yè),該通井鉆具組合剛度比更大，在通井過(guò)程中更能有效模擬下套管情況，且對(duì)于阻卡井段有較好的井眼修復(fù)效果。

（3）優(yōu)化鉆井液性能，做好下套管中途洗井措施。鉆井液不僅在鉆井過(guò)程中井內(nèi)起著循環(huán)的作用，同時(shí)也在鉆井通井和下套管時(shí)可以起到很好的潤(rùn)滑作用，可以降低通井與下套管時(shí)的摩擦阻力，減小對(duì)套管的損害。鉆井液主要是因?yàn)槠錆?rùn)滑性對(duì)套管摩阻的一個(gè)影響，這樣可以減小套管摩阻系數(shù)，從而達(dá)到減小套管摩阻的效果。因此現(xiàn)場(chǎng)都是合理使用鉆井液，已達(dá)到套管順利下入的效果。同時(shí)，鉆井液由于在井內(nèi)是循環(huán)作業(yè)的，因此鉆井液也有把井底的這些巖屑循環(huán)帶出到地面，能更好地清潔井眼，一般來(lái)說(shuō)下套管前高粘鉆井液有助于巖屑清理，固井前低粘低切鉆井液有助于固井頂替效率，是保障固井質(zhì)量重要因素之一。

（4）優(yōu)選下套管減阻固井附件，優(yōu)選并合理安放固井扶正器。下套管使用水力偏心旋轉(zhuǎn)浮鞋，該工具在開(kāi)泵循環(huán)和遇阻下壓時(shí)偏心導(dǎo)向頭能旋轉(zhuǎn)，使套管能有效通過(guò)大肚子、鍵槽等井眼。同時(shí)扶正器采用剛性滾輪扶正器與整體式彈性扶正器交替安裝，既保障了套管順利下入，又提高了套管居中度，保障固井質(zhì)量，扶正器種類(lèi)及安裝位置如表2所示。

表2 扶正器種類(lèi)和安放位置

3 水平井固井工藝研究

3.1 優(yōu)化漿柱結(jié)構(gòu)，采用高效前置液

瑪湖區(qū)塊油氣水較為活躍，斜深長(zhǎng)設(shè)計(jì)要求水泥封固段長(zhǎng)，漿柱結(jié)構(gòu)既要確保固井后壓穩(wěn)油氣水層，前置液又必須較好地沖洗管壁，從而提高水泥漿膠結(jié)質(zhì)量。

固井采用高效隔離液+驅(qū)油性清洗液+水泥漿漿柱結(jié)構(gòu)，隔離液占高1300m，清洗液占高約300m，保證了其具備良好的沖洗性。

3.2 優(yōu)化水泥漿性能

由于瑪湖水平井采用體積壓裂，壓裂級(jí)數(shù)多，壓力高，因此要求固井水泥漿必須具備較強(qiáng)的抗沖擊性，在常規(guī)水泥漿中加入彈性材料及膨脹顆粒，采用顆粒級(jí)配技術(shù)，使水泥漿具有較好的抗沖擊能力；同時(shí)瑪湖區(qū)塊油氣顯示好，要求水泥漿體系有良好的防油氣竄性能，快速發(fā)揮早期強(qiáng)度，從而保障水平井封固質(zhì)量。

3.3 優(yōu)選固井施工參數(shù)

瑪湖水平井斜深長(zhǎng)，下套管循環(huán)洗井時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)計(jì)要求水泥漿一次封固段約2700m，因此固井施工排量?jī)?yōu)選從以下三方面考慮：

（1）由于地層具有橡膠回吐特性，施工循環(huán)壓耗須平衡地層壓力，防止地層泥漿回吐，污染水泥漿，影響封固質(zhì)量。根據(jù)多口井循環(huán)洗井觀(guān)察當(dāng)排量大于1.0m3/min時(shí)地層易發(fā)生滲漏，排量小于0.6m3/min時(shí)，地層吸入泥漿將回吐。

（2）注入流體要有較好流態(tài)，能使前置液有效地清洗管壁，提高水泥漿膠結(jié)質(zhì)量。

（3）小間隙井眼，循環(huán)壓耗大，全井替漿介質(zhì)為清水，固井施工泵壓高。

通過(guò)水平井、前置液流態(tài)模擬，當(dāng)固井施工排量達(dá)到1.0m3/min時(shí)前置液為紊流流態(tài)，對(duì)套管壁清洗效果好。因此固井替漿采用變排量頂替，前期頂替排量為1.0m3/min，提高清洗液及水泥漿頂替效率，水泥漿進(jìn)入直井段后，頂替排量降至0.7m3/min，防止漏失。

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3.4 固井主要技術(shù)措施

（1）四扶通井到底后大排量1.20m3/min 保證循環(huán)無(wú)漏失，驗(yàn)證地層承壓能力和井眼穩(wěn)定性。

（2）固井前充分循環(huán)洗井排凈后效，后效值需小于1×104ppm，泥漿密度不小于完鉆泥漿密度，粘度小于60s，進(jìn)出口密度差小于0.01g/cm3。

（3）下部結(jié)構(gòu)為強(qiáng)制式旋轉(zhuǎn)浮鞋+雙浮箍下部結(jié)構(gòu)，確保固井施工單流閥可靠性，管內(nèi)零壓候凝。

（4）采用雙泵車(chē)同時(shí)替清水，保證高泵壓替漿施工的連續(xù)性、安全性且排量滿(mǎn)足頂替效率要求。

（5）固井結(jié)束后若放回水正常立即關(guān)井，環(huán)空加回壓3～5MPa，確保固井候凝過(guò)程環(huán)空壓穩(wěn)。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用——MaHW2039井?127mm油層套管固井

4.1 基本井況

MaHW2039井是新疆油田部署在瑪湖區(qū)塊瑪2井區(qū)的一口開(kāi)發(fā)水平井，三開(kāi)?165.1mm 鉆深5288m，A 點(diǎn)3788m，井底垂深3500m，水平段長(zhǎng)1500m；下入?127mm、壁厚11.1mm套管，鉆井液為鉀鈣基聚銨有機(jī)鹽鉆井液體系，完鉆密度1.53g/cm3，設(shè)計(jì)要求水泥漿返至2860m，MaHW2039井井身結(jié)構(gòu)如表3所示。

表3 MaHW2039井井身結(jié)構(gòu)

4.2 采取主要技術(shù)措施

（1）電測(cè)完四扶正器通井，四扶鉆具組合：?165.1mm鉆頭+?160mm 扶正器+?101.4mm 加重鉆桿+?159mm 扶正器+?159mm 扶正器+?101.4mm 加重鉆桿+?159mm扶正器。

（2）調(diào)整好鉆井液性能，鉆井液中加入潤(rùn)滑劑，斜井段和水平段注入潤(rùn)滑性良好的潤(rùn)滑漿，粘度小于70s，降低井壁摩擦阻力。

（3）四扶通井到底后大排量1.20m3/min 保證循環(huán)無(wú)漏失現(xiàn)象，驗(yàn)證地層承壓能力和井眼穩(wěn)定性。

（4）下套管在500m、1500m 處頂通15min，排量小于1.0m3/min，出技術(shù)套管前（3000m 左右）循環(huán)洗井1周，排量小于0.5m3/min，井隊(duì)開(kāi)泵控制好泵壓。A 點(diǎn)以后200m循環(huán)洗井一周，之后每500～800m洗井一次，每次循環(huán)洗井須排盡后效，洗井期間注意活動(dòng)好套管?chē)?yán)防粘附。套管下至井底后，小排量（小于0.5m3/min）洗井一周后，逐漸增加排量至1.0m3/min。

（5）漿柱結(jié)構(gòu)：采用高效隔離液、清洗液和韌性水泥漿漿柱結(jié)構(gòu)，水泥漿密度為1.90g/cm3，有效平衡地層壓力，全井替清水。

（6）固井前充分循環(huán)洗井排凈后效，后效值需小于1×104ppm，泥漿密度不小于完鉆泥漿密度，粘度小于60s，進(jìn)出口密度差小于0.01g/cm3。

（7）固井替漿采用變排量頂替，前期頂替排量為1.0m3/min，提高清洗液及水泥漿頂替效率，水泥漿進(jìn)入直井段后，頂替排量降至0.7m3/min。

（8）固完井后若放回水正常立即關(guān)井，環(huán)空加回壓3～5MPa，8h拆水泥頭，候凝24h后進(jìn)行下步作業(yè)。

4.3 水泥漿性能

固井采用韌性防氣竄水泥漿體系，其性能如表4所示。

表4 MaHW2039井水泥漿體系綜合性能（83℃，55MPa）

由表4 可以看出，該水泥漿體系各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)良，失水量小，稠化過(guò)渡時(shí)間短，早期強(qiáng)度發(fā)揮時(shí)間為3.5h，具有較好的防竄性能，24h 小時(shí)抗壓強(qiáng)度值26MPa，具有高強(qiáng)度低彈性模量特性，其各項(xiàng)目性能均滿(mǎn)足水平井壓裂開(kāi)采需要，其性能如圖3、圖4所示。

圖3 水泥漿稠化曲線(xiàn)

圖4 水泥漿靜膠凝曲線(xiàn)圖

4.4 現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)

固井注水泥施工：注入14m3密度1.60g/cm3的高效隔離液，4m3密度1.02g/cm3清洗液，注入防氣竄水泥30m3，平均密度1.90g/cm3。

替漿施工45.3m3，前38m3，施工排量1.0m3/min；7.3m3施工排量0.7m3/min，碰壓32～38MPa，固井施工結(jié)束后放回水正常，關(guān)防噴器環(huán)空加壓4.2MPa。

4.5 聲幅檢測(cè)情況

本次固井施工過(guò)程順利，各項(xiàng)指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。試壓合格，經(jīng)聲幅CBL測(cè)井驗(yàn)證，全井固井質(zhì)量合格，分段聲幅解釋如表5所示。

表5 MaHW2039井CBL聲幅解釋情況

根據(jù)上述研究結(jié)果，在瑪湖區(qū)塊進(jìn)行窄間隙水平井多口井下套管及固井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，在整個(gè)管串下入過(guò)程無(wú)阻卡現(xiàn)象，套管安全下至設(shè)計(jì)位置，開(kāi)泵循環(huán)正常，現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，固井質(zhì)量合格率為100%，對(duì)水平段進(jìn)行了有效封隔，通過(guò)后期壓裂施工證實(shí)，固井質(zhì)量封隔良好，滿(mǎn)足大型體積壓裂要求。

5 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

（1）充分的井眼準(zhǔn)備，是窄間隙井眼、超長(zhǎng)水平段套管安全下至井底的必要條件，使用四扶正器通井鉆具組合，優(yōu)化下套管中途洗井等措施能保障套管順利下入。

（2）國(guó)產(chǎn)防氣竄韌性水泥漿具有較好的防油氣侵及抗沖擊性能，不僅能提高水泥漿封固效果，還有利于后續(xù)大型體積壓裂。

（3）窄間隙固井，前置液易于實(shí)現(xiàn)紊流頂替，可通過(guò)設(shè)計(jì)合理的漿柱結(jié)構(gòu)和頂替排量，提高前置液沖洗時(shí)間，既能保證水平段頂替效率又能防止薄弱地層漏失。

（4）固井前充分循環(huán)洗井、低粘低切性能泥漿、固井替漿施工連續(xù)性均是提高固井質(zhì)量的重要因素。