D66井区固井质量影响因素分析与对策

李伟锋

（中国石化集团华北石油局井下作业公司，河南 郑州450042）

1 引言

大牛地气田D66井区位于陕西省和内蒙古自治区交界处。地层为沙漠、硷滩和草地，地形相对高差30m左右，海拔一般为1300～1400m，主要含气目的层为上古生界，埋深在2400～2900m，平均埋深2900m。地层平缓，地层倾角1°左右，年平均气温7．2℃。

大牛地气田自开发以来，D66井区的固井质量一直较为稳定。2011年5、6月间出现了较为明显的波动，经甲方验收有5口良好井（D66－182、D66－187、D66－186、D66－197、D66－213）和 2 口 合 格 井（D66－180、D66－189）。从声幅测井曲线显示的结果来看，造成固井质量下降的直接原因是发生了气窜。针对出现的质量问题，通过多次技术分析，从工程、地质和固井几个方面进行了对比分析，制定了相应的技术措施，在后续固井施工中，取得了较好的效果。

2 影响D66井区固井质量原因分析

2．1 开采井网与气层影响

随着D66井区开发、生产规模不断扩大，造成地下原始压力体系发生了改变，纵向剖面上形成多压力层系，层间压力各异，层内压力不平衡，水泥浆很难满足各层压力需求，极易发生油气水窜。而且，随着井网加密、井距缩小和压裂规模的扩大，相邻井开采层位压力传递敏感，层间相互干扰严重，使得地层中流体相对活跃，在水泥浆凝固过程中很容易侵入井筒，污染水泥浆，破坏水泥环的正常胶结进程，影响胶结质量。

D66－180、D66－182 井 距 D66－120 井 分 别 为754m、479m；D66－187井距D66－28井626m，该井仅盒1层无阻流量就达7．5万方，临井D66－115仅太2层无阻流量为45．7万方。

D66－180、D66－182、D66－197、D66－186、D66－187、D66－213位于盒3段和太2段砂体发育有利区边缘，厚度大，且都位于一个等值曲线上，气层多而厚且全烃值高（表1）。D66－180、D66－182、D66－197都集中在D66－120井周围且距离很近。查阅资料发现D66－120井压裂加砂量94m3，该井山2气层产量3．8万方／天，太2气层产量4．8万方／天（全井试采无阻流量为14．8万方），而以上井发生气窜的层位就出现在山2和太2层。分析认为：由于井间距小，D66－120井大型压裂后可能使得地层中流体相对活跃致使影响固井质量。

2．2 井径不规则的影响

“提速提效”后，部分钻井队在上部井段（0～2300m）甚至全井采用性能较差的钻井液和双泵大排量打钻措施，加之目的层井段煤层厚且多，钻井液冲蚀严重，井眼条件差，井径不规则，形成大肚子和狗腿井眼，导致井眼扩大率较大（如图1），顶替效率降低而形成窜槽现象，影响了封固质量（如图2）。

表1 D66－180井气层表

图2 D66－180固井质量测井截图

由D66－180井的综合曲线可以看出，该井目的层段井径不规则，目的层段的眼扩大率在6．5%，而气层段的井眼扩大率16%，按该井水泥浆性能和气层段的井径算得紊流临界排量为50．6L／s，而现场施工实际最大替浆排量则为41．0L／s，未能达到紊流，顶替效率低而导致气窜。

2．3 套管居中度的影响

流变学和水动力学证明在偏心环空中水泥浆顶替过程极易发生窜槽，窄边间隙小，液体流动阻力大，流速小，易滞留钻井液，反之宽边间隙大，液体流动阻力小，流速高，水泥浆易发生窜槽。因此，套管居中问题直接关系到固井质量的好坏。由于有些钻井队为了赶进度、抢时间，简化下套管的技术要求，扶正器少安装且安装不规范、位置不合理或不安装，特别是在大肚子井眼、狗腿井眼和定向井的造斜段，如不注意扶正器的合理加放，会导致套管的居中度偏低，为固井质量留下隐患。

2．4 顶替效率的影响

2011年3～4月份，在D66井区出现多口井固井漏失问题后，为了防漏，我们对顶替工艺进行了微调：降低了替浆排量和井口大泵替浆压力，这样井漏减少了，但致使紊流接触时间很短或根本达不到设计要求的紊流顶替，造成顶替效率降低而形成窜槽现象，影响了封固质量。

2．5 钻井液性能的影响

实施降本增效后，各钻井队钻井液性能差异较大，个别井钻井液失水过大，泥饼厚。同时，在泥饼附近还会形成一个具有很稠的、流动性差的钻井液区域，使顶替效率下降，而且由于厚泥饼大大减小了套管外的环形流动面积，在注水泥时也能造成堵塞。测井结果表明，钻井液滤饼较厚的井段水泥胶结均较差。

通井及固井前循环钻井液时间过短，固井前钻井液性能调整不到位，为了降低钻井液粘度直接加水降粘，导致不能消除钻井液在窄间隙、井壁上的滞留范围，有效降低泥饼厚度，从而大大降低了顶替效率，影响固井质量。

D66－180、D66－182、D66－213井固井前钻井液性能见表2。

表2 固井前钻井液性能对比表

3 采用的技术措施

为了有效地遏制住D66井区固井质量下滑，根据以上分析，针对存在的问题，主要从浆体结构设计、设计优化和现场施工工艺控制等方面入手解决影响D66井区固井质量下滑问题。

3．1 水泥浆的调整

在继续应用本工区成熟配方的基础上，进行下列微调：

（1）浆体结构设计：浆体结构依次按照低密度、过渡浆、尾浆逐渐增稠的方式进行调整。每罐低密度水泥必须做六速试验，现场施工时控制低密度水泥浆的密度和稠度，按照由低到高的顺序注入。

（2）调整低密度水泥浆可泵时间在240min以上，控制低密度与尾浆稠化时间差在170～190min左右，初始稠度不大于18Bc。

（3）尽可能缩短尾浆初终凝过渡时间，实现地层流体侵入界面前水泥浆快速胶结，且具有强触变性。尾浆可泵时间控制在55～65min，稠化时间控制在65～75min，同时提高尾浆稠度，初始稠度控制在20～30Bc之间（表3），同时严格控制密度为1．75g／cm3过渡浆的稠化时间。

（4）每次大样试验后，化验室必须计算水泥浆的流性指数及稠度系数（井径按5%扩大率算），为设计浆体结构提供依据。

（5）加强对混灰站的监控力度，化验室必须派人与混灰人员一起监督混灰，杜绝不按要求进行混配添加材料和药品的行为。

3．2 设计优化

（1）由于目前采用的前置液为清水，为避免低密度水泥浆遇水后分层严重，将前置液从7．0m3降到6．0m3。

（2）低密度水泥浆控制在1．30～1．35g／cm3之间，并根据稠度确定密度，防止低密度提前稠化影响压力传递。

（3）尾浆的附加量从8%降到5%，其余全部设计成过渡浆，在规范允许的条件下通过适当减少尾浆封固段长来提高压稳系数。

（4）采用“紊流－塞流”复合顶替模式：井口压力在11MPa以内采用40～55L／s的紊流排量替浆，尾浆出套管后采用塞流方式顶替；控制注替时间，力争实现“即时稠化”，即尾浆到位后在最短时间内稠化形成较强的胶凝结构，使自由水和水泥沉降减少到最低程度，减少和防止气窜发生。

优化后的固井施工设计较以前更合理：适当减少了低密度水泥浆遇水分层的影响，压稳系数也提高较多，且基本实现了“即时稠化”，增强了抗窜阻力。

3．3 现场控制

（1）驻井期间，技术员要详细了解井况（漏失、气侵、坍塌掉块和其它井内事故等）、设备情况（泥浆泵、循环系统）以及油气显示情况，特别是影响井径的因素；要坐岗观察前500m套管下放，以及浮鞋、浮箍、扶正器连接、安放，督促现场灌浆，出现异常情况必须在场并做好相关记录。

（2）套管到位后，以不低于30～35 L／s的排量进行循环，且要打开振动筛，确保井眼清洁。

（3）注低密度水泥浆排量根据设备性能提高到1．3～1．5m3／min，确保前置液经过目的层时能有效冲刷井壁。

（4）在替浆压力不超过11MPa的前提下，控制紊流排量在40～55L／s，时间在8min以上，不必降低排量，以保证有效冲刷井壁（表4）。

（5）必须确保配浆水、替浆水干净、足量，替浆罐相对独立，便于计量。

4 取得的效果

浆体结构优化、设计优化和现场施工工艺控制等技术措施实施后，D66井区固井施工中漏失井明显减少，固井质量全部优质（表5），且非目的层的封固质量也明显提高（图3、图4）。其他井区如D12井区也根据实际情况对固井措施进行类似调整，调整后的固井质量也全部优质。

表3 水泥浆微调前性能后对比表

表4 调整前后替浆排量及井口压力控制对比表

表5 调整后部分井固井资料统计

图3 D66－224井非目的层部分（最上部井口部分）固井质量测井截图

图4 是D66－220井非目的层部分固井质量测井截图

5 结论与建议

（1）合理设计水泥浆柱结构，使水泥浆液柱压力增大、压稳系数提高，能防止固井后发生气窜。

（2）良好的水泥浆性能是保证固井质量的关键，微调后的水泥浆体系适合于D66井区固井作业。

（3）采取综合措施提高顶替效率能大幅度提高封固质量。

（4）及时发现研究问题，迅速采取应变措施，确保了D66井区固井质量优质率100%。

（略）