中原油田文濮结合部固井技术

2013-07-16任文亮马小龙王兴武杨昌勇

石油钻采工艺 2013年1期

任文亮马小龙王兴武何春刘凯杨昌勇

（1.中原石油勘探局固井工程处，河南濮阳 457331；2.中原石油勘探局钻井工程技术研究院，河南濮阳 457001）

中原油田文濮结合部在户部寨乡境内，区域构造位于东濮凹陷中央隆起带文留构造与濮城构造的结合部，东邻前梨园洼陷，南接文16断块区，西靠文101断块区，北连卫79断块区。目前该区沙三段已开发区块主要包括文90、濮85、文213、濮92、濮65等断块，井深3 400～3 900 m，主要目的层为沙三中4～7油组，北部沙三上6～8气藏。文濮结合部整体构造东西约6.3 km，南北约8.0 km。断裂系统由文西、文东、濮南等断层组成，主要特征是上部地层出水严重，中部地层漏失严重，下部地层油气活跃，漏涌矛盾突出，是目前中原油田固井难度最大的区块之一。

1 固井难点分析

（1）地层出水严重，水泥浆候凝过程中易受高压水层的侵蚀造成水窜。受注水井以及自身地质条件影响，文濮结合部的新井在钻进过程中大多有不同程度的出水，如濮98-16井，出水量最多一次达400 m3，文 90-60 井累计出水 1 508 m3。

（2）由于结合部构造断裂系统由文西、文东、濮南断层组成，地层承压能力低，钻进过程中漏失严重，易造成水泥浆低返。

（3）濮98、文 213、濮 85、文 90等区块气层活跃，压稳困难，水泥浆失重易造成油气水层窜槽。

（4）井斜大、井径不规则，产层段“糖葫芦”井眼较多，造成顶替效率低。区块最大井斜在45°左右，套管不易居中；由于严重出水，水淹层段井径异常大，在Ø215.9 mm井眼中下入Ø139.7 mm套管，最大环容达64.68 L/m，最小环容仅22.24 L/m，残留在“大肚子”井段钻井液不易全部驱替干净，造成固井质量差［1-3］。

（5）地层压力窗口窄。井眼中多套压力系统并存，压稳和漏失都需要兼顾考虑，堵漏工作困难，堵漏后极限压差小，固井施工安全窗口窄。

2 提高固井质量措施

2.1 固井防漏措施

文濮结合部漏失情况可分为渗透性漏失、裂缝性漏失、断层漏失以及开采注水造成压力异常引起的漏失。

2.1.1 下套管前预堵漏，提高地层承压能力对于渗透性漏失的井，完钻后在钻井液中加入随钻堵漏剂，提高地层承压能力，并采用大于钻井时排量充分循环洗井考验井壁，不漏方可下套管。濮98、文90、文213等3个区块同属于渗透性漏失，钻进过程中由于出水或后效严重，经常在钻井液加重过程中发生漏失，但漏失量较小。通过加入随钻堵漏剂提高地层承压能力，同时水泥浆具有一定堵漏效果， 3个区块固井水泥浆返高均能满足设计要求。

2.1.2 进行地层静态或动态承压试验濮85区块属于断层性漏失，漏失速度快，堵漏困难。对于该区块井，下套管前须进行狄塞尔或复合堵漏，并做好地层承压试验，满足固井要求方可下套管。

（1）静态承压试验。根据固井设计和固井时的循环压力，确定固井施工时环空增加的压力，然后附加1～2 MPa作为关防喷器后的憋压值。为了避免井口加压造成上层套管鞋发生漏失，可在井底注入一定量的高密度钻井液，降低井口加压值。

（2）动态承压试验。根据固井施工设计计算出施工时井底最大压力，将钻井液密度加重并要求高于最大当量密度0.01～0.02 g/cm3，以固井时的排量循环，不漏方可进行下套管作业。

2.1.3 平衡压力固井要求固井过程中环空液柱压力小于地层破裂压力，使之不发生井漏；同时环空液柱压力大于地层压力，达到控制地层气窜的目的。根据这一要求，在正常的施工程序下，为了抵消水泥浆柱在环空增加的部分液柱压力，在固井施工前注20～30 m3密度低于钻井液并具有一定黏度的平衡液，有效降低环空液柱压力。该项措施在濮65、濮67断块进行应用，固井施工一次成功，水泥浆返高均达到设计要求。

2.2 压稳技术措施

2.2.1 分段压稳设计采用分段防气窜设计方法优化水泥浆柱结构。对水泥浆进行分段分析，根据不同段的水泥浆的水化状态来计算静胶凝强度发展的临界值，然后计算各段的静液柱压力损失，累积后计算水泥浆柱对气层的压稳系数，这样可有效保证气层压稳的可靠性。对长封固段、油、气、水分布分散的井，采用双凝或多凝水泥浆，逐级对失重进行压力补偿，避免因失重过大不能补偿压力造成油气上窜。

2.2.2 裸眼封隔器封堵高压层采用裸眼封隔器对油、气、水特别活跃层段进行封隔，防止高压油、气、水的窜流造成其他井段封固质量差。如濮7-56井在3个高压层顶部各加1只裸眼封隔器，有效地保证了各层分隔。

2.2.3 静态下固井措施注水是老油田开发的必要手段，但会导致地层产生憋压区或地下窜流，造成油水窜。因此，当钻进至注水层位前，及时对其影响范围内的注水井进行停注并泄压。

2.2.4 缩短水泥浆稠化时间和过渡时间对于油、气、水层分散、封固段长的井，要求设计的催凝段稠化时间较短，因此下部水泥浆可设计成无候凝水泥浆，一般稠化时间为施工时间附加10～20 min即可，同油气水入侵抢时间，确保在发生侵蚀前水泥浆有一定胶凝强度，达到防油气水侵目的。

2.2.5 环空加回压环空加回压可有效平衡地层压力，对短段水泥浆候凝过程中产生的失重进行有效压稳。为了确保压稳，应在碰压后第一时间内进行环空加回压，但是由于技套下深一般都在2 000～2 400 m左右，加回压又很容易引起下部地层漏失，为了既能压稳又不会引起井漏，现场在理论计算失重的基础上每次加压不超过1 MPa，10 min后压力如不降再继续往上加，直至达到设计值。对于加回压困难的井，每隔10～15 min加一次，如所加回压不能有效压稳地层，则加回压时间应大于4 h，直至压力不降为止，并且要求24 h后放压。

2.3 提高顶替效率措施

2.3.1 提高套管居中度针对文濮结合部实际，对于井斜小于40°的井，采用Ø215.9 mm×Ø139.7 mm弹性扶正器，阻流环位置至油顶以上100 m，一根套管加一只；对于井斜大于40°的井，阻流环位置以上每根套管加1只Ø139.7 mm刚性螺旋扶正器。

2.3.2 采用紊流、塞流及复合顶替技术堵漏成功并建立正常循环后，地层的承压能力仍然不高，如果全部采用紊流注替水泥浆和钻井液就有可能造成井漏。因此，替浆排量应小于循环排量，在替浆最后2～5 m3采用水泥车用500 L/min的排量实现塞流顶替，并结合水泥浆稠化时间，尽量做到替到位后留5～10 min时间稠化，这样不仅解决了防漏问题，而且可以防止水泥浆候凝时间长、加不上回压造成油气水窜槽问题。

2.4 水泥浆体系优选

2.4.1 超高密度水泥浆体系配方：嘉华D级水泥+30%加重剂+0.5%分散剂+1.0%微硅+0.8%降失水剂+1.0%早强剂+缓凝剂+0.05%消泡剂。该体系采用密度5.05 g/cm3的赤铁矿粉作为加重材料。根据紧密堆积理论，在水泥浆中加入纳米材料微硅粉，微硅粉的比表面积为15～25 m2/g，而水泥的比表面积为0.3 m2/g，由于微硅含有大量的无定型二氧化硅和大的表面积，具有很高的反应活性，同时能够填入水泥颗粒之间，形成一种性能改善的微观结构，因此能有效提高水泥浆体系的稳定性和抗压强度。利用CET超声波强度测定仪检测该水泥浆强度的动态发展（见图1），实验条件100 ℃、21 MPa、48 h。