塔中碎屑岩井固井难点分析及认识

李宗要，滕兆健，卢海川，孙晓杰

(天津中油渤星工程科技有限公司 天津300451)

塔中碎屑岩井固井难点分析及认识

李宗要，滕兆健，卢海川，孙晓杰

(天津中油渤星工程科技有限公司 天津300451)

塔中地区碎屑岩开发目的层位主要是志留系柯坪塔格组上3亚段(SⅡ油组)。该储层段边、底水活跃，对层间封隔质量要求高；另外SⅡ油组最高渗透率为670,mD，最大孔隙度为19%,，水泥浆采用一次上返、候凝过程中容易发生渗透性漏失，导致固井界面胶结不紧密，从而严重影响测井结果。从井眼准备、工艺设计、固井施工、水泥浆体系优选等技术措施入手，总结出了适合塔中碎屑岩固井的一套技术方案。

塔中地区 志留系 碎屑岩 固井 漏失

0 引 言

塔中地区位于塔里木盆地中部的沙漠腹地，属于中央隆起的塔中低凸起构造，是形成于晚加里东—早海西期的下古生界残余隆起。[1]塔中地区志留系自下而上可进一步分为柯坪塔格组、塔塔埃尔塔格组和依木干他乌组。勘探实践和研究表明，志留系柯坪塔格组为碎屑岩主要开发储层，平均钻厚为120～200,m；根据岩性特征，柯坪塔格组可划分为下沥青砂岩段、灰色泥岩段和上沥青砂岩段。[2]目前，志留系柯坪塔格组已开发了塔中4、塔中11、塔中16等多个油藏，并获得了一定的勘探成果；但由于储层分布的非均质性、边底水活跃、渗透性漏失等复杂地质情况，严重影响了该区块固井质量的提高。

1 固井难点分析

1.1 封固段长、漏失风险高

二叠系火成岩漏失和目的层裂缝性漏失是导致水泥浆无法返至井口的主要原因；反挤补救措施一般在表层套管鞋处挤开，无法实现对接，通常会有1,000～3,000,m的套管无水泥封固，破坏了水泥环的完整性，缩短了套管使用寿命，不利于长期开采的需要。

1.2 碎屑岩储层孔隙度、渗透率相对较高，不利于储层水力胶结(见图1)

由图1可以看出：在孔隙度和渗漏率对应较高的层位，水泥胶结质量明显偏差；主要原因是水泥浆注替或候凝过程中，易渗入高孔渗地层，导致固井界面胶结不紧密，从而严重影响固井胶结测井质量。

图1 塔中11-8井志留系碎屑岩储层段固井质量与孔渗对应关系Fig.1 The corresponding relationship between clastic reservoir cementing quality of Tazhong 11-8 well and porosity

1.3 碎屑岩油藏油水关系复杂，层间封隔质量要求高(见表1)

塔中地区SⅡ油组岩性主要为细砂岩夹粉砂岩及含砾砂岩，油藏类型主要以层状边水油藏和块状底水油藏为主(主力油层)；砂体间无统一油水界面，砂泥互层，砂体薄，边底水活跃；部分区块隔层薄，固井后易发生油水窜，所以对目的层和层间封固质量要求比较高。

1.4 套管居中度偏低，影响顶替效率的提高(见图2)

套管居中度是影响固井顶替效率最重要的因素。理论与实践表明，只有套管居中度达到或大于67%,时，固井质量才能有所保证。[3]塔中碎屑岩井环空间隙小，扶正器下入困难，易导致套管下不到底的风险；另外碎屑岩井上部地层松软，井径不规则，钻井液性能调整不足；水泥浆顶替过程中，上部地层环空钻井液无法全部参与流动，顶替效率差，影响上部地层固井质量。

表1 部分碎屑岩井油藏油水分布Tab.1 Oil-water distribution in some clastic rock reservoirs

图2 套管居中度及顶替效率模拟Fig.2 Simulation of the casing central degree and displacement efficiency

1.5 核定二叠系漏失压力，合理设计环空浆柱结构

二叠系火成岩地层是碎屑岩井的主要漏失层位，也是固井发生漏失和产生空套管的主要原因。近5年来，塔中11井区10口井设计一次上返固井作业的井中均发生漏失，严重制约了该区块的固井质量。因此，准确判断二叠系地层漏失压力是碎屑岩固井的关键，也是水泥浆浆柱结构设计的重要依据。

2 固井工艺技术措施

2.1 井眼准备

优质的井眼条件是确保固井质量的前提。塔中碎屑岩井钻进过程中，由于部分地层成岩性差，韧性小、脆性高，容易发生垮塌、剥落，形成不规则的大肚子、糖葫芦井段，易导致窜槽、环空憋堵及泥浆不能被替净的风险。因此，根据地层岩性特征，塔中碎屑岩井钻进过程中，要及时调整泥浆性能或者更换泥浆体系。

2.2 地层承压试验

塔中碎屑岩井表层固井后，进行一次地层承压试验，以应对地层承压不能满足水泥浆一次上返要求时，采用反挤补救的措施。钻穿二叠系20,m后，做地层承压试验，要求二叠系底部当量密度大于1.45,g/cm3；若不能满足要求，考虑承压堵漏，提高地层承压能力，以保证水泥浆一次上返的成功率。塔中11井区钻井日志中记录4口井进行了二叠系地层承压试验，二叠系地层承压当量密度均大于1.45,g/cm3，如表2所示。

表2 二叠系地层承压试验统计Tab.2 Permian strata pressure test statistics

2.3 通井措施

为保证井底清洁和下套管作业顺利，钻井阻卡井段认真划眼，电测结束后采用两套钻具结构通井。第1次原钻具通井，第2次模拟套刚度双扶通井，确保套管及附件组合顺利入井。对于定向井或水平井必要时采用3次通井，并根据实际井径井斜情况适当增加扶正器数量。通井结束后以钻进最大排量循环洗井，必要时采用稠泥浆扫井。

2.4 提高套管居中度

根据实际电测井径情况，优化扶正器安放位置，尽量提高管柱居中度，保证水泥浆的顶替效率。在保证套管安全下到井底的情况下，目前塔中碎屑岩井固井推荐储层段1～2根套管加一个刚性扶正器，其余井段3～5根加一个刚性扶正器，如图3所示。

图3 志留系储层段2根1个扶正器套管和该储层段以上5根1个扶正器套管居中度模拟Fig.3 Simulation of the casing central degree

2.5 调整钻井液性能

固井前，在确保压稳地层的情况下，降低泥浆的粘切有利于提高水泥浆的顶替效率。按照中石油固井技术规范，一般当泥浆密度在1.30,g/cm3以内时，下完套管后，要求调整泥浆屈服值小于5,Pa，粘度小于45,s，塑性粘度在10～30,MPa·s。

2.6 优化固井施工参数

采用变排量顶替：前置液及领浆过储层时采用大排量顶替，排量不低于1.2,m3/min，顶替后期逐渐降低排量，控制井底动态当量密度，降低漏失风险。排量1.2,m3/min可保证储层段60%,管柱居中度条件下环空泥浆全部参与流动(见图4)。通过调整注替排量，可保证固井过程二叠系最高动态压力系数小于1.55，井底最高动压力系数不大于1.60、最高静压力系数不大于1.43，井口压力控制在15,MPa以内(模拟结果见图5)。

图4 油层套管环空泥浆流动模拟(居中度60%)Fig.4Mud flow simulation of production casing(center degree 60%)

图5 直井顶替过程井筒压力模拟Fig.5 Well bore pressure simulation of vertical wells displacement process

3 水泥浆体系优选

3.1 储层段采用自愈合水泥浆，提高水力胶结质量

自愈合水泥浆形成的水泥石在应力应变上表现出弹性性质，有利于在注采条件下保持水泥环的密封完整性，延长了油气井的开发使用寿命。从表3可以看出：掺入自愈合剂后，水泥石抗压强度和弹性模量均有所降低、泊松比有较大幅度提高，具有弹性水泥的性质。另外，自愈合水泥浆体系可以封堵微裂缝，阻止渗流，且随着自愈合剂掺量的增加，自愈合能力不断增强，有利于防止渗流的发生(见图6)，提高了储层的水力胶结质量。

表3 水泥石力学性能数据Tab.3 Mechanical property data of cement paste

图6 水泥石自愈合性能测试Fig.6 Self-healing property of cement paste

3.2 采用防窜水泥浆体系，增加水泥浆渗流阻力

志留系渗漏是塔中碎屑岩储层固井面临的主要问题，为了防止由于微小渗漏引起的气窜，可以采用“静止堵漏”的原理，总体上倾向于提高水泥浆的塑性粘度和屈服值[4](见表4)。具体技术措施如下：缩短储层段水泥浆稠化时间，减少渗流发生时间；提高储层段水泥浆稠度、增加水泥浆渗流阻力；另外，防窜水泥浆还具有一定的触变性，而且滤失量小，浆体稳定，内聚力强，静胶凝强度发展快(见图7)，可防止气体或其他流体的侵扰，从而达到防止窜流的目的。

表4 BCG-200,L防窜水泥浆体系流变试验结果Tab.4 Rheological test results of BCG-200,L Anti-Channeling Cement Slurry

由表4可以看出，BCG-200,L防窜水泥浆体系有明显的增粘和提切作用，并且水泥浆有一定的触变性，对于预防渗透性漏失地层有良好的作用。

由图7可知，BCG-200,L防窜水泥浆体系静胶凝强度发展快，从48～240,Pa过渡时间为9,min，过渡时间短，有利于防止窜流的发生。

3.3 优化环空浆柱结构，提高水泥浆顶替效率

优化环空浆柱结构的主要目的是提高水泥浆的顶替效率，保证碎屑岩井志留系储层的固井质量。优化环空浆柱结构技术切入点是：降低井底和二叠系动态当量密度，防止漏失的发生；优化前置液体系，提高对井壁的冲刷效果；提高领浆流动性，降低井口施工压力并有利于水泥浆充满环空；防止循环摩阻过大，影响固井施工排量。

图7 BCG-200,L防窜水泥浆静胶凝强度发展曲线Fig.7Static gel strength development curve of BCG-200,L Anti-Channeling Cement Slurry

在二叠系承压能力达到1.45,g/cm3时，塔中碎屑岩井主要采用一次上返固井工艺，推荐的优化环空浆柱结构为：密度1.03,g/cm3冲洗液(6～8,m3) ＋密度1.33,g/cm3隔离液(10～15,m3) ＋密度1.35,g/cm3领浆(志留系以上200,m至地面) ＋密度1.85,g/cm3尾浆(返至志留系以上200,m)，具体水泥浆密度和封固井段根据承压试验进行校正。该优化的浆柱结构已在塔中多口碎屑岩井中得到成功应用，并获得油田公司和勘探公司的一致认可。

4 现场施工过程及测井结果

以塔中11井区的TZ11-18井为例，该井为二开井身结构，二开完钻井深4,541,m，φ241.3,mm井眼下入φ177.8,mm的套管，完钻层位奥陶系桑塔木组，目的层位志留系柯坪塔格组，采用水泥浆一次上返固井工艺。该井φ177.8,mm套管下到井底之后，开泵循环两周，排量逐渐提到2.1,m3/min，清除井底沉砂，井口返出正常；同时对泥浆进行降粘降切处理，为下一步固井施工排量和顶替效率提高创造了良好的条件。

2015年9月6日TZ11-18井进行了现场固井作业，首先注入1.03,g/cm3粘滞性冲洗液7,m3，然后注入15,m3的1.30,g/cm3流变性能好的稀水泥浆作为先导浆，有效携砂并进一步驱替泥浆提高顶替效率，同时可以预封堵高渗地层，再注入密度为1.35,g/cm3的领浆110,m3，1.88,g/cm3的尾浆28,m3，然后下胶塞，注3,m3尾浆水作为压塞液，替泥浆83,m3正常碰压，水泥浆井口返出15,m3，施工正常。整个固井过程中，注领浆平均排量达到1.8,m3/min，尾浆平均排量达1.5,m3/min，泥浆顶替排量最高2.1,m3/min，保证了对井壁的有效冲刷，提高了顶替效率；最后10,m3顶替泥浆，排量降到0.5～0.7,m3/min，不但降低环空摩阻，还达到了层流顶替的效果，同时延长尾浆顶替的时间，降低了窜流发生的概率。48,h后测井，全井段合格率达95%，其中储层段合格率为100%、优质率为83%，起到良好的封隔效果，达到了固井设计要求。

5 结 论

①漏失是塔中碎屑岩固井面临的主要技术难题；②核定井底动态压力和二叠系漏失压力是提高塔中碎屑岩固井质量的关键技术措施；③固井作业中合理的施工参数是提高顶替效率的先决条件；④优选性能良好的水泥浆体系是志留系固井质量的重要保障。■

［1］ 吕修祥，胡轩. 塔里木盆地塔中低凸起油气聚集与分布[J]. 石油与天然气地质，1997，18(4)：288-293.

［2］ 王勇，李宇平. 塔中地区志留系柯坪塔格组储层物性的主控因素[J]. 天然气技术，2009，3(4)：13-18.

［3］ 郑志刚，杨红丽. 提高水平井固井质量的几点认识[J]. 内蒙古石油化工，2009(23)：52-53.

［4］ 刘爱萍，邓金根. 委内瑞拉Caracoles油田固井技术[J]. 天然气工业，2005，25(9)：67-69.

An Analysis and Understanding of Cementing Difficulties of Clastic Rocks in Tazhong Area

LI Zongyao，TENG Zhaojian，LU Haichuan，SUN Xiaojie
(Tianjin Bo-Xing Engineering Science and Technology Limited Company of CNPC，Tianjin 300451，China)

The primary purposed development position on clastic rocks in Tazhong area is the 3rd upper Sub-member(SⅡOil Group)．Due to a high level of activities in this reservoir，it has a high demand on packer quality between the positions．The highest permeability and porosity is 670,mD and 19%, respectively．One-time up-return style of cement slurry would easily result in permeable loss and the phenomenon that the cementing interface cementation is not close．The consequence would severely influence logging result．This article summarizes a suit of technical proposals which suit cementing of clastic rocks in the Tazhong area，including drilling preparation，process design，cementing operation，optimizing slurry system，etc.

Tazhong area；Silurian；clastic rocks；cementing；loss

TE256

A

1006-8945(2016)08-0078-05

2016-07-06