靖南区块漏失井固井工艺研究

吴阳， 肖志海， 沈小刚， 郭一兵， 金志轩

苏里格气田靖南区块地质上属于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡，钻井地层自上而下依次为新生界第四系；中生界白垩系、侏罗系、三叠系；上古生界石炭系、二叠系；下古生界奥陶系[1-3]。由于地层承压能力低，钻进至三叠系刘家沟组地层时，常发生压裂性裂缝漏失。为保证固井作业的正常进行，常采用的办法是先进行堵漏作业，堵漏成功后再进行固井作业[4-6]，但是堵漏成功后也难以保证固井期间不再产生漏失。因此，解决该问题的方法之一是在该区块使用分级固井工艺技术[7-8]，然而该区块部分开发井在下套管期间发生漏失，井口失返，无法建立正常的循环，常用的分级固井已经无法满足全井段封固的要求[9-10]。为了降低固井作业复杂风险，提高全井段封固合格率，考察了不同堵漏剂对水泥浆性能的影响，研制了一种适合苏里格气田靖南区块的堵漏水泥浆体系，并针对该区块的地质特性，制定了特殊正注反挤施工工艺，满足全井段封固的固井质量要求[11-17]。

1 实验部分

1.1 实验药品与仪器

G级油井水泥，工业级；纤维混合物QD-2、植物颗粒堵漏剂、复合纤维DF-NIN，工业级。堵漏材料试验仪。

1.2 水泥浆堵漏性能评价方法

将配好的堵漏水泥浆倒入堵漏实验仪的缸体中，再选择不同型号的裂缝板模拟地层裂缝，接好管线后，以0.014 MPa/s的升压速率将压力升至0.69 MPa，然后以0.069 MPa/s的升压速率进行升压，当压力升至3.5、5.0、6.9 MPa时稳压5 min，并记录排出液体的体积。实验结束后，打开模拟通道，观察封堵情况。

2 实验结果与讨论

根据靖南区块承压堵漏实验可知，该区块刘家沟组地层的承压当量密度在1.35 g/cm3左右，因此选择1.35 g/cm3轻珠水泥浆作为堵漏水泥浆基础配方。轻珠是一种多孔性固体，当其进入地层后，能在裂缝中形成骨架结构，因此具有一定的堵漏能力。为了提升轻珠水泥浆体系的堵漏性能，在轻珠水泥浆中加入堵漏材料，考察不同堵漏材料对轻珠水泥浆体系性能的影响，并对堵漏水泥浆体系进行优化。

2.1 植物颗粒对轻珠水泥浆性能的影响

在轻珠水泥浆中，改变植物颗粒的质量分数，测定水泥浆体系常温常压下的流变性能及水泥石的抗压强度。由表1可知，随着植物颗粒加入量的增加，稠度系数、塑性黏度及动切力逐渐变大，流性指数及强度逐渐变小。这是因为堵漏剂植物颗粒具有较大的颗粒直径，且属于惰性材料，并不参与水泥浆的稠化反应，因此其大大影响了水泥石的整体结构，使水泥浆体系的稠度变大，流变性变差，水泥石强度降低，但是当此水泥浆体系进入漏层后，堵漏剂植物颗粒的特有结构易在裂缝中形成骨架，阻止水泥浆的漏失，起到较好的堵漏效果。

表1 堵漏剂植物颗粒对水泥浆流变性能的影响

2.2 QD-2对轻珠水泥浆性能的影响

改变纤维混合物QD-2的加量，考察其对轻珠水泥浆体系流变性及抗压强度的影响，结果见表2。

表2 QD-2对水泥浆流变性能及水泥石强度的影响

由表2可以看出，随着QD-2加入量的增加，稠度系数、塑性黏度及动切力逐渐变大，流性指数及水泥石强度逐渐变小，但变化均不大。纤维混合物的颗粒均匀混合于水泥浆后易交联桥接形成网状结构，当堵漏水泥浆进入地层裂缝后，水泥颗粒填充于纤维混合物的颗粒形成的网孔之中，阻止水泥浆的漏失。而其颗粒直径较小的特性使得水泥浆体系的性能变化均不大。

2.3 DF-NIN对轻珠水泥浆性能的影响

改变复合纤维DF-NIN的加量，考察DF-NIN对轻珠水泥浆常温常压下的流变性能及45 ℃、24 h下抗压强度的影响，实验结果见表3。

表3 DF-NIN对水泥浆流变性能及水泥石强度的影响

由表3可以看出，随着DF-NIN加入量的增加，水泥浆的稠度、流动性、塑性黏度、动切力及水泥石的抗压强度基本不变。这是因为DF-NIN具有较好的可塑性及较大的比表面积，当其加入轻珠水泥浆中后，易吸附水泥浆中的固态颗粒形成聚集体，当复合纤维水泥浆进入裂缝后，其形成的聚集体能在裂缝中充当骨架结构，并借助水泥浆水化胶结反应，将裂缝封堵牢固，而其较好的韧性使水泥石的抗压强度不会降低。

2.4 正交实验

通过以上实验及水泥浆堵漏实验评价可知，在轻珠水泥浆体系中加入单一的堵漏材料，其性能很难达到施工要求，因此必须优化堵漏水泥浆体系，在进行单因素条件的实验基础上，选择堵漏剂植物颗粒（A）、纤维混合物QD-2（B）、复合纤维DF-NIN（C）的质量分数为考察因素，每个因素取3水平。以24 h抗压强度为考察指标，用L9（3）4正交表设计实验，实验结果如表4所示。由表4可以看出，从RA＞RB＞RC得出3因素对降凝效率的影响从主到次依次为堵漏剂植物颗粒、纤维混合物QD-2、复合纤维DF-NIN；最佳水平组合为A1B2C3，即堵漏剂植物颗粒、纤维混合物QD-2、复合纤维DF-NIN质量分数分别为2%、2%和3%。

2.5 水泥浆堵漏性能的评价

将上述最佳配比的堵漏材料加入到2 000 mL水泥浆中，进行水堵漏性能评价，结果见表5。水泥浆的其他性能见表6。

表4 正交实验数据及处理结果

表5 轻珠堵漏水泥浆堵漏性能评价结果

表6 轻珠堵漏水泥浆基本性能

由表5可知，在轻珠水泥浆体系中加入复合堵漏材料后，水泥浆的漏失量大幅度降低。实验结束后，打开模拟通道可以发现，缝板上方均形成部分桥堵塞。这说明该水泥浆体系可起到较好堵漏效果，并能形成较为致密的堵漏塞，可降低后续固井的漏失量，保证填充段的封固质量和全井段封固合格率。由表6可知，该堵漏水泥浆的性能均满足现场施工技术要求。

3 现场试验

在靖南区块钻井，钻至三叠系刘家沟组时，常发生压裂性裂缝漏失，常规固井方式很难满足固井技术要求。下面以水平井陕x井为例，探讨漏失井固井工艺。

3.1 陕x井概况

陕x井是长庆油田部署于靖南区块的一口天然气水平井。二开完钻井深为3 930 m，井底静止温度为95 ℃，钻井液循环温度为80 ℃，刘家沟组底界为3 065 m，全井段平均环空容积为18.09 L/m，平均井径为23.27 cm，井径扩大率为4.81%，环容为71.09 m3。二开完钻时钻井液性能：密度为1.30 g/cm3，黏度为65 s，失水量小于3 mL，泥饼厚度小于0.3 mm，含砂量小于0.3%，pH值为9。

3.2 陕x井异常情况

该井正常钻进至井深2 900 m（刘家沟组）时发生漏失，漏失速率为30 m3/h，井队采取随钻堵漏及水泥浆堵漏，堵住漏层后，井队正常钻进至完钻。当套管下至井深3 000 m循环时发生漏失，钻井液漏失速率为50 m3/h，继续下套管至井底，循环时失返。

3.3 陕x井固井工艺设计思路

为确保该漏失井填充段固井质量，针对该区块的地层特性，采用一次上返结合反挤施工。具体固井工艺设计思路为：①对刘家沟组上部洛河组、延长组等薄弱地层进行承压试验，确保地层承压在4 MPa以上，防止反挤施工时从洛河组、延长组挤开地层，导致填充段空段过长；②准确收集裸眼完井井径数据，精准计算环空容积，确保正注水泥浆上返至刘家沟组中部；③候凝24 h后进行反挤施工，反挤施工时，小排量（0.2 m3/min）挤开地层，防止排量过高，憋开洛河组、延长组地层；④挤开地层后，先注入隔离液，冲洗油污及虚泥饼，使裸眼段及套管外壁润湿反转，提高胶结质量；再注入堵漏水泥浆，将裂缝封堵牢固，再注入粉煤灰水泥浆，从而达到正注段与反挤段的衔接，确保全井段封固。⑤反挤施工结束后，及时关闭悬挂器两侧倒流阀门，防止水泥浆下沉，破坏胶结质量。

3.4 固井质量分析

陕X井固井质量声幅图见图1。由图1可知，该井全井段一界面固井质量合格率为95%，二界面固井质量合格率为99%，且在刘家沟组实现了正注段与反挤段的衔接。后续在靖南区块以该固井工艺设计思路试验8井次，其一界面固井质量合格率均在95%以上，二界面固井质量合格率均在99%以上。这说明使用轻珠堵漏水泥浆体系及该固井施工工艺能大幅度提高靖南区块漏失井填充段固井质量。但在该区块，井口至刘家沟组裸眼井段还存在洛河组、延长组等薄弱地层，反挤施工时易从该井段挤开，不能确保正注段与反挤段的衔接，使得正注段与反挤段之间空段较长。因此该固井施工工艺存在一定的局限性，只适合上部地层承压能力较强的井段。

图1 陕X井固井质量声幅图

4 结论

1.通过对堵漏材料的筛选及优化，得到了一种轻珠堵漏水泥浆体系，该水泥浆体系的各项性能均能满足现场固井施工技术质量的要求。

2.针对靖南区块漏失井地质特征，制定了一套新的固井工艺技术以提高填充段合格率；现场试验结果表明，该堵漏水泥浆体系及该固井施工工艺能大幅度提高填充段固井质量。但该固井施工工艺存在一定的局限性，需在今后的工作中继续探讨研究。

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