苏里格气田提高井筒封固完整性固井工艺研究与实践

2018-12-12王志刚

石油化工应用 2018年11期

张伟，余建，王志刚，唐力，胡倩

（川庆钻探工程有限公司井下作业公司，四川成都 610021）

苏里格气田位于长庆靖边气田西北侧的苏里格庙地区，区域构造属于鄂尔多斯盆地陕北斜坡北部中带。该气田属于国际上罕见的“四低”（低渗、低压、低产、低丰度）气田，储层致密且压力低（石盒子组、山西组埋深在3 300 m左右，地层压力系数多在0.9左右）、薄而分散[1]。该区块多采用二开二完井身结构：一开钻至600 m左右中完，完钻井深多在3 700 m左右。二开钻进裸眼段长，且钻遇多个低压易漏地层，特别是区块内多口井二开钻进时在延长组发生井漏等复杂情况，在固井过程中发生漏失，全井用常规密度水泥浆返高难以保证，难以返出井口，导致上部环空，固井质量不合格，对井筒封固完整性带来巨大挑战。该区块采用单级一次全井段固井，可有效提高套管串的承压能力，在苏里格气田应用效果显著[2]，为满足单级一次全井段封固的技术要求，通过分析苏里格气田易漏井特点，优选出粉煤灰低密度防漏水泥浆体系，同时采用正注反挤工艺[3-5]。能有效的提高产层固井质量优质率，确保整个井筒封固完整性。

1 主要技术措施

1.1 粉煤灰低密度水泥浆体系优选

低密度水泥浆是降低施工中环空液柱压力的有效手段。而低密度水泥浆体系必须密度可调，沉降稳定性好，有早期强度等综合性能，才能达到保护中上部套管，满足油气井长期开采的需要。

常用低密度的减轻剂材料有粉煤灰、膨润土、玻璃微珠等，而粉煤灰是一种具有较高承压能力的密度减轻材料，因其内部含有大量活性玻璃体而具有潜在的水硬性，配制的浆体稳定性好，水泥石渗透率较低，并且价格便宜，来源广。考虑到固井成本和材料的广泛性，综合考虑后，采用粉煤灰、微硅为主的低密度水泥浆体系[6，7]。

粉煤灰作为减轻材料，广泛应用于低密度水泥浆固井[8-10]。基于紧密堆积理论，加入微硅，通过干混合组分的不同颗粒尺寸分布，进行合理级配，使水泥浆体系实现良好的孔隙填充，降低水泥浆体系中的充填水和吸附水层，提高单位水泥浆体系中的固相量。同时由于微填颗粒的滚珠效应，粉煤灰达到降低水泥浆密度，微硅的加入实现紧密堆积，保证水泥浆体系具有良好的流变性。同时采用了多元聚合物类的降失水剂，在水泥浆体内部能够形成多点吸附，从而使水泥浆保持良好的稳定性。低密度水泥浆配方及性能（见表1、表2）。

从表2可以看出，该粉煤灰低密度水泥浆体系具有良好的流动性、无自由水以及较高的48 h强度，有利于注水泥施工安全，也可起到保护、支撑套管的效果。

稠化条件（80 ℃、40 MPa、40 min）。从稠化曲线（见图1）上可以看出，该粉煤灰低密度水泥浆初始稠度低，曲线平稳，过渡时间短，试验曲线近直角稠化，有利于防气窜。同时有利于现场混配及泵注，水泥浆性能满足施工要求。

1.2 正注反挤工艺

苏里格气田钻遇主要漏失地层为洛河组、延安组和刘家沟组，以刘家沟组地层承压能力最低（1.20 g/cm3～1.35 g/cm3），在单级一次固井施工过程中很容易发生漏失，从而导致水泥浆返高达不到设计要求，如采用一次性注水泥上返至地面的固井工艺，很有可能在顶替后期再次发生井漏，甚至失返，造成地层漏封。

（1）采用正注反挤施工工艺，正注采用两凝水泥浆体系（粉煤灰低密度体系加常规水泥浆体系），正注低密度水泥浆返高至漏失井段以下，常规水泥浆返至气层顶300 m以上。缓凝水泥浆返至明确的主漏层，尽可能避免反挤出现“糖心弹”。正注水泥浆出套管鞋后，实施反计量，密切关注井口返出量以判断井下漏失情况。

（2）正注完毕后，如发生井漏并液面不在井口，则环空反推一定量钻井液后立即关井候凝，确保反挤通道畅通。反挤前先反灌钻井液至井口，并试挤钻井液求取反挤施工参数，根据井下漏失和试挤情况确定反挤水泥浆量，保证环空水泥浆对接。

表1 粉煤灰低密度水泥浆体系配方Tab.1 Formula of fly ash low density cement slurry system

表2 粉煤灰低密度水泥浆体系性能Tab.2 Performance of fly ash low density cement slurry system

（3）反挤采用常规水泥浆密度1.90 g/cm3。反挤水泥稠化试验取延长组地层温度50℃，稠化时间控制在80 min/40Bc～90 min/40Bc。便于在井下发生漏失情况下快速封固住漏层，并尽力对接环空水泥浆。

图1 低密度水泥浆稠化试验曲线Fig.1 Low density cement slurry thickening test curve

1.3 冲洗型隔离液的使用

考虑到钻井液虚泥饼对固井质量的影响，施工前注入优质抗钙冲洗性能好的轻质泥浆，增加对井壁的冲洗。同时结合实测井径合理布置隔离液数量，进行动、静平衡压稳校核。

1.4 结合工程软件，科学调整施工参数

（1）对裸眼井段有针对性的安放套管扶正器，结合CEM固井软件，根据井径、全角变化率、岩性、产层、通井情况等因素综合确定快干水泥浆封固井段套管扶正器的安放数量和间距，使套管居中度达到67%以上。从而提高顶替效率，确保固井质量的提高。

（2）合理布置环空浆柱结构，利用软件模拟，结合钻井数据，对冲洗液-低密度水泥浆-常规密度水泥浆进入地层后对易漏失层位液柱压力的变化进行预测，从而确定施工泵注和顶替排量。通过软件，可以监控冲洗液出套管鞋时压力的变化是否在正常范围之内。如异常可适当的降低顶替排量，确保环空的液柱压力低于漏失地层的压力。

2 现场试验

2.1 正注反挤工艺应用

对区块内采用正注反挤工艺的方案为：设计正注水泥浆顶界在1 500 m左右（延长组），电测实际水泥浆返高在1 200 m左右；设计反挤水泥浆底界在1 500 m左右，电测实际水泥浆底深多在1 000 m～1 200 m，有部分井做到完全对接。现场应用施工井（见表3）。

由表3可以看出，采用正注反挤工艺，整个井筒的封固率都能达到90%以上，而且固井质量合格率都是100%，说明采用此工艺固井能有效的提高整个井筒封固的完整性。

2.2 一次性上返工艺现场应用

在T7区块内两口二开钻进时井下正常，无井漏，现场在这两口井尝试一次性注水泥上返至地面的固井工艺。为了降低环空静液柱压力，环空浆柱结构采用低密度（1.40 g/cm3～1.45 g/cm3）+常规密度（1.85 g/cm3～1.90 g/cm3）水泥浆组合。其中常规密度水泥浆封固井底至气层以上500 m，低密度水泥浆封固井口至气层以上500 m（见表4）。

由表4可以看到一次性上返工艺，在水泥浆返高至易漏地层时也能实现水泥的返高要求，而且低密度水泥浆固井合格率能达到97%以上，有效的保证了井筒的完整性。