束鹿荆丘构造膏盐层双层套管固井技术与应用

2019-06-12王福昌于万宝

钻采工艺 2019年5期

王福昌，蓝雁，黄霞，孔娜，于万宝

（渤海钻探工程有限公司第一固井分公司）

王福昌等.束鹿荆丘构造膏盐层双层套管固井技术与应用.钻采工艺，2019，42（5）：27-30

冀中坳陷束鹿凹陷荆丘构造带晋45断块由于存在膏盐层给固井工程带来很多难题，同时，膏盐层的蠕变，破坏环空水泥环，挤毁套管，缩短油气井的使用寿命［1］。针对该类问题，经过多年的研究与探索，采用双层套管结构可有效防止膏盐层蠕变。双层套管固井存在很多技术难题，如下入难度大、水泥浆易被钙侵、封固段同时存在大环空及小间隙，难以满足大小井眼同时存在的顶替效率问题［2］。经过技术攻关，研制出配套的冲洗隔离液体系和性能优良的抗盐水泥浆体系，较好地解决了困扰膏盐层双层套管固井的诸多瓶颈难题，确保施工安全，固井质量得到有效保证。

一、膏盐层双层套管固井难点

冀中坳陷束鹿凹陷荆丘构造带膏盐层纯度高，Ga2+、Na+含量高，石膏吸水膨胀导致井壁缩径、剥落掉块、井壁失稳，岩层蠕变率高，造成套管变形或挤毁［3］，对固井质量要求高。以前该区块所钻30多口井均因膏盐层蠕变、套管挤毁报废，为解决套管挤毁难题，决定采用双层套管固井工艺，双层套管固井难点主要有以下几个方面：

（1）膏盐层容易导致水泥浆发生污染絮凝；同时膏、盐层井段地层吸水，易导致水泥浆闪凝，易造成“灌香肠”等工程事故［4］。

（2）膏盐、盐岩层对水泥石有腐蚀作用，同时膏盐层的蠕变对水泥环的力学性能要求较高［5］，如何保证小间隙下水泥环的力学性能也是一大难点。

（3）双层套管固井，单层套管部分存在井眼大、套管小，环空间隙大，在双层套管部分为小间隙固井，难以满足大小井眼同时存在的顶替效率问题，井壁虚滤饼难以祛除干净，井眼不规则，套管居中度不能保证［6］，固井质量难以保证。

（4）膏盐层属于可溶性地层，它的溶解与流动不仅会严重影响固井过程中水泥浆性能的稳定，而且会给固井作业带来相当大难度，尤其是无法形成良好的水泥环，很容易使可溶性地层再次产生塑性流动，使油层套管进而受到不均匀地层载荷的影响迅速损坏，影响油井的正常生产［7］。

二、双层套管下套管工艺

双层套管固井技术就是在膏盐层段通过双层套管下入工具下入双层套管，在内层套管与外层套管间注水泥或者灌入机油，外层套管与地层用水泥浆封固，人为提高套管抗挤能力，防止膏盐层蠕变挤毁套管。

注油式双层套管施工工艺为：

（1）按照设计要求下入双层套管下部套管及浮箍浮鞋至设计长度。

（2）连接双层套管下阀（图1），下阀下部有与下部套管尺寸一致的公螺纹，上部有与内外层套管一致的两个母螺纹。

（3）外层套管连接到双层套管下阀上，按设计长度下入，在井口固定，形成工作台面。

图1 注油式双层套管下阀

图2 注油式双层套管上阀

（4）下入内层套管，并按设计下入扶正器，快到设计长度时减缓下放速度，对扣、连接双层套管下阀。

（5）在双层套管内层与外层之间注入干净机油，若液面不下降则对扣正确。

（6）接双层套管上阀（图2）及套管短接，先连接橡胶密封件再旋入密封套最后接套管短接，观察是否密封。

（7）继续下油层套管，进行常规固井施工作业。

三、隔离液体系研究

1.隔离液组成

隔离液由悬浮剂、加重剂、降失水剂、冲洗剂组成［8］。悬浮剂配制成的黏性基液，具有优良的悬浮性和剪切稀释性；冲洗剂对钻井液、水泥浆、钻井液与水泥浆的污染胶凝物均有显著的稀释分散作用，对套管、井壁界面具有良好的化学冲洗及水润湿效果［9］，清除泥浆虚滤饼，提高水泥浆顶替效率，提高固井质量；加重剂采用惰性的重晶石粉，调整隔离液密度，平衡地层压力［10］。

2.隔离液基本性能

由表1可知，隔离液在常温及高温下均具有良好的流态，稳定性能好，API失水满足要求。从数据上反应，不同密度隔离液均有较好的性能，易于泵送，能有效的冲洗井壁，提高界面胶结质量。

3.隔离液的抗盐性能

通过盐的加量变化，观察隔离液的流变性能（表2），从而确定该体系的抗盐性。

表1 隔离液基本性能

表2 盐对隔离液性能影响

从表2可以看出，随着盐浓度的增加，浆体塑性黏度略有增加，动切力增大，API失水变化较小，从隔离液性能来看，抗盐性能较好。

四、抗盐水泥浆体系研究及评价

盐溶液是一种强电解质，在不同温度和质量浓度下，将使水泥浆产生分散、密度升高、闪凝、缓凝等不同效应，因此，封固盐膏层时水泥浆各项性能难于控制［11］。如何合理的选择外加剂保证水泥浆性能是能否确保施工安全及固井质量的关键。

通过实验，优选出了抗盐降滤失剂、减阻剂、缓凝剂。降滤失剂是一种AMPS的高分子聚合物，AMPS分子中含有微酸基，具有良好的抗盐性；该产品还具有水泥浆失水低、流变性能好、浆体稳定、游离水低，对稠化时间影响较小，水泥石早期强度发展迅速等优点。减阻剂可明显提高水泥浆的流动性，改善水泥浆流性指数，降低稠度，保证盐水水泥浆的浆体流态。缓凝剂对盐水水泥浆缓凝效果明显，稠化时间与加量呈线性关系，且稠化曲线呈“直角”［12］。

通过改变配方中外加剂加量大小，观察水泥浆的性能（表3），看外加剂对水泥浆性能的影响。

表3 水泥浆性能

配方1：G级水泥+5%降滤失剂+0.8%减阻剂+0.6%缓凝剂+盐浓度18%盐水。

配方2：G级水泥+4%降滤失剂+0.8%减阻剂+0.6%缓凝剂+盐浓度18%盐水。

配方3：G级水泥+5%降滤失剂+1.5%减阻剂+0.6%缓凝剂+盐浓度18%盐水。

配方4：G级水泥+5%降滤失剂+0.8%减阻剂+1.0%缓凝剂+盐浓度18%盐水。

从以上实验可以得出：①降滤失剂可以很好的控制失水，随着降失水剂的增加，API失水变小；②减阻剂能有效的降低水泥浆的六速，调整浆体流态；③缓凝剂对六速影响极小的情况下，通过调整加量，能有效的调节稠化时间；④该抗盐水泥浆流动性能好，早期强度发展快，且具有较高的强度值，有利于提高水泥环的胶结质量。

五、现场应用实例

1.晋45-177X井概况

晋45-177X井是华北油田采油五厂在冀中坳陷束鹿凹陷荆丘构造带晋45断块的一口重点评价井，该井所处区块地质结构复杂，沙一段下部存在膏盐层，以前所钻30多口井均因膏盐层蠕变，套管挤毁报废。本井使用Ø241.3 mm 钻头，完钻井深3 361 m，Ø139.7 mm套管下深3 359.56 m，经过认真研究，在2 935～3 123m下入双层套管，内层下入Ø139.7 mm壁厚10.54 mm P110套管，外层下入Ø196.8 mm壁厚12.7 mm P110套管，主要目的是用双层套管封固盐膏层，解决因膏盐层蠕变造成的挤毁套管难题，确保了油井使用寿命。