插入法固井工艺在银额盆地蒙阿左地1井的应用

黄晓林， 赵远刚， 吴金生

(中国地质科学院探矿工艺研究所，四川 成都 611734)

1 概况

蒙阿左地1井是中国地质调查局部署在银额盆地拖莱凹陷尚丹坳陷的重点油气调查井，位于内蒙古自治区阿拉善左旗乌力吉苏木东南方向约21.8 km处，地表为戈壁滩。蒙阿左地1井于2017年7月28日开钻，2017年10月24日完钻，完钻井深2520.5 m，完钻口径215.9 mm。

蒙阿左地1井设计井深2500 m,一开采用Ø311 mm钻头,钻至井深990.52 m，钻穿新生界(第四系+新近系)及白垩系顶面风化壳至灰色泥质砂岩处，岩性稳定，地层压力约为10.5 MPa，可坐套管，一开完井井身结构如图1所示。固井前钻井液密度1.09 g/cm3，漏斗粘度45 s，钻井循环排量36 L/s，泵压3.5 MPa，固井前井径及井斜见表1。

图1 蒙阿左地1井一开完井井身结构

井段/m平均井径/mm最大井径/mm最小井径/mm最大井斜/(°)0～990.52332512.9288.50.8

2 蒙阿左地1井固井工艺

2.1 固井工艺的选择

为确保蒙阿左地1井二开钻井及后续工作的顺利进行，对表层套管进行固井施工，采用固井水泥浆加固井壁和套管，形成稳固的水泥环，保护井筒，提供稳定的井眼。蒙阿左地1井为该区域的第1口井，半径200 km内无深井钻井记录，缺少邻井资料作为参考，需根据实时钻遇地层情况结束一开，进行固井施工，保证井身安全。本井钻遇稳定地层——灰色泥质砂岩层时井深已达到990.52 m，导致表层套管固井井段较长。钻井工程设计中要求下入的表层套管直径为Ø244.5 mm，直径较大。本井一开井段长、套管内外环空大，采用常规固井方法作业风险高、作业时间长，因此拟采用插入法固井工艺进行固井。

插入法固井工艺在下入深度大的大直径油气井表层套管固井时，用下部连接有浮箍插头的小直径钻杆插入套管的插座式浮箍(或插座式浮鞋)，与环空建立循环，用水泥车通过钻杆向套管外环空注水泥浆，固井施工过程中固井水泥浆返出地面[1-4]。与传统的固井施工方法相比，插入法固井工艺具有以下优点：

(1)能减少水泥浆在套管内与钻井液的掺混，缩短顶替钻井液时间；

(2)水泥浆可提前返出从而减少因附加水泥量过大而造成的浪费和环境污染；

(3)固井所需替浆量较小，不但可以减少混浆使用量，而且易准确计量；

(4)不需要单独储备替浆用水，不需要大泵替浆；

(5)单井可以节约30%左右的水泥，一般情况下，可以减少90%左右的替浆废水的排放；

(6)对于下入深度大的大直径油气井表层套管固井，可以有效提高固井质量；

(7)由于钻杆空间较小，可大大减小水泥浆的污染，提高固井效率[5-12]。

2.2 固井工艺设计

2.2.1 套管串设计

套管串结构为：引鞋+Ø244.5 mm套管+插入式浮箍+磁定位器+Ø244.5 mm套管串，下入92根Ø244.5 mm套管，长986.38 m，浮鞋长0.53,下深987.28 m，使用扶正器30个，下部20根套管焊接加固，采用断续焊,其焊缝长4～5 cm,焊缝间距2～2.5 cm,每下入20根套管灌入一次泥浆。套管柱参数见表2。

2.2.2 钻杆串设计

表2 表层套管柱参数

钻杆串结构为：内插头+Ø127 mm 加重钻杆+Ø127 mm 钻杆+方钻杆，内插头接在钻柱最下端钻杆上，为保证插头居中且顺利插入插座，在钻杆最下端的3根钻杆接头上分别加1个弹性扶正器。从套管内下入钻杆，当插入头接近插座5～8 m时接方钻杆，边循环边下入钻杆，下钻至最后一个单根缓慢下放，待插座以上的沉砂冲洗干净后，慢慢插入插座孔内，以防蹾坏密封面，并加一定压力，形成密封。

2.2.3 水泥浆量计算与配方

根据套管串与钻杆串环形容积计算得到累计容积为39.2 m3，施工时以实测井径为准，按30%附加则预注水泥浆50.96 m3。

设计水泥浆为G级油井水泥，实验温度45 ℃，水泥用量60 t，首浆低密度(地面-790 m)+尾浆高密度(790～986.80 m)，水泥浆流变参数见表3。

2.3 存在的风险与预防措施

采用插入法对蒙阿左地1井进行固井施工，若操作不当则存在一定的风险，主要体现为插头与插座之间的密封会发生失效或防回压失灵等事故，且这个过程不可逆，处理不当将产生严重后果。蒙阿左地1井一开祼眼井段较长，井眼多处出现扩径，加大了下入套管串的难度，增加了影响固井质量的因素。为提高固井质量，防止固井事故的发生，固井施工前做好充分的准备工作，采取一定的技术措施和管理措施，避免事故的发生，保证插入法固井在本井的固井质量，具体措施有：

表3 水泥浆流变参数

注：首浆为G级油井泥/普通漂珠(SD-96)/微硅+3.0%早强剂(G209)+1.2%降失水剂(G302)+0.1%缓凝剂(GH-1)+0.5%减阻剂(USZ)+0.05%消泡剂(SP-A)+井场水；尾浆为G级油井泥51 t+0.6%降失水剂(S901)+0.1%缓凝剂(GH-1)+0.3%减阻剂(USZ)+0.05%消泡剂(SP-A)+井场水。

(1)细致检查浮鞋、浮箍(含插座)、内插头及其密封垫质量；内管注水泥器属易钻材质，易损坏，宜轻装轻放、勿碰撞；工具使用前做好检查、保养和校核，确保井下工具、附件安全可靠。

(2)在下套管和固井前做好通井工作，充分循环处理钻井液，确保井内无沉砂与井眼稳定再下套管和注水泥，同时尽力减少回压凡尔或回压阀座被冲刷的时间。

(3)做好钻井液净化工作，在下套管和下钻过程中，套管柱内和钻具内不得落入杂物，严禁有棕绳、棉纱、药品袋等杂物进入井口和钻具内，否则将造成插座浮鞋关闭失灵。

(4)按照井壁岩性的结构特点，优化固井水泥浆(优化水泥浆外加剂、减阻剂与早强剂的配比)，对施工工序进行仔细的研究，确定最佳的水泥浆凝固时间，保证达到预期的水泥环质量。

(5)固井施工过程中，以固井施工设计为准则，按设计要求组织施工，对固井施工过程进行实时监控和管理。

(6)加强环保意识，在地表对废泥浆、水泥浆进行隔离、回收、固化处理，减小对当地环境的污染[13-16]。

2.4 固井工艺流程

按固井施工设计要求先后下入套管串和钻杆串后，接入固井设备，检查各器具、设备及各通道无误后开始准备注浆。

蒙阿左地1井插入法注浆的具体流程为：注入前置液→注入水泥浆→替入顶替液→放回压检查回压阀是否倒流→上提钻杆循环出多余的水泥浆，注浆流程示意见图2。

图2 蒙阿左地1井插入法注浆流程示意图

具体施工过程为：注前置液(清水)10 m3，注压为1 MPa，返高约250 m；注水泥浆，水泥浆为G级油井水泥，密度为1.40～1.69 g/cm3,平均密度为1.59 g/cm3，API失水量≤150 mL,流动度≥22 cm，抗压强度(48 h)≥12 MPa，共注水泥浆51 m3，注浆压力2 MPa，水泥返出地面后注入密度为1.85～1.95 g/cm3的高密度水泥浆，注入2.4 m3；注顶替液(清水)，共注9.5 m3，水泥塞处替0.3 m3，留0.25 m3水泥浆，置替压力为3～9 MPa，上提钻杆循环出多余的水泥浆，固井结束，候凝48 h。

3 固井质量评价

固井结束48 h后，井壁环腔水泥浆完成凝固，采用ECLIPS5700成像测井仪下入套管内对固井质量进行声波变密度测井，测量井段为0～986.80 m。从所得的声波变密度成像数据解释，表明测量井段内80%左右井段胶结较好，10%左右的井段水泥胶结有缺陷，出现空洞。分析造成小部分胶结缺陷的原因主要是水泥灌车送水泥的速度波动，送量不均匀，两辆灌车切换衔接不顺畅，导致水泥浆密度出现波动。

通过测井解释蒙阿左地1井固井井段总体上胶结较好，特别是关键井段水泥胶结良好，一开固井质量合格。

4 经济性分析

对蒙阿左地1井一开固井施工采用插入法和模拟常规方法固井的相关技术经济指标进行记录与计算(详见表4)。插入法固井施工时间为1.18 d，若采用常规注水泥施工时间为2.03 d。通过经济性对比分析，两种注水泥固井施工方法相比较，插入法节约施工时间0.85 d，节约水泥2.9 t，节约施工用水3.5 t，节约柴油3.0 t，共计节约费用5.90万元。

表4 固井施工各项技术和经济指标

5 结论

(1)在缺乏邻井资料的情况下，蒙阿左地1井作为银额盆地尚丹坳陷拖莱凹陷的首口油气调查风险探井，在银额盆地区域完成大直径、长井段表层套管固井施工，成功解决了长井段固井质量差的难题。

(2)插入法固井技术方法缩短了施工时间、节约了生产用水、油井水泥和柴油等材料，施工效率提高了42%、施工成本降低了30%。

(3)插入法固井在下入深度大的大直径表层套管固井中所需水泥浆量少、替浆量少，施工时间短，固井质量可靠，在本井固井中具有较明显的优点，并且插入法固井技术是一种环保、高效和低成本的固井技术方法，是实施大直径地质调查与探采结合井表层套管固井施工的优选方案，为后续在银额盆地区域开展的油气井固井施工提供参考。