尹 飛，高寶奎(中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京 102249)

張 進(jìn)(中石油冀東油田分公司，河北 唐山 063000)

周禮海(中石化華北石油局井下作業(yè)公司，河南 鄭州 450042)

鹽膏層固井技術(shù)在塔河油田的應(yīng)用
——以TK1127井為例

尹 飛，高寶奎(中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京 102249)

張 進(jìn)(中石油冀東油田分公司，河北 唐山 063000)

周禮海(中石化華北石油局井下作業(yè)公司，河南 鄭州 450042)

鹽膏層的塑性蠕動(dòng)容易導(dǎo)致縮徑、井壁坍塌，鹽膏層的溶解會(huì)污染水泥漿，從而導(dǎo)致套管下入困難、水泥環(huán)質(zhì)量下降和套管擠毀等固井問題。在分析鹽膏層特點(diǎn)和固井難點(diǎn)的基礎(chǔ)上, 以塔河油田TK1127井為例，闡述了鹽膏層固井工藝技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，利用該技術(shù)能夠?qū)}膏層井段進(jìn)行有效封固。

鹽膏層；固井技術(shù)；尾管串設(shè)計(jì)；水泥漿性能

在我國(guó)鹽膏層分布廣、埋藏深，在第三系、石炭系和寒武系地層均有出現(xiàn)。鹽膏層是指主要由巖鹽(堿金屬和堿土金屬氯化物)和石膏(硫酸鹽)組成的地層，可分為純鹽巖層和鹽、膏、泥復(fù)合鹽層，其具有如下特點(diǎn)：①強(qiáng)度很低，一般為5～16MPa；②泊松比較高，少數(shù)甚至接近0.5；③強(qiáng)度和彈性模量隨溫度升高呈減小趨勢(shì)，泊松比隨溫度增高呈增大趨勢(shì)；④溫度和應(yīng)力水平升高可使巖鹽的蠕變速率增加[1]。塔河油田石炭系鹽膏層具有埋藏深(5200～5600m)、厚度大(80～400m)、壓力高、層間變化大和塑性變形嚴(yán)重的特點(diǎn)，容易導(dǎo)致其含鹽泥巖垮塌，這嚴(yán)重影響了固井施工作業(yè)。如何提高鹽膏層固井質(zhì)量，成為需要迫切解決的重要問題[2]。為此，筆者對(duì)鹽膏層固井技術(shù)在塔河油田的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

1 鹽膏層固井難點(diǎn)

1.1地層壓力高

鹽膏層大多出現(xiàn)在深部地層，由于上覆地層壓力高和鹽膏層的可塑性，必須用較高密度的鉆井液以平衡鹽膏層的壓力，同時(shí)固井中需要有高密度的水泥漿以實(shí)現(xiàn)水泥凝固過程的壓穩(wěn)，這增加了井漏風(fēng)險(xiǎn)。

1.2對(duì)水泥漿性能要求苛刻

鹽膏的溶解和蠕動(dòng)會(huì)影響水泥漿的穩(wěn)定性。在不同溫度和濃度條件下，鹽溶液對(duì)水泥漿流動(dòng)性、稠化時(shí)間和水泥石強(qiáng)度產(chǎn)生復(fù)雜影響，例如，當(dāng)鹽的濃度大于14.5%時(shí)，其早期強(qiáng)度損失達(dá)38.0%[3]。

1.3替漿效果差

鹽膏層易出現(xiàn)縮徑、井壁垮塌等復(fù)雜情況，導(dǎo)致井眼質(zhì)量變差，而縮徑的井眼不利于套管居中，此外鉆井液與水泥漿的密度差較小時(shí)容易竄槽混漿。上述情況造成固井時(shí)頂替效果差，從而難以形成良好的均布水泥環(huán)[4]。

1.4嚴(yán)重影響套管強(qiáng)度及壽命

鹽層蠕動(dòng)會(huì)破壞水泥環(huán)，導(dǎo)致套管極易被擠毀，從而嚴(yán)重影響后續(xù)作業(yè)和油井壽命，甚至使井報(bào)廢。如塔河油田的S106井在鹽下層鉆進(jìn)時(shí)，上部250.8mm技術(shù)套管被擠毀，嚴(yán)重影響了正常鉆進(jìn)及產(chǎn)層套管的順利下入[5]。

2 鹽膏層固井工藝技術(shù)

2.1優(yōu)化水泥漿體系

優(yōu)化水泥漿體系時(shí)，應(yīng)注意如下幾方面：①鹽膏層蠕變速率的檢測(cè)和控制，通過該步驟可以確定合理的水泥環(huán)早期強(qiáng)度和下套管時(shí)間。②選配抗鹽水泥漿體系。半飽和或欠飽和的鹽水水泥漿不會(huì)由于鹽膏層的溶解而促凝，且水泥的早期強(qiáng)度發(fā)展較快，因而可使井壁穩(wěn)定。由于水泥漿體系需要滿足合理的稠化時(shí)間、沉降穩(wěn)定性和較高流動(dòng)性等要求，且水泥石在溫度超過110℃時(shí)會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度衰退現(xiàn)象，因而應(yīng)通過加入抗高溫穩(wěn)定材料(硅粉)來解決上述問題。③使用多凝水泥漿體系。對(duì)于長(zhǎng)封固段的鹽膏層固井，可以利用雙凝或多凝的水泥漿柱組合，使前部水泥漿的稠化時(shí)間相對(duì)延遲而避免失重，實(shí)現(xiàn)從井底向上的分段凝固。

2.2采用高抗擠強(qiáng)度的套管串

鹽巖層蠕變產(chǎn)生塑性流動(dòng)，地層上覆壓力會(huì)部分或全部作用在套管上；在構(gòu)造活動(dòng)活躍區(qū)，遠(yuǎn)比上覆壓力大的構(gòu)造應(yīng)力作用于套管上[6]，上述情況導(dǎo)致普通套管很難抵御鹽膏層的外擠力。因此，應(yīng)在鹽膏層井段采用具有高抗擠強(qiáng)度的套管，包括高鋼級(jí)套管、厚壁套管和雙層組合套管。此外，應(yīng)通過在套管串上合理布置扶正器、旋流發(fā)生器等提高套管的居中度，從而形成一個(gè)完整的水泥環(huán)以消除不均勻載荷對(duì)套管的損壞。

2.3運(yùn)用平衡壓力固井技術(shù)

圖1 塔河油田TK1127井井身結(jié)構(gòu)

采用平衡壓力固井技術(shù)時(shí)，注替水泥漿過程產(chǎn)生的環(huán)空液柱組合的壓力應(yīng)小于最薄弱地層的破裂壓力,為避免驅(qū)替水泥漿到達(dá)設(shè)計(jì)位置后在凝固失重條件下受油氣侵竄，要求其靜液柱壓力梯度值大于地層孔隙壓力梯度值。

2.4提供穩(wěn)定規(guī)則的井眼

穩(wěn)定規(guī)則的井眼是封固好鹽膏層的前提條件。在易縮徑的地層鉆進(jìn)時(shí)，采用特殊的鉆頭和鉆具結(jié)構(gòu)，在固井前應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)眼通井，以增大鹽膏層井段的井眼直徑，利于套管的順利下入和形成完整水泥環(huán)。

3 應(yīng)用實(shí)例

為了對(duì)塔河油田TK1127井三開次的鹽膏層井段進(jìn)行有效封固，防止鹽膏層蠕變擠毀套管，實(shí)現(xiàn)安全鉆進(jìn)或開采，采用尾管懸掛固井方法，固井設(shè)計(jì)原則是封固鹽膏層及其他裸眼地層和重疊段。一開、二開采用單級(jí)固井，三開采用懸掛尾管固井，且尾管與技術(shù)套管應(yīng)重疊150m。鹽膏層位于5237～5343m處，應(yīng)進(jìn)行液力擴(kuò)孔，擴(kuò)孔井徑不小于355.6mm。塔河油田TK1127井的井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.1尾管串設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)如下尾管串結(jié)構(gòu)：浮鞋(TP-FJ)+2根273.1mm×TP140V×26.24mm×TP-FJ套管+浮箍(TP-FJ) +2根273.1mm×TP140V×26.24mm×TP-FJ套管+浮箍(TP-FJ)+2根273.1mm×TP140V×TP-FJ套管+球座(TP-FJ)+變絲套管(TP-FJ×VAM-MUST)+273.1mm×VM140HC×26.24mm×VAM-MUST套管串+變徑套管(273.1mm×VAM-MUST×244.5mm×BTC)+244.5mm×11.99mm×TP110T×BTC套管串+244.5 mm×11.99×TP110S×BTC套管串+懸掛器+送放鉆具。經(jīng)計(jì)算，尾管浮重140.1t，鉆桿浮重94.3t，總浮重234.4t。采用大陸架公司生產(chǎn)的 SSX-AS型?339.7×?244.5(13in×9in)懸掛器，最大拉伸負(fù)荷為240t，密封能力大于25MPa。

3.2水泥漿體系設(shè)計(jì)

領(lǐng)漿封固井段2948～5000m，用量為93.7m3；尾漿封固井段5000～5363m，封固至鹽層以上237m，用量為23.22m3。水泥漿體系性能設(shè)計(jì)如表1所示。隔離液配方：300g H2O+36g NaCl+5g TAS155+9g TPF78L+470g SiO2+15g MS；隔離液密度：1.65g/cm3。

表1 水泥漿體系性能設(shè)計(jì)

3.3施工流程

塔河油田TK1127井固井施工流程如下：①固井管線試通水，試壓25MPa；②注沖洗液8.0m3，密度1.09g/cm3，放回水，驗(yàn)證加壓凡爾密封性；③注隔離液8.0m3，密度1.65g/cm3；④注水泥漿領(lǐng)漿100m3，控制水泥漿密度(1.65±0.02)g/cm3；尾漿25m3，控制水泥漿密度(1.92±0.02)g/cm3；⑤釋放鉆桿膠塞；⑥鉆井隊(duì)泥漿泵替漿，水泥車注后置液1.0m3，控制排量1.2～2.0m3/min，替漿先替密度1.40g/cm3，鉆井液46m3，再替密度1.66g/cm3的鉆井液72.68m3，替漿累計(jì)至30m3時(shí)，降低排量至1.0m3/min左右，待大小膠塞復(fù)合后，根據(jù)施工壓力調(diào)整排量，共替118.68m3，到量前5m3降排量，到量如未碰壓，進(jìn)行適當(dāng)附加后停泵；⑦放回水，卸水泥頭，起出全部鉆具，候凝60h探掃水泥塞。

3.4施工效果

對(duì)塔河油田TK1127井三開次的鹽膏層井段進(jìn)行封固后，綜合評(píng)定鹽膏層固井質(zhì)量為良，能夠防止鹽膏層蠕變擠毀套管，從而實(shí)現(xiàn)下一步安全鉆進(jìn)或開采。

4 結(jié) 語

鹽膏層具有塑性蠕變、易垮塌等地質(zhì)特點(diǎn)，嚴(yán)重影響了正常鉆進(jìn)和固井質(zhì)量。為此，設(shè)計(jì)了鹽膏層固井工藝技術(shù)，包括優(yōu)化水泥漿體系、采用高抗擠強(qiáng)度的套管串、運(yùn)用平衡壓力固井技術(shù)和提供穩(wěn)定規(guī)則的井眼。利用該技術(shù)對(duì)塔河油田的TK1127井三開次的鹽膏層井段進(jìn)行封固后，綜合評(píng)定鹽膏層固井質(zhì)量為良，保證了鹽膏層施工作業(yè)的安全。因此，該技術(shù)具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]黃李榮.塔河油田鹽膏層固井工藝技術(shù)研究[J].石油鉆探技術(shù)，2004，32(3)：21-23.

[2]魯小輝，楊兆中.塔河油田鹽膏層鉆井工藝探討[J].四川文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，19(2)：119-121.

[3]黃李榮.塔河油田鹽膏層固井工藝技術(shù)研究[J].石油鉆探技術(shù)，2004，32(3)：21-23.

[4]陶世平，段保平.鹽膏層固井技術(shù)探討[J].吐哈油氣,2007,12(1)：70-76.

[5]張克堅(jiān)，王元敏，李銀海，等.哈薩克斯坦濱里海盆地巨厚鹽膏層固井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2008，36(6)：82-85.

[6]劉超，周訓(xùn)耀.固井工程中鹽膏層蠕變危害分析[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，13(1):22-24.

[編輯] 李啟棟

TE256

A

1673-1409(2012)05-N096-03

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.05.031

2012-02-24

國(guó)家油氣重大專項(xiàng)(2011ZX0509)。

尹飛(1985-)，男，2009年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事油氣井完井工藝及工具方面的研究工作。