喬領(lǐng)良，莊成宏

（1.四川省德陽新場(chǎng)氣田開發(fā)有限責(zé)任公司，四川德陽618000；2.中國(guó)石化西南石油工程有限公司固井分公司，四川德陽618000）

元壩氣田高壓氣井?193.7mm尾管固井技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策

喬領(lǐng)良*1，莊成宏2

（1.四川省德陽新場(chǎng)氣田開發(fā)有限責(zé)任公司，四川德陽618000；2.中國(guó)石化西南石油工程有限公司固井分公司，四川德陽618000）

元壩氣田是典型的高含硫、高壓、高產(chǎn)的“三高”氣田，由于工程地質(zhì)條件十分復(fù)雜，使固井面臨著易漏、易垮塌、超高溫、超深、超高壓鹽水層、氣層等諸多世界級(jí)難題。經(jīng)過工程技術(shù)人員的總結(jié)分析和研究，通過優(yōu)化鉆井技術(shù)、鉆井液技術(shù)提高了井眼質(zhì)量的基礎(chǔ)上，利用帶有頂部封隔器的尾管懸掛器等先進(jìn)的井下特殊工具，優(yōu)選了扶正器及安放位置，結(jié)合應(yīng)用先導(dǎo)漿除油劑優(yōu)選水泥漿體系強(qiáng)化固井技術(shù)措施等綜合應(yīng)用，保證了防氣竄固井效果。在后期壓裂測(cè)試和投產(chǎn)的工作中，充分驗(yàn)證了固井質(zhì)量能夠滿足作業(yè)要求，保證了含硫氣田開發(fā)的安全。

元壩氣田；超深氣井；固井質(zhì)量；難點(diǎn)；對(duì)策

元壩氣田位于四川盆地東北部的廣元市蒼溪縣、閬中市及巴中市境內(nèi)，是目前世界上開發(fā)最深的海相酸性氣田，氣田開發(fā)以超深水平井、超深大斜度定向井為主，平均垂深6600～6900m，完鉆斜深達(dá)7500～8000m。鉆井過程中經(jīng)常遇到井漏、高壓氣層、蠕動(dòng)性鹽膏層，井底溫度高達(dá)160℃；氣層含H2S和CO2。氣層顯示活躍，固井后，易發(fā)生環(huán)空竄氣等問題，給固井帶來很大挑戰(zhàn)。?193.7mm尾管固井封固嘉陵江組鹽膏層和飛仙關(guān)的氣層是固井作業(yè)的主要目標(biāo)。通過元壩氣田一期固井施工的實(shí)踐，在元壩氣田滾動(dòng)建產(chǎn)的第二輪井的固井施工中采取了一系列有效的工藝措施，提高了固井質(zhì)量，基本消除了環(huán)空竄氣的隱患，保障了氣田的有效開發(fā)。

1　元壩氣田?193.7mm尾管固井技術(shù)難點(diǎn)

元壩氣田四開?241.5mm井眼?193.7mm尾管固井，由于各種因素，給保證固井質(zhì)量提出了世界性難題。

1.1井深、封固段長(zhǎng)，井眼間隙小

四開241.3mm井眼以封固海相地層為主，封固段5000～6900m，裸眼段長(zhǎng)1800～1900m，且斜井段長(zhǎng)600m左右，井斜最大74°，下入復(fù)合套管一般為?193.7mm+?203.1mm套管組合或?193.7mm+?206.4mm套管組合，由于井深、裸眼段長(zhǎng)、井斜角大等，保證固井質(zhì)量難度大。

1.2氣層活躍，地層壓力高

四開鉆遇嘉陵江組、飛仙關(guān)組，嘉陵江組二段將鉆遇高壓水層，飛仙關(guān)二段將鉆遇高壓氣層，地層壓力也將達(dá)到2.0以上，這些將為固井施工提出更高的要求。

1.3壓力系統(tǒng)復(fù)雜，安全窗口窄

由于壓力系統(tǒng)復(fù)雜，氣層活躍，在壓井的過程中常常會(huì)出現(xiàn)井漏，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)失返性漏失，給固井施工增加了難度。

1.4大斜度段套管居中度低

元壩氣田四開井斜都大于50°，大斜度井和水平井起下鉆阻力大，套管下入困難。同時(shí)厚壁無節(jié)箍套管無法加入扶正器，尾管易貼邊造成粘卡，同時(shí)套管下入后厚壁無節(jié)箍套管完全貼邊，頂替效率難以提高。

1.5鉆井液性能含油量高

元壩氣田井底循環(huán)溫度高，普遍在120℃以上，四開鉆井液密度最高2.0g/cm3以上。鉆井液含油或油基潤(rùn)滑劑高，一般都在4%～6%左右，要徹底消除油膜對(duì)固井膠結(jié)的影響有一定的難度。

2　元壩氣田?193.7mm尾管固井技術(shù)對(duì)策

2.1強(qiáng)化固井工藝措施

2.1.1循序漸近增加通井鉆具的剛性

通井鉆具組合和通井措施決定了下套管前的井眼條件。為此制定了循序漸近增加通井鉆具剛性的通井工藝措施，最終通井鉆具的剛性不低于套管柱剛性，確保套管下到位。

2.1.2井眼清洗

為使下套管過程保持井眼穩(wěn)定，鉆井液性能不做大的變動(dòng)。套管到位后，要充分循環(huán)，排量達(dá)到1.2m3/min，確保井底的干凈清潔。

2.1.3井眼平穩(wěn)

對(duì)井眼準(zhǔn)備特別是地層承壓能力提出明確要求，以保證固井施工中不出現(xiàn)漏失情況，同時(shí)，井內(nèi)泥漿密度必須能壓穩(wěn)地層。

2.1.4優(yōu)化施工參數(shù)

合理設(shè)計(jì)施工排量和泵壓，保證環(huán)空流體返速，提高頂替效率。

2.2優(yōu)化前置液

前置液體系采用：先導(dǎo)漿（加入2%的除油劑）+加重隔離液+沖洗液組合。四開完鉆泥漿中的含油量往往在5%以上，甚至達(dá)到10%左右。單純依靠加重隔離液和沖洗液很難清洗干凈井壁和套管壁上的油膜，因此設(shè)計(jì)了40m3左右的先導(dǎo)漿，并加入2%的高效除油劑，其具有很好的除油效果。

加重隔離液設(shè)計(jì)15m3左右，密度介于泥漿和水泥漿之間，也加入乳化劑，再次對(duì)井壁和套管壁油膜進(jìn)行清洗。沖洗液設(shè)計(jì)6m3左右，以清洗井壁的泥皮，并提高水泥漿的頂替效率。

2.3優(yōu)化水泥漿體系

2.3.1膠乳防氣竄水泥漿技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)外防氣竄效果最好的防氣竄劑是膠乳，如丁苯膠乳、苯丙膠乳等。當(dāng)應(yīng)用膠乳水泥漿封閉氣層時(shí)，隨著水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行，環(huán)繞水泥顆粒的水被消耗，膠乳局部體積分?jǐn)?shù)升高，產(chǎn)生顆粒聚集，形成空間網(wǎng)絡(luò)狀非滲透薄膜，完全填充水泥顆粒間的空隙，避免環(huán)空竄流發(fā)生。同時(shí)，由于膠乳的添加，其逐漸形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)提高了水泥石的密實(shí)性，能夠網(wǎng)絡(luò)和緊密連接水泥石的各組分，使水泥石整體性提高，從而減少了腐蝕的淋濾作用，防腐蝕效果較常規(guī)水泥漿有了較大的提高。表1為采用膠乳水泥漿固井情況和質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.3.2彈塑性膠粒水泥漿技術(shù)

表1　油層尾管膠乳使用情況

氣井井口帶壓與水泥環(huán)完整性有很大關(guān)系，提高水泥石的彈塑性可以提高水泥石的抗沖擊能力和變形能力，減少微環(huán)隙的產(chǎn)生，對(duì)自身由于水化干縮產(chǎn)生的裂紋也具有一定的抵抗作用。在元壩10-1H井和元壩204-2井193.7mm尾管固井時(shí)使用了彈塑性膠粒防竄水泥漿體系，該體系的水泥石具有彈性、應(yīng)力應(yīng)變超過5%，水泥石彈性形變大于套管在井下受力范圍內(nèi)產(chǎn)生形變，能有效防止固井后期開采產(chǎn)生微間隙引起環(huán)空帶壓。表2為元壩204-2井193.7mm尾管固井彈塑性水泥漿實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

表2　水泥漿常規(guī)性能

從表2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，彈塑劑的加入使水泥漿的流動(dòng)度略有減小，沉降穩(wěn)定性提高，稠化時(shí)間可調(diào)。水泥漿的施工性能基本不受影響，且與其它外加劑有良好的配伍性。表3為SFP水泥石的彈性模量與常規(guī)水泥石的對(duì)比。由表3中可以看出，加有SFP的水泥石彈性模量比常規(guī)水泥石有大幅度降低，降低幅度超過80%。

對(duì)不同密度的水泥漿配方在90℃養(yǎng)護(hù)成水泥石，分別測(cè)試其抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和抗沖擊韌性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表4可以看出，彈塑劑的加入，水泥石抗壓強(qiáng)度有一定降低，但降低幅度不大，水泥石抗折強(qiáng)度和抗沖擊韌性有提高。

室內(nèi)對(duì)凝固后的水泥石進(jìn)行三軸力學(xué)性能測(cè)試，試驗(yàn)條件為三軸應(yīng)力（圍壓30MPa，溫度90℃），測(cè)試得三軸圍壓下的抗壓強(qiáng)度、彈性模量和泊松比值。測(cè)試結(jié)果如表5所示。

由測(cè)試結(jié)果可知，在實(shí)驗(yàn)條件下，加入彈塑劑的水泥石應(yīng)變值比原漿水泥石高4～5倍，同時(shí)應(yīng)力值增大17.4 MPa，彈性模量降低2倍。在套管變形范圍內(nèi)該水泥石能保持完整，從而提高固井質(zhì)量。

表3　加SFP的水泥石彈性模量與普通水泥石對(duì)比

表4　水泥石力學(xué)性能

表5　X井淡水體系水泥石三軸應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

2.4“預(yù)應(yīng)力”固井技術(shù)的應(yīng)用

為保證防氣竄效果，元壩氣田?193.7mm尾管固井成功應(yīng)用了帶有頂部封隔器的尾管懸掛器，通過對(duì)前期應(yīng)用后固井質(zhì)量的分析，充分應(yīng)用頂封坐封后與回壓凡爾共同作用可以使裸眼形成一個(gè)密閉環(huán)空的有利條件，實(shí)施了“預(yù)應(yīng)力”固井技術(shù)。具體操作是：在固井替漿碰壓前，預(yù)留1～2m3左右鉆井液停止頂替，進(jìn)行頂部封隔器坐封，然后用水泥車小排量緩慢替漿，控制壓力達(dá)到固井設(shè)計(jì)中的憋壓壓力后停止替漿，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)空加壓，彌補(bǔ)水泥漿失重的壓力損失。通過后期多口井的應(yīng)用，不但提高了防氣竄效果，也使固井質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良，有效提高了固井質(zhì)量。

3　應(yīng)用效果

元壩氣田通過固井技術(shù)方案的不斷優(yōu)化，采用了優(yōu)化前置液、水泥漿體系、預(yù)應(yīng)力固井技術(shù)等，在第二期的8口開發(fā)井固井中，固井質(zhì)量合格率為100%，優(yōu)良率為100%，優(yōu)質(zhì)率達(dá)到50%，效果相當(dāng)明顯，且有效地解決了井口環(huán)空竄氣問題，保證了后期酸壓測(cè)試和投產(chǎn)。8口井四開193.7mm尾管固井質(zhì)量具體情況見表6。

4　結(jié)論

（1）元壩氣田地質(zhì)條件復(fù)雜，高溫、高壓、高產(chǎn)、超深、封固段長(zhǎng)、間隙小及復(fù)雜壓力體系，氣層活躍，固井難度大。

（2）通過不斷摸索和改進(jìn)，對(duì)前置液、水泥漿體系進(jìn)行優(yōu)化以及采用“預(yù)應(yīng)力”固井技術(shù)等，能夠提高固井質(zhì)量并有效地解決防氣竄問題。

（3）對(duì)元壩氣田超深含硫氣井固井技術(shù)通過進(jìn)一步總結(jié)分析和完善，將會(huì)在今后類似氣田的開發(fā)建設(shè)中推廣應(yīng)用。

［1］馬勇，劉偉，唐庚，等.川渝地區(qū)“三高”氣田超深井固井隔離液應(yīng)用實(shí)踐［J］.天然氣工業(yè)，2010，30（6）：77-79.

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表6　元壩二期井四開?193.7mm尾管固井質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

TE925

A

1004-5716（2016）04-0049-04

2015-12-31

2016-01-04

喬領(lǐng)良（1963-），男（漢族），陜西戶縣人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事石油天然氣鉆井工程技術(shù)、生產(chǎn)與監(jiān)督管理工作。