蔣世偉，張華，周峰，李歡，張國山，尹璇，袁雄

（1.中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司第一固井公司，河北任丘062552；2.中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，北京102206；3.中石油西南油氣田分公司蜀南氣礦，四川瀘州646000）

華北油田潛山內(nèi)幕構(gòu)造固井技術(shù)研究

蔣世偉*1，張華2，周峰3，李歡1，張國山1，尹璇1，袁雄2

（1.中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司第一固井公司，河北任丘062552；2.中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，北京102206；3.中石油西南油氣田分公司蜀南氣礦，四川瀘州646000）

華北油田潛山內(nèi)幕構(gòu)造地質(zhì)復(fù)雜，固井存在著地層承壓能力低，固井易漏失、低返；油氣顯示活躍，壓穩(wěn)難度大；環(huán)空間隙小，排量受限，頂替效率不易保證；尾管固井封固長，低密度水泥漿頂部強(qiáng)度發(fā)展慢等難題，通過采用承壓堵漏技術(shù)、低密度高強(qiáng)防漏大溫差水泥漿技術(shù)、配套工藝技術(shù)等措施，提高地層承壓能力，降低井底當(dāng)量密度，實(shí)現(xiàn)平衡壓力固井，確保固井施工安全，保證固井質(zhì)量，為華北油田潛山構(gòu)造的勘探深入提供了技術(shù)支撐。

漏失；低密度；大溫差；平衡壓力；固井

潛山油藏增儲(chǔ)上產(chǎn)已成為華北油田穩(wěn)油增氣的重要支撐。隨著勘探開發(fā)的不斷深入，非傳統(tǒng)的潛山內(nèi)幕隱蔽型潛山是華北油田深化勘探的主要方向之一。其潛山內(nèi)幕構(gòu)造的地質(zhì)復(fù)雜，給固井帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)：①地層承壓能力低，固井易漏失、低返，嚴(yán)重影響固井質(zhì)量：其中澤43井的尾管?127mm×（3375.68～3803.06m），水泥返深3460m，未返至喇叭口；井深3511～3523m，3566～3572m，3695～3703m固井不合格；潛山漏失導(dǎo)致固井不合格。澤古14J井填砂3次，在霧迷山組頂部打3次水泥塞堵漏，為防止鉆出新井眼，注堵漏液3次，承壓不合格，固井施工風(fēng)險(xiǎn)大。②油氣顯示活躍，壓穩(wěn)難度大，增加固井施工風(fēng)險(xiǎn)：澤43-3井的奧陶系井深4058～4059m，油、氣上竄嚴(yán)重，鉆井液涌出井口0.5m高；③環(huán)空間隙小，排量受限，頂替效率不易保證；④尾管固井封固長1000m左右，低密度水泥漿頂部強(qiáng)度發(fā)展慢等。

針對(duì)以上固井技術(shù)難點(diǎn)，堅(jiān)持平衡壓力固井“三壓穩(wěn)”技術(shù)，固井前，做好地層承壓堵漏試驗(yàn)，提高地層承壓能力，排除后效，控制油氣上竄速度小于20m/h；固井中，采用低密度高強(qiáng)防漏大溫差水泥漿技術(shù)，合理設(shè)計(jì)固井工作液密度及漿柱結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計(jì)施工排量，防止固井施工過程中地層流體竄流及水泥漿漏失或低返；固井后，固井施工結(jié)束后環(huán)空憋壓候凝，提高井底當(dāng)量密度，增加地層壓穩(wěn)系數(shù)，防止候凝期間地層流體竄流；有效確保了固井施工安全，保證了固井質(zhì)量，支撐了華北油田潛山內(nèi)幕構(gòu)造的開發(fā)。

1　地層承壓堵漏技術(shù)

1.1堵漏體系

為提高堵漏效果，因根據(jù)地層漏失類型、鉆井液漏失速度等參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)堵漏體系，具體堵漏體系如表1所示。

表1　堵漏體系

（1）儲(chǔ)層漏失的堵漏體系及綜合性能。針對(duì)漏失性儲(chǔ)層，采用可酸溶堵漏劑，酸溶率不小于50%，進(jìn)行儲(chǔ)層堵漏，降低儲(chǔ)層傷害，達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)層的目的。從表2可知：通過加入酸溶性材料配制的酸溶性水泥漿具有良好的綜合性能，在不同溫度和工況條件下的稠化時(shí)間可調(diào)，抗壓強(qiáng)度滿足也生產(chǎn)應(yīng)用要求，其水泥石的酸溶率大于95%，滿足暫閉封堵及堵漏作業(yè)的需求。

表2　酸溶性水泥的綜合性能

（2）非儲(chǔ)層漏失的堵漏體系及綜合性能。由表3的不同緩凝劑加量的膠凝水泥漿堵漏液性能可以看出，膠凝水泥漿堵漏體系稠化時(shí)間可調(diào)、強(qiáng)度適中，并且具有良好的觸變性，增強(qiáng)堵漏效果。

表3　不同緩凝劑加量的膠凝水泥漿的綜合性能

1.2堵漏工藝方法

堵漏前，鉆桿下深到漏層以上500m左右，關(guān)閉井口，先注入高粘度、高切力的堵漏鉆井液作為承托液隔離地層水，隨后注入堵漏用的堵漏水泥漿，并進(jìn)行平衡壓力計(jì)算，使一部分堵漏水泥漿進(jìn)入裂縫性漏失的漏失層中，另一部分堵漏水泥漿留在井筒內(nèi)，水泥塞頂面一般控制在漏層以上50m左右，關(guān)井候凝，當(dāng)堵漏水泥漿凝固后可有效封堵漏失層位、堵塞井筒與漏失地層的通道，為繼續(xù)作業(yè)創(chuàng)造良好的井眼條件。

2　低密度高強(qiáng)防漏大溫差水泥漿體系

2.1水泥漿體系綜合性能

長封固段固井，上下溫差大（溫差30℃以上），常規(guī)低密度水泥漿體系在大溫差條件下封固段頂部強(qiáng)度發(fā)展慢，易出現(xiàn)緩凝現(xiàn)象，影響封隔質(zhì)量。為提高低密度水泥漿在大溫差條件下封固段頂部的早期強(qiáng)度，在體系中摻入早強(qiáng)劑、火山灰活性的微硅，加快了水泥水化速率，縮短了水泥水化誘導(dǎo)期［1］，實(shí)現(xiàn)了水泥漿的“直角稠化”，提高了水泥石的早期強(qiáng)度發(fā)展。從表4可知，測(cè)試條件為50℃×48h×20.7MPa下，低密度水泥漿的抗壓強(qiáng)度大于3.5MPa，且水泥漿性能防竄系數(shù)SPN值均小于3，證明該水泥漿具有良好的防竄能力［2］。

具體配方如下所示：

表4　水泥漿的綜合性能

（1）1.45g/cm3配方：G級(jí)水泥+1%堵漏材料+ 24.5%玻璃漂珠+1.5%彈性粒子+0.35%懸浮穩(wěn)定劑+ 1.4%降失水劑+0.15%分散劑+3.5%微硅+0.2%緩凝劑+0.3%消泡劑+50%水+2.5%早強(qiáng)劑（配方中百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）。

（2）1.55g/cm3配方：G級(jí)水泥+1%堵漏材料+17%玻璃漂珠+1.5%彈性粒子+0.3%懸浮穩(wěn)定劑+1.3%降失水劑+0.15%分散劑+2.5%微硅+0.2%緩凝劑+0.5%消泡劑+48%水+2.0%早強(qiáng)劑。

（3）1.60g/cm3配方：G級(jí)水泥+1%堵漏材料+14%玻璃漂珠+1.5%彈性粒子+0.8%懸浮穩(wěn)定劑+1.2%降失水劑+0.2%分散劑+2%微硅+0.2%緩凝劑+0.5%消泡劑+46.5%水+1.0%早強(qiáng)劑。

（4）1.65g/cm3配方：G級(jí)水泥+1%堵漏材料+11%玻璃漂珠+1.5%彈性粒子+0.8%懸浮穩(wěn)定劑+1.2%降失水劑+0.2%分散劑+2%微硅+0.2%緩凝劑+0.5%消泡劑+45.5%水+1.0%早強(qiáng)劑。

2.2水泥漿堵漏效果

從表5可知，在低密度高強(qiáng)大溫差水泥漿中加入復(fù)合堵漏材料（彈性粒子與纖維為復(fù)合堵漏材料），通過復(fù)合堵漏材料在孔或縫處的架橋、阻掛和滯留等作用［3-4］，堵住1～2mm寬的孔和縫，有效控制固井過程中的漏失現(xiàn)象，提高地層承壓能力。同時(shí)，低比重堵漏劑的加入可降低水泥漿密度，減少減輕劑玻璃微珠的加量，降低了固井成本。

表5　水泥漿的堵漏效果

3　配套工藝技術(shù)措施

結(jié)合固井技術(shù)難點(diǎn)，提出了有針對(duì)性的配套工藝技術(shù)措施，保證了固井施工安全，提高了固井質(zhì)量。

（1）做好地層承壓堵漏試驗(yàn)，提高地層承壓能力，滿足固井設(shè)計(jì)施工要求。

（2）通井過程中，調(diào)整好鉆井液性能，減小通井期間鉆井液在環(huán)空的滯留量，并控制油氣上竄速度小于20m/h。

（3）軟件模擬合理設(shè)計(jì)扶正器類型、安放數(shù)量等，提高套管居中度不小于67%，其中油層段為1根套管1只剛性螺旋扶正器，提高頂替效率［5］。

（4）下完套管后，循環(huán)泵壓正常后，采用漏斗粘度150～200s的稠鉆井液30m3舉砂，提高井眼干凈程度，防止固井施工過程中因沉砂而引起環(huán)空憋堵。

（5）固井施工前，以鉆進(jìn)過程中的大排量計(jì)算鉆鋌處的返速，以此返速為固井施工的大排量返速，循環(huán)洗井至少2個(gè)循環(huán)周以上，消除后效，降低水泥漿凝固前的地層流體竄流風(fēng)險(xiǎn)；采用固井施工的大排量循環(huán)模擬，防止固井過程中出現(xiàn)井漏，為后續(xù)作業(yè)做好保障。

（6）尾管固井或水泥漿返出地面時(shí)，設(shè)計(jì)水泥漿多返5～6m3，保證凈水泥漿充填封固段；優(yōu)化鉆井液性能，漏斗粘度不大于40s，高溫高壓失水量不大于10mL；采用高效抗污染沖洗隔離液，保證接觸時(shí)間大于10min，確保固井施工安全，且其潤濕反轉(zhuǎn)作用，可提高二界面親水性，提高界面膠結(jié)質(zhì)量［6-7］；根據(jù)工作液密度和漿柱結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計(jì)固井施工注替排量，提高沖洗頂替效率。

（7）對(duì)于尾管固井，在喇叭口位置處設(shè)計(jì)抗污染隔離液鉆桿內(nèi)7m3，套管內(nèi)3m3作為間隔隔離液，防止懸掛器中心管拔出時(shí)，鉆井液與水泥漿污染；喇叭口處，懸掛器中心管拔出瞬間，管外靜液柱壓力略大于管內(nèi)，降低鉆井液與水泥漿的接觸機(jī)會(huì)，降低固井施工風(fēng)險(xiǎn)。

（8）選擇性固井，降低井漏風(fēng)險(xiǎn)，提高固井施工安全性，保障固井質(zhì)量。

（9）環(huán)空憋壓候凝，補(bǔ)償因水泥漿水化失重而降低的靜液柱壓力；平衡壓力固井，堅(jiān)持固井“三壓穩(wěn)”方針［8］。

4　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

任深2x井位于潛山構(gòu)造帶任北潛山內(nèi)幕斷鼻，設(shè)計(jì)井深4200m（垂深），實(shí)際井深4175.5m。該井在鉆井過程中，發(fā)生井漏，先在3880～3930m處打水泥塞，塞厚50m。為降低固井施工風(fēng)險(xiǎn)，保證固井質(zhì)量，采用1.90g/cm3防漏水泥漿，結(jié)合選擇性固井配套工藝技術(shù)措施，有效確保了施工順利，固井質(zhì)量合格。

5　結(jié)論與建議

（1）通過加入酸溶性材料配制的酸溶性水泥漿具有良好的綜合性能，在不同溫度和工況條件下的稠化時(shí)間可調(diào)，抗壓強(qiáng)度滿足也生產(chǎn)應(yīng)用要求，其水泥石的酸溶率大于95%，滿足暫閉封堵及堵漏作業(yè)的需求。

（2）針對(duì)裂縫性漏失地層，酸溶性水泥漿和膠凝水泥漿的堵漏效果明顯，可有效封堵漏失層位、堵塞井筒與漏失地層的通道，提高地層承壓能力，為繼續(xù)作業(yè)創(chuàng)造良好的井眼條件。

（3）低密度高強(qiáng)大溫差水泥漿體系具有良好的綜合性能，稠化過渡時(shí)間短“直角稠化”，水泥石的早期強(qiáng)度發(fā)展50℃×48h×20.7MPa抗壓強(qiáng)度大于3.5MPa，水泥漿性能防竄系數(shù)SPN值小于3，具有良好的防竄能力。且復(fù)合堵漏材料（彈性粒子與纖維為復(fù)合堵漏材料）的加入，提高了水泥漿的防漏能力，可堵住1～2mm寬的孔和縫。

（4）通過集成井眼準(zhǔn)備技術(shù)、平衡壓力固井技術(shù)、低密度高強(qiáng)大溫差水泥漿技術(shù)等配套措施，現(xiàn)場(chǎng)成功推廣應(yīng)用，形成了一套適合華北油田潛山內(nèi)幕構(gòu)造的固井技術(shù)措施，有效確保了固井施工安全，保證了固井質(zhì)量，為華北油田潛山構(gòu)造的深入勘探提供技術(shù)保障。

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TE256.1

A

1004-5716（2016）10-0052-04

2016-05-25

2016-05-27

蔣世偉（1972-），男（漢族），河南許昌人，工程師，現(xiàn)從事固井技術(shù)管理及現(xiàn)場(chǎng)工作。

簡介：張華（1984-），男（漢族），四川遂寧人，工程師，現(xiàn)從事固井工作液體系與工藝研究與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工作。