李海偉，李夢(mèng)雪

（中國石油西氣東輸管道公司，上海 200122）

云應(yīng)鹽穴儲(chǔ)氣庫位于湖北省云夢(mèng)縣和應(yīng)城市境內(nèi)，是為西氣東輸二線配套的一座大型地下儲(chǔ)氣庫，其主要功能是為西氣東輸二線下游市場(chǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供季節(jié)調(diào)峰和應(yīng)急采氣。造腔目的層為古近系膏鹽組鹽巖段1-16 鹽群，設(shè)計(jì)井深800 m。YK1-1井是云應(yīng)儲(chǔ)氣庫庫區(qū)內(nèi)第一口資料井，井型為直井，位于江漢盆地云應(yīng)凹陷應(yīng)城向斜程謝次凹，鉆遇地層層序自上而下依次為第四系、古近系，完鉆層位是古近系膏鹽組鹽巖段16 鹽群底。鉆探目的獲取含鹽地層內(nèi)部鹽層、隔夾層的地質(zhì)資料及鹽巖段巖心資料，為開展造腔試驗(yàn)提供地質(zhì)依據(jù)[1]。YK1-1井實(shí)鉆一開φ444.5 mm 鉆頭鉆至172 m，φ339.7 mm 表層套管下至171.05 m；二開實(shí)鉆是φ215.9 mm 取心鉆頭鉆至 730 m 完鉆，φ311.2 mm 鉆頭 171.05 m～730 m 擴(kuò)眼，φ244.5 mm 生產(chǎn)套管下至557.1 m。

1 固井技術(shù)難點(diǎn)

（1）云應(yīng)儲(chǔ)氣庫造腔段為多夾層交互層，鹽層埋藏淺，井底溫度偏低。從云資1井井溫資料來看，井深500 m 處對(duì)應(yīng)的溫度為34.47℃，600 m 處對(duì)應(yīng)的地溫為36.86℃，井底溫度低。低溫下水泥石強(qiáng)度發(fā)展緩慢，優(yōu)選高性能的鹽水水泥漿配方困難，常規(guī)降失水劑與早強(qiáng)劑不配伍[2]。國內(nèi)沒有針對(duì)淺鹽層固井的外加劑，深井鹽井固井的水泥漿體系在低溫下長(zhǎng)期不凝。常規(guī)聚合物鹽水水泥漿經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證，配方難調(diào)，綜合性能差，難以保證固井質(zhì)量[3]。

（2）云應(yīng)鹽穴儲(chǔ)氣庫上部地層承壓能力低，施工過程中易發(fā)生漏失，保證水泥漿上返至地面困難。固井過程中如果替漿排量大或水泥漿密度高，易發(fā)生漏失。水泥漿返不到井口，由于坐封了套管頭，無法從環(huán)空灌注?？紤]上部地層低壓易漏，采用低密度水泥漿固井是比較可行的辦法，但是國內(nèi)目前尚沒有成熟的低密度鹽水水泥漿外加劑及水泥漿體系。

（3）上部地層易漏，固井時(shí)不允許采用大排量頂替，提高頂替效率困難，尤其是在井徑不規(guī)則井段。

（4）云應(yīng)鹽穴儲(chǔ)氣庫要求φ244.5 mm 生產(chǎn)套管在鹽巖層至少20 m井段固井質(zhì)量良好，且還要有效封固蓋層段、泥巖段及上層套管[4]，優(yōu)選綜合性能好的鹽水泥漿配方及保證鹽水水泥漿性能困難。

（5）云應(yīng)鹽穴儲(chǔ)氣庫為國內(nèi)最淺的鹽穴儲(chǔ)氣庫，設(shè)計(jì)注采氣壓力僅為4 MPa～11 MPa。加之鹽穴儲(chǔ)氣庫井運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，長(zhǎng)期經(jīng)受交變應(yīng)力的影響[5]，水泥石要長(zhǎng)期承受交變應(yīng)力的影響，對(duì)水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量及長(zhǎng)期密封性能要求高。

2 固井技術(shù)措施

云應(yīng)鹽穴儲(chǔ)氣庫與金壇、楚州、平頂山鹽穴儲(chǔ)氣庫、常規(guī)油氣井固井有很大區(qū)別，固井難度大、要求高，特別是低溫早強(qiáng)穩(wěn)定性好抗鹽水泥漿配方、大尺寸井眼提高頂替效率的綜合措施、水泥環(huán)的長(zhǎng)期膠結(jié)性能，因此對(duì)固井施工的各個(gè)環(huán)節(jié)提出了更高要求[6]。根據(jù)近期鹽穴儲(chǔ)氣庫固井施工情況及相應(yīng)固井措施的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，采取以下針對(duì)性措施和施工方案大大降低固井施工風(fēng)險(xiǎn)，有效提高云應(yīng)儲(chǔ)氣庫YK1-1井固井質(zhì)量。

2.1 井眼準(zhǔn)備

通井過程采用原有鉆具組合，下至井底后對(duì)鉆井液進(jìn)行充分循環(huán)，確保井壁穩(wěn)定、井眼暢通、無沉砂、無坍塌[7，8]。下套管過程中及時(shí)灌漿，待下完套管灌漿完畢后，單凡爾小排量頂通水眼，建立循環(huán)后再逐漸增加排量，充分循環(huán)鉆井液2 周以上，同時(shí)處理鉆井液，調(diào)整好鉆井液性能，降低黏切，增加流動(dòng)性，為固井施工創(chuàng)造良好的井眼條件。為防止固井過程中底部發(fā)生竄漿，生產(chǎn)套管管腳下部157.9 m井段鉆井液采用黏度為120 s 以上稠漿對(duì)鉆井泥漿進(jìn)行置換墊底。

2.2 管串設(shè)計(jì)與扶正器安放

現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)測(cè)井徑情況，合理安放扶正器，避開大肚子井段，提高套管居中度，保證環(huán)空中水泥漿的流速分布均勻，防止替漿時(shí)環(huán)空中出現(xiàn)竄槽現(xiàn)場(chǎng)，保證水泥漿均勻上返。

2.2.1 管串設(shè)計(jì) φ244.5 mm 引鞋（底端密閉可鉆）+φ244.5 mm 帶旋流孔套管（套管底部固定兩個(gè)水泥傘）1 根（長(zhǎng)度不少于 11 m）+φ244.5 mm 浮箍+變扣短節(jié)（LTC 公扣×氣密封母扣）+φ244.5 mm 氣密封套管+變扣（LTC 母扣×氣密封公扣）+φ244.5 mmLTC 聯(lián)頂節(jié)。

2.2.2 扶正器安放 下部50 m井段每根套管加1 只扶正器，井底以上50 m～200 m井段每2 根套管加一只扶正器，井底以上200 m 至井口每3～4 根套管加一只扶正器，扶正器加在套管接箍上。

2.3 前置液體系優(yōu)化

為保證沖洗液和鉆井液有好的相容性，保證對(duì)第一界面、第二界面良好的沖洗，同時(shí)考慮到?jīng)_洗液能保證井壁的穩(wěn)定，減少對(duì)鹽層的沖蝕，考慮到現(xiàn)場(chǎng)的可操作性及綜合成本，最后確定采用飽和鹵水作為YK1-1井固井的沖洗液，共計(jì)注入10 m3。經(jīng)測(cè)定，飽和鹽水沖洗液的塑性黏度為0.021 Pa·s，動(dòng)切應(yīng)力為0.88 Pa。

2.4 DRB-3S+JSS 鹽水水泥漿體系

為提高含鹽水泥漿的性能，優(yōu)選了DRB-3S 增強(qiáng)材料來提高水泥漿的綜合性能。增強(qiáng)材料DRB-3S 是基于緊密堆積理論[9]，含有多種活性材料成分，通過顆粒級(jí)配而形成的一種礦物粉末，摻入水泥漿中，使水泥漿具有極好的懸浮穩(wěn)定性和密實(shí)性，并能顯著提高水泥漿的抗壓強(qiáng)度、失水等性能，使其滿足封固目的層性能要求[10]。JSS 降失水劑是通過多元共聚反應(yīng)制得的一種水溶性多元共聚物。JSS 在含鹽條件下一方面能形成均勻穩(wěn)定的水泥懸浮體系，起到良好的失水控制作用；另一方面，降失水劑具有較強(qiáng)的活性結(jié)構(gòu)，其控制官能團(tuán)在水泥體系中盡管有較強(qiáng)的吸附作用（-CONH），但不會(huì)對(duì)水泥顆粒的水化進(jìn)程和水化速度產(chǎn)生較強(qiáng)的抑制作用，這樣能夠保證水泥漿在短時(shí)間內(nèi)形成較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和骨架結(jié)構(gòu)，即使在較低的溫度環(huán)境下，水泥漿也能具有較好的強(qiáng)度發(fā)展。FSS 是具有高度磺化度的聚合物縮合體，能夠有效降低含鹽水泥漿的稠度，改善水泥顆粒的分散狀態(tài)，隨著摻量的增加可以略微延長(zhǎng)水泥漿的稠化時(shí)間，且能夠消除水泥漿的膠凝結(jié)構(gòu)，使水泥漿在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持可泵狀態(tài)，同時(shí)在一定的摻量情況下能夠增加水泥石的早期強(qiáng)度[11]。

2.4.1 水泥漿性能與配方 根據(jù)YK1-1井地質(zhì)、鉆井特點(diǎn)，以及鹽穴儲(chǔ)氣庫對(duì)水泥漿性能的要求，利用現(xiàn)場(chǎng)鹽水、淡水和水泥在室內(nèi)進(jìn)行了大量的配方篩選工作，確定了適用于φ244.5 mm 套管固井的水泥漿配方，配方如下。

上部井段：G 級(jí)高抗硫油井水泥+2.5%～4.0%抗鹽降失水劑+7%～12%DRB-3S 增強(qiáng)材料+1.2%～2.5%分散劑+鹽水+調(diào)凝劑。

下部井段：G 級(jí)高抗硫油井水泥+2.5%～4.0%抗鹽降失水劑+7%～12%DRB-3S 增強(qiáng)材料+1.2%～2.5%分散劑+鹽水+調(diào)凝劑。

2.4.2 水泥漿特性（見表1）

表1 DRB-3S+JSS 抗鹽水泥漿配方及性能

（1）良好的漿體穩(wěn)定性：DRB-3S+JSS 鹽水水泥漿體系具有良好的穩(wěn)定性，隨著JSS 加量的增加，水泥漿趨于穩(wěn)定，在JSS 含量大于3.0%以上時(shí)，水泥漿的游離水可以控制在0 mL。

（2）良好的降失水性能：DRB-3S+JSS 鹽水水泥漿體系具有良好的降失水性能，隨著JSS 加量的增加，水泥漿失水量逐漸減小，在JSS 含量為3.5%以上時(shí)，可以將水泥漿的失水量控制在100 mL 以內(nèi)。JSS 降失水劑之所以具有好的降失水效果，是因?yàn)镴SS 大分子在溶液中，通過氫鍵作用形成膠狀聚集，這種穩(wěn)定的凝膠聚集物能夠楔入水泥濾餅的微孔結(jié)構(gòu)，有效降低了濾餅滲透率[12]。另外，這些高分子鏈上的極性基團(tuán)吸附在水泥顆粒表面，以其吸附、溶劑化作用以及對(duì)不同粒度水泥顆粒的級(jí)配作用，形成結(jié)構(gòu)致密的水泥濾餅，從而有效降低了水泥漿的失水量。

（3）較強(qiáng)的抗鹽性能：由于JSS 共聚物中引入了強(qiáng)水化性能的磺酸鹽基團(tuán)和鏈剛性基團(tuán)，使共聚物具有很強(qiáng)的抗鹽、抗污染能力，JSS 的抗鹽能力隨著溫度的升高，失水量?jī)H有略微的上升。

（4）稠化時(shí)間易調(diào)：JSS 抗鹽水泥漿體系在溫度低時(shí)緩凝因子不會(huì)發(fā)生作用，基本不會(huì)影響水泥漿的水化作用，溫度升高時(shí)使得分子結(jié)構(gòu)上潛在的緩凝因子得到激發(fā)，從而延長(zhǎng)了水泥漿的稠化時(shí)間。

2.5 其他配套固井技術(shù)

（1）固井前進(jìn)行地層承壓試驗(yàn)，以此為依據(jù)優(yōu)化固井施工排量及水泥漿密度，為固井設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工提供依據(jù)。

（2）為有效減少套管內(nèi)水泥漿與鉆井液混為一體，采用上、下雙膠塞固井。

（3）固井前先用單泵低排量頂替，待平穩(wěn)后再加大排量注入低密度水泥漿，水泥漿密度控制在1.50 g/cm3～1.60 g/cm3；然后注入常規(guī)密度水泥漿，水泥漿密度控制在1.90 g/cm3～1.95 g/cm3，排量控制在1.5 m3/min～1.8 m3/min。注水泥過程中切實(shí)保證施工連續(xù)，水泥漿密度均勻。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工

準(zhǔn)備作業(yè)就緒后開始固井施工作業(yè)。循環(huán)處理鉆井液，循環(huán)排量2.2 m3/min，調(diào)整鉆井液密度1.35 g/cm3，黏度 39 s，初切 1.1 Pa，終切 2.5 Pa，慮失量 5.1 mL/30min，含砂 0.3%，pH 為 9。管線試壓 15 MPa，10 min 壓力不降。注前置液 10 m3，密度1.1 g/cm3，排量 1 m3/min；壓下膠塞2.5 m3，密度1.1 g/cm3；注低密度水泥漿 3 m3，平均密度1.58 g/cm3；注高密度水泥漿35 m3，平均密度1.93 g/cm3，最高壓力 1.8 MPa；壓上膠塞 2 m3，壓力0.2 MPa。換水泥車頂替 18.2 m3，密度 1.35 g/cm3，壓力5 MPa；碰壓9 MPa，水泥漿返出地面11 m3。憋壓候凝72 h 后鉆開浮箍浮鞋進(jìn)行聲波、變密度聲幅測(cè)井。檢測(cè)結(jié)果顯示，全井封固質(zhì)量合格，符合鹽穴儲(chǔ)氣庫固井質(zhì)量要求[13]（見圖1）。

圖1 YK1-1井φ244.5 mm 生產(chǎn)套管460 m～510 m井段聲幅測(cè)井曲線圖

4 結(jié)論

（1）采用飽和鹽水前置液、低密度水泥漿、中間漿、尾漿的環(huán)空液柱結(jié)構(gòu)并配合套管居中等技術(shù)措施，提高了在“大肚子”及不規(guī)則井段的頂替效率。

（2）DRB-3S+JSS 鹽水水泥漿體系具有抗鹽性好、高早強(qiáng)、稠度適宜、漿體穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，漿體的整體性能好，水泥漿配方易于調(diào)節(jié)，能滿足云應(yīng)鹽穴儲(chǔ)氣庫固井的各項(xiàng)技術(shù)要求。

（3）形成了適應(yīng)云應(yīng)鹽穴儲(chǔ)氣庫固井的低溫下綜合性能好的鹽水水泥漿配方，解決了低溫鹽水水泥漿配方稠化時(shí)間難調(diào)、早期強(qiáng)度發(fā)展慢、失水量控制難等技術(shù)難題，為今后鹽穴儲(chǔ)氣庫固井技術(shù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。