王純?nèi)?黃 偉 嚴(yán)海兵 瞿云華

中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司

0 引言

四川盆地八角場(chǎng)構(gòu)造前期以上三疊統(tǒng)須家河組致密砂巖開發(fā)為主，氣層垂深2 700～3 200 m[1]，近幾年以大斜度井、水平井進(jìn)行開發(fā)垂深1 800～2 200 m中侏羅統(tǒng)沙溪廟組致密油氣藏。上部地層壓力系數(shù)1.00～1.08 g/cm3，目的層地層壓力系數(shù)1.06～1.14 g/cm3；上部地層破裂壓力系數(shù)1.60～1.90 g/cm3。為快速優(yōu)質(zhì)鉆進(jìn)，采用1.30～1.40 g/cm3油基鉆井液。固井常遇到下套管困難、常規(guī)水泥漿固井施工發(fā)生漏失、固井質(zhì)量不好等問題，通過推廣應(yīng)用井眼清潔、漂浮接箍、旋轉(zhuǎn)下套管、微膨脹防漏防竄水泥漿、高效沖洗性隔離液、調(diào)整鉆井液性能、活動(dòng)套管、預(yù)應(yīng)力固井等提高固井質(zhì)量的技術(shù)措施，油層套管固井質(zhì)量大幅度提高。

1 固井技術(shù)難點(diǎn)

1.1 套管安全順利下入困難

沙溪廟組致密砂巖目的層垂深1 800～2 200 m，水平位移在1 000～2 300 m，大斜度及水平井井段套管易貼井壁，隨著水平位移增加，沿程摩阻顯著增加，套管有效重量低，靠套管自身重量難以克服下套管過程摩阻[2]。鉆井液密度直接影響鉆屑的有效重力[3]，鉆井液密度低，鉆屑與鉆井液密度差大易形成巖屑床，影響套管下入到位。

1.2 地層易漏失影響固井質(zhì)量

上部地層破裂壓力低于1.90 g/cm3,常規(guī)水泥漿密度在1.85～1.90 g/cm3，大排量頂替易壓漏上部地層，小排量頂替的頂替效率低而影響固井質(zhì)量。

1.3 油基鉆井液應(yīng)用對(duì)固井質(zhì)量影響大

井壁和套管表面附著一層油膜和油漿后水泥的膠結(jié)基本為零，嚴(yán)重影響油氣井固井的質(zhì)量及后期的開發(fā)[2]，水泥漿與油基鉆井液相容性差，影響頂替效率甚至施工安全。

1.4 套管居中度差對(duì)固井質(zhì)量影響大

考慮彈性扶正器在受壓時(shí)，彈簧片接觸面增大，增加了下套管的摩阻[3]，實(shí)際居中度更低[4]。目的層每2根套管加放1只彈性扶正器或剛性扶正器的套管居中度低于40%，每根套管加放1只扶正器的套管居中度低于67%，嚴(yán)重影響水泥漿的頂替效率。

2 固井技術(shù)措施

2.1 下套管技術(shù)

2.1.1 井眼清潔技術(shù)

水平井套管下放摩阻較大[5]，增加循環(huán)排量，增加鉆井液密度，鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)都對(duì)大位移井的井眼清潔有幫助[6]，完鉆起鉆前，以35～40 L/s排量和110～120 rpm旋轉(zhuǎn)鉆具循環(huán)2周以上，并采用一定量高密度鉆井液攜砂清除巖屑床，通過起鉆至造斜點(diǎn)后再下鉆到底的摩阻判斷是否正常。

2.1.2 漂浮接箍

大位移井下套管采用漂浮下套管工藝可以降低上提拉力和下放阻力，提高下套管的施工安全性[7-8]，漂浮接箍在套管內(nèi)構(gòu)成臨時(shí)屏障，漂浮接箍以下的套管內(nèi)注入一定量的空氣，實(shí)現(xiàn)下套管過程中處于漂浮狀態(tài)，降低下套管阻力，有利于套管順利下到位。采用密封短接、碰壓座、碎片收集器等組成（圖1）。下套管到位，開泵剪斷銷釘環(huán)，密封半圓下行至倒角處破裂，碎片由收集器收集，建立循環(huán)后固井[9]。由于無需膠塞剪切密封套，可靠性高。

圖1 漂浮接箍示意圖

2.1.3 旋轉(zhuǎn)下套管

采用頂部驅(qū)動(dòng)工具、液壓卡盤、扭矩監(jiān)控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、液壓動(dòng)力系統(tǒng)等，通過旋轉(zhuǎn)套管柱，減小與井壁接觸的側(cè)向力，減小套管下入摩阻[10]，增加大鉤有效載荷，使套管順利下入到位。

2.2 微膨脹防漏防竄水泥漿體系

按照固井施工井底最大動(dòng)當(dāng)量密度小于1.80 g/cm3和上層管鞋處最大動(dòng)當(dāng)量密度小于1.60 g/cm3設(shè)計(jì)常規(guī)密度+低密度早強(qiáng)微膨脹防竄水泥漿體系，既防止井漏發(fā)生，又解決因水泥漿體積收縮和脫水失重造成的流體竄流和膠結(jié)不好的微間隙。密度1.90 g/cm3的微膨脹防竄水泥漿封固目的層，上部井段根據(jù)緊密堆積理論優(yōu)化出，嘉華G水泥+漂珠+超細(xì)水泥+微硅的密度1.50 g/cm3的水泥漿體系，具有較高的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，水泥石微膨脹、滲透率低等優(yōu)點(diǎn)[11-12]。稠化時(shí)間可調(diào)，從40～100 BC過渡時(shí)間小于15 min，具有良好的防氣竄性能。

2.3 高效沖洗性隔離液技術(shù)

采用表面活性劑+懸浮劑+重晶石為主要成分組成沖洗性隔離液，表面活性劑是由多種非離子和陰離子表面活性劑復(fù)配而成，徹底改變井壁和套管壁潤(rùn)濕性使從親油變親水[13]，解決了油基鉆井液的界面清洗和接觸污染難題，沖洗5 min的沖洗效率大于95%，改善界面膠結(jié)質(zhì)量。

2.4 提高固井質(zhì)量的配套技術(shù)

2.4.1 調(diào)整鉆井液靜切力

下套管到位后，逐漸加大至1.5 m3/min排量循環(huán)2周以上，控制鉆井液動(dòng)切力小于6 Pa。當(dāng)井眼條件差，通過降低鉆井液靜切力可以大幅降低鉆井液在偏心環(huán)空窄邊的滯留，從而降低隔離液頂替鉆井液的界面長(zhǎng)度，提高固井頂替效率[14]。

2.4.2 活動(dòng)套管

旋轉(zhuǎn)活動(dòng)套管加速了環(huán)空寬間隙附近流體與窄間隙附近流體的質(zhì)量交換，而上下活動(dòng)套管使滯留鉆井液處于剪切狀態(tài)，有利于消除滯留的鉆井液[14-16]。固井前循環(huán)調(diào)整鉆井液性能時(shí)，采用上下和旋轉(zhuǎn)活動(dòng)套管消除滯留的鉆井液，提高了隔離液、水泥漿的頂替效率。

2.4.3 預(yù)應(yīng)力固井技術(shù)

固井施工采用全井完井液頂替，大壓差頂替,降低或減弱套管的伸縮擴(kuò)張帶來的微間隙,提高一、二界面固井膠結(jié)質(zhì)量[17]。

2.4.4 水馬力設(shè)備配置技術(shù)

根據(jù)工作負(fù)荷超過60%的工作時(shí)間不超過5 min的原則，進(jìn)行固井設(shè)備水馬力配套[18-19]，2臺(tái)雙機(jī)泵水泥車完成泵注水泥漿和頂替完井液均能達(dá)到20 MPa壓力下，1.5 m3/min的排量要求。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 J70-2H固井實(shí)例

井深3 100 m，起鉆電測(cè)后不通井下套管，套管有效重量431 KN順利下到位。漂浮浮箍設(shè)計(jì)打開絕對(duì)壓力38 MPa，位置井深1 983 m（垂深1 800 m），減少下套管摩阻105 KN，逐漸開泵至壓力14.5 MPa，打開漂浮浮箍，建立循環(huán)調(diào)整鉆井液。

泵注1.45 g/cm3的隔離液15 m3，沖洗液4 m3，1.50 g/cm3的低密度水泥漿17 m3，1.90 g /cm3水泥漿45 m3，頂替1.01 g /cm3完井液34.7 m3，碰壓。設(shè)計(jì)封固井段250～3 054 m電測(cè)固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)率94%，合格率99.8%（圖2）。

圖2 J70-2H CBL+VDL+SBT電測(cè)固井質(zhì)量（注：1ft=0.304 8m）

3.2 固井質(zhì)量大幅度提升

2013 2015年共完成6口井，采用CBL+VDL測(cè)井，固井質(zhì)量平均優(yōu)質(zhì)率66%，平均合格率78%，通過技術(shù)推廣應(yīng)用，2016 2019年2月完成12口井，采用CBL+VDL+SBT測(cè)井，特別是上部低密度水泥漿封固段提高明顯，固井質(zhì)量平均優(yōu)質(zhì)率92%，平均合格率98.5%，整體固井質(zhì)量大幅提高。

4 結(jié)論

1）四川盆地八角場(chǎng)構(gòu)造沙溪廟組致密氣固井通過應(yīng)用井眼清潔、漂浮接箍、旋轉(zhuǎn)下套管、微膨脹防漏防竄水泥漿、高效沖洗性隔離液、調(diào)整鉆井液性能、活動(dòng)套管、預(yù)應(yīng)力固井等提高固井質(zhì)量的技術(shù)措施，油層套管固井質(zhì)量大幅度提高，為八角場(chǎng)構(gòu)造沙溪廟組致密氣開發(fā)提供技術(shù)支撐。

2）套管居中度差的條件下，固井前循環(huán)時(shí)活動(dòng)套管、降低鉆井液靜切力能提高固井時(shí)隔離液和水泥漿的頂替效率。

3）漂浮接箍可靠性高，能減少下套管摩阻，有利于套管順利下入到位，建議在長(zhǎng)水平段的水平井中推廣使用。