蓬莱镇组水平井固井技术研究与应用

杜 剑 李雨威

（中国石化西南石油工程有限公司固井分公司）

蓬莱镇组水平井固井技术研究与应用

杜 剑 李雨威

（中国石化西南石油工程有限公司固井分公司）

川西蓬莱镇组气藏为致密砂岩气藏，储量丰富，一般采用水平井开发技术。针对前期水平井固井质量不理想的现状，对一系列固井技术难点展开研究，提出了相应的改进方案：清除沉床岩屑，提高注水泥顶替效率（包括清油效率），优化水泥浆性能，从而为提高水平井固井质量提供了可靠的保证。表2参10

蓬莱镇组 水平井固井技术 固井质量

0 引言

川西蓬莱镇组气藏储量丰富，叠合含气面积为66.8 km2，可开发储量达到85×108m3以上，约占总储量的75%，勘探开发前景巨大［1］。该气藏为致密砂岩气藏，由多个薄气层构成，具有渗透率低、气层非均质性强、含水饱和度高、气体驱替压力高等特点［1－3］。该气藏直井采收率低，井网密集，增产措施困难，而水平井生产剖面具有很强的泄油能力，能够成倍地提高采油效率［3－4］。水平井作为一种开发低渗透油气田的成熟技术，随着新21－1H井获得高产工业气流，成为了川西地区增储上产的重要手段。但是，2010年以前，川西地区水平井固井质量一直不是非常理想，难以圆满地满足大型压裂施工要求，一定程度上制约了后期的增产措施手段。

在此背景下，本文对川西蓬莱镇组气藏水平井固井技术展开了探讨，分析了蓬莱镇组水平井的固井技术难点，并通过理论分析，结合前期研究成果，提出了适合川西蓬莱镇组水平井的固井技术，并通过实践验证，证明了该技术的可行性。

1 蓬莱镇组气藏水平井概况

目前，川西蓬莱镇组气藏普遍井身结构为：一开采用Ф444.5mm钻头进入古店组15m，下入Φ339.7 mm套管固井，封隔夹关组及以上易漏地层和区域水层；二开采用Φ311.15 mm钻头钻至A靶点，下入Φ244.5 mm套管固井；三开采用Φ215.9 mm钻头进行造斜段及水平段钻进，钻至完钻井深下入Φ139.7 mm套管完井。水平段层位具有埋深浅、水平段长、位垂比大的特点。表1中所列五口水平井水平位移均在1000 m以上，最长为1508.75 m，其中，垂深最浅、位垂比最大的井为孝蓬101－1H井，该井垂深为860.94 m，位垂比1.52∶1。

表1 蓬莱镇组水平井五口完钻水平井井身结构数据

2 蓬莱镇组水平井固井难点分析

川西蓬莱镇组岩性为致密砂岩，储层较薄，地层孔隙压力低，这些地质特点不仅对钻井过程造成严重影响，同时还为固井作业带来一定技术难题。

（1）蓬莱镇组地层孔隙压力低，即使钻井时采用低密度钻井液，地层仍易破裂，出于对油气层的保护，难以实现大排量注水泥作业，从而影响到顶替效率的提高。

（2）钻井液采用新型聚胺仿油基钻井液体系，失水量较大，滤饼较厚，使得在固井时井壁上形成一个不可固化层，水泥环与地层岩石之间产生微裂缝，导致界面胶结强度下降，留下层间窜的隐患。同时钻井液动切力、塑性黏度和静切力较大，流动摩阻压力较大，顶替过程中泵压过高，可能会压漏薄弱地层［5］。

（3）蓬莱镇组水平井直井段短，起下钻阻力大，下套管启动力大，套管下入较困难；且因蓬莱镇组储层较薄，所穿越的水平段地层具有多样性，沙泥岩并存，易形成台阶面与岩屑床，水平段的清洁难以保证，套管下入过程中不断推挤岩屑进入井底，岩屑床容易堆积，台阶的交替出现加大套管下入阻力，从而导致套管下到设计井底困难。

3 水平井固井理论与技术

水平井固井质量主要受几何因素和重力因素的影响［6－7］。其中几何因素包括：①直井段向水平过渡段的井斜角和方位变化，流体流动过程中易形成涡流；②井眼几何形状受钻具与井眼底侧接触状况的影响，有可能形成长椭圆形，这影响准确计算井眼容积，为准确计算固井液用量带来难度；③水平段的方位变化，曲率的变化，影响套管下入和居中。重力因素影响包括：①使套管居中度变差；②促使钻井液固相和钻屑沉床；③影响水泥石对两个界面的胶结质量；④使水泥浆自由水析出，水泥浆发生沉降不稳定。针对这些影响因素，本文提出了以下提高水平井固井质量的措施。

3.1 除屑技术

（1）强化水力参数，在现场机泵条件允许的情况下尽可能使用大排量，提高环空上返速度。

（2）在大斜度井段、井下摩阻变化异常段，或者水平段每钻进50～100 m进行短程起下钻，分段循环和上下活动钻具、转动钻具破坏岩屑的沉积。

（3）强化钻井液流变性能，控制动塑比在0.5左右，采用低黏、低切钻井液在前，高黏、高切钻井液在后的钻井液分段循环技术。

（4）通井与井眼清洗。下套管前认真通井，对起下钻遇阻井段、全角变化率较大的井段主动划眼修整井壁，套管重合井段及悬挂器座挂位置进行刮管，提高座挂成功率和提高界面固井胶结质量，同时在避免漏失的的情况下，尽量提高循环排量清洗井眼。

3.2 提高注水泥顶替效率

（1）使用合理的浆柱结构［8］

水平井中水平段套管下侧环空间隙小，钻井液运移阻力大，沉沙难以完全清除，降低了水泥浆对环空的充填效率。因此，施工中采用“先导浆＋化学冲洗液与加重隔离液组合”的“前置液＋双凝水泥浆”组成的浆柱结构：

先导浆：固井前注入30 m3与井浆密度一致的常温不含油先导钻井液，切力降至10 Pa以内，入井量一般达到充满造斜以下井段或达到10～15 min以上的接触时间。

前置液：使用化学冲洗液与加重隔离液（或高黏隔离液）的组合前置液体系，用量按10 min以上接触时间设计。化学冲洗液选择清水作为基本材料，并加入乳化剂。隔离液密度值设计为钻井液密度与水泥浆密度之间；选用具有良好抗污染效果的隔离剂种类；加入一定的惰性颗粒材料如重晶石或者铁矿粉；并采用低黏隔离液。

使用双凝水泥浆柱结构水泥浆体系，即膨胀水泥浆体系与防气窜水泥浆体系组合使用。膨胀水泥浆充填重叠段与形成上塞，防气窜水浆封固水平段地层，水泥浆密度设计在1.90 g／cm3。

（2）提高套管居中度

套管居中度直接影响除屑效果和水泥浆在环空的充填效率。以往单一使用弹性扶正器或直条刚性扶正器，因其弹性扶正器扶正能力弱，而刚性直条扶正器切入井眼下侧井壁较深，而使套管居中度较差。因此，根据井眼轨迹，本文采用在造斜段和水平段加密使用扶正器，水平段使用旋流刚性扶正器与双弓弹性扶正器交替使用，每根一个。

（3）使用螺旋流顶替技术［9］

以往使用传统的一维轴向流顶替技术难以替净水平井水平段套管下侧环空钻井液，而使用螺旋流顶替方式，可以提高水泥浆进入环空低边的几率，提高水泥浆对整个环空的充填率，实现水泥石对整个环空的密封效果。提高套管的居中度，可以更好的实现螺旋流顶替效果。

（4）加大施工排量

旋流扶正器的导流效果与施工排量有关，施工排量越大，其导流效果越好［3］。施工中，实行双车注尾浆，使施工排量达到1.60 m3／min以上。

3.3 优化水泥浆配方［8－10］

（1）严格控制滤失量

水泥浆滤失太大，会污染产层，同时增大井漏的风险。因此一般控制水泥浆的API滤失量小于50 mL；

（2）严格控制游离液为0

避免游离液在井眼高边形成连通的水带，防止油、气、水的层间窜流，确保水平段的封固质量；

（3）确保密度一致

在严格控制游离水的措施下，确保水泥浆密度在施工中的一致性，使水泥浆在凝固后的上、中、下的固相密度差小于0.06 g／cm3；

（4）严格控制水泥浆稠化时间，尽量达到直角稠化

（5）防气窜

使用防气窜膨胀水泥浆体系，减小水泥石的收缩率，增强水泥石的胶结强度；防止由水泥浆“失重”引起油、气、水窜。

4 效果分析

采用以上工艺技术措施后，从2011年后期开始实施的蓬莱镇组水平井，目前已实现水平段固井三口，固井质量均为优良（表2），满足后期作业的要求。

表2 2011年后期蓬莱镇组水平井水平段固井质量

5 结论

根据蓬莱镇组水平井固井质量情况，目前采用的水平井固井技术是比较有针对性的，水平井固井技术逐渐走向成熟。根据上述研究，得出以下结论：

（1）重视钻井与注水泥过程中的沉床岩屑的清除，这是提高水平井水平段固井质量的前提；

（2）旋流扶正器和双弓弹性扶正器交替组合使用，可提高套管居中度，实现螺旋流顶替；

（3）在套管居中度得到保证的前提下，加大施工排量，提高旋流扶正器的导流效果；

（4）合理使用固井液浆柱结构，优化水泥浆性能，严格控制入井水泥浆的密度，确保浆体的稳定性，是提高水平井固井质量的可靠保证。

1 尹朝云，刘伟，罗长川.洛带气田蓬莱镇组气藏储层及储量评价研究［J］.断块油气田，2007，14（3），40－42.

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3 刘吉余，马志欣，孙淑艳.致密含气砂岩研究现状及发展展望［J］.天然气地球科学，2008，19（3），316－319.

4 钟富萍，刘昆明，姜双奎.致密砂岩气藏水平井钻井、压裂完井设计及施工风险因素识别与控制［J］.国外油田工程，2010，26（4），36－40.

5 严焱诚，薛丽娜，廖忠会.川西深井固井技术措施评述［J］.钻采工艺，2007，30（5），27－29.

6 Marlio Campos Ramos，Sameh Hussein，Kirby Wedewer，et al.Technology and Team－Based Approach Yields Saudi Arabia’s Longest Fully Cemented Horizontal Liner［C］.SPE126151，2009，1－15.

7 舒秋贵，姚勇，张洪印，等.川西水平井固井技术［J］.钻采工艺，2011，34（1），22－24.

8 郑志刚，杨红丽.提高水平井固井质量的几点认识［J］.内蒙古石油化工，2009，23，52－53.

9 舒秋贵.在旋流扶正器作用下环空流场旋流衰减规律研究［J］.天然气工业，2005，25（9），57－59.

10 李金伟.水平井固井水泥浆体系［J］.内蒙古石油化工，2011，17，91－92.

（修改回稿日期 2013－08－17 编辑 景岷雪）

杜剑，男，1983年出生，固井工程师；2005年毕业于重庆石油高等专科学校，石油工程专业，现在中石化西南石油工程有限公司固井分公司从事固井工作。地址：（842017）新疆库车县塔北邮电转西南固井。电话：18781018208。E－mail：79683874＠qq.com