冀中凹陷留107断块堵漏和防漏相结合固井技术

秦国宏 ，覃 毅 ，蔡 鹏 ，刘书冬 ，谈 涛 ，王福昌 ，张晓静

1.中国石油集团渤海钻探工程有限公司第一固井分公司 （河北 任丘 062552）

2.中海油安全技术服务有限公司 （天津 300452)

冀中凹陷肃宁油田留107断块位于河北省肃宁县窝北镇，是中国石油华北油田分公司重点勘探开发的区块之一。近来来，为滚动扩边、增加产能，在留107断开先后布置了多组丛式井，主要开发沙河街组上部砂岩储层，油藏埋藏深度3 000～3 400m左右。均为二开井身结构，二开使用Φ215.9mm钻头钻进，下入Φ139.7mm套管完井。

该区块经过多年开发调整，裂缝发育和连通性较好的高渗透地层承压能力极低，钻井过程中常见渗透性漏失、产层亏空性漏失[1]。漏失严重时钻井液只进不出，不能建立基本的循环；部分井眼经过多次堵漏效果都不明显，不得不进行固井；有的井虽然经过堵漏勉强建立循环，但是地层承压能力非常低，循环排量受到限制，无法满足固井要求。

在已经完成钻井施工的留107-7、留107-32x、留 107-33x、留 107-34x、留 107-51x、留 107-52x、留107-53x、留107-54x、留107-55x等井中，在钻进过程中均发生过不同程度的漏失，漏失层多集中在3 000～3 400m砂岩井段，部分井兼有上部地层漏失。留107-7井钻至3 406.58m时漏速达83.5m3/h，被迫提前完钻；留107-32x井在钻至3 285m时发生过渗透性井漏，漏失大量钻井液，主要原因是Es1层的砂岩发育，胶结疏松；留107-52x井钻进过程中发生恶性漏失，井口失返泥浆，耗时15d通井、堵漏6次效果仍不明显，最后强行固井；后续投入的留107-51x、留 107-53x、留 107-54x、留 107-55x 都发生了不同程度的漏失。

1 固井风险与难点

1.1 固井风险

1）造成油气井失控。对于严重漏失的井，如留107-7井，漏速达83.5m3/h，若固井时发生如此恶性漏失，环空液面迅速下降，压力降低，当液柱压力小于地层压力时，将诱发井涌、井喷等重大事故，后果将十分严重。

2）容易造成水泥浆低返、漏封目的层，导致固井失败。

3）若发生快速漏失，井壁将失去稳定而掉块、垮塌，堵死环空，造成“灌香肠”事故。

4）泥浆中泥沙和大颗粒堵漏材料较多，易引起环空憋堵。漏失井由于堵漏需要，无法使用泥浆除砂、净化装置，泥浆携带出来的泥沙只能靠静止、沉降来除去一小部分，大部分泥沙存在于泥浆中，固井过程中由于水泥浆具有极强的携沙能力，加大了环空憋堵的可能性；固井后可能人工井底较高，测声幅无法到底。

1.2 固井难点

1）地层承压能力低，固井漏失风险大，漏失层大多都在产层，漏失的水泥浆将进入地层孔隙通道，使产层遭受污染，严重影响后期开发。

2）漏失井由于压力亏空、井眼状况差等各种原因，固井水泥石胶结质量往往不理想。列举的9口井中，留 107-7、留 107-32x、留 107-33x、留 107-34x等4口井是往年完成的井，固井质量都存在各样的问题。

3）由于长期的堵漏、通井，大肚子井眼多，井径起步规则。水泥浆无法对大肚子井段进行置换，顶替效率低；同时，泥沙易在小井眼处淤积，引起环空憋堵，加重漏失。

4）施工过程必须严格控制，保证连续性，同时要严格按照设计参数进行施工，稍有误差便会影响固井设计的针对性，引发事故。

5）水泥浆体系既要快速优质的封固目的层，又不压漏地层，同时要具有良好的流动性、低失水、零析水。

6）顶替排量小，无法对虚泥饼、残浆、油污、油膜进行有效冲刷和顶替，难以保证一、二界面的胶结质量和整个封固段的固井质量。

2 固井技术措施研究

通过上述分析看出，留107断块的漏失井给固井工程带来了诸多的技术难题和安全风险，严重制约了该区块的后续勘探开发，必须研究针对性较强的固井技术，满足固井需要。

2.1 资料收集

1）资料收集。开好现场办公会，紧跟一线生产动态，收集全现场资料，分析漏层位置、漏失性质、漏失量、漏失速度，确定施工工艺。

2）根据电测情况准确把握井眼状况，如井径、温度、油气显示情况、油气层位置，优选前置液、水泥浆，优化固井液结构。

2.2 井眼准备

1）采用原钻具结构通井，根据电测井径曲线，在大井眼井段处循环，小井眼处划眼。下钻到底后，及时调整泥浆性能，以最大排量循环至少2周，井眼畅通、井壁稳定后方可下套管。

2）对于漏失井，或者即使没有发现漏失但处于易漏失层的井，下套管前必须结合固井工艺要求进行彻底堵漏，用重泥浆或固井排量进行试漏[2,5]，保证固井成功。

3）套管到底后，小排量顶通，再以通井时最大排量循环至少2周以上，尽量利用振动筛、除砂器、除泥器、离心机等净化设备充分除砂、除泥，使泥浆性能满足固井要求，保证施工安全。

4）扶正器可保证套管良好居中，进一步提高井筒的畅通性，避免环空憋堵，提高固井质量。

2.3 固井液体系

漏失是石油钻探工程不可避免的问题，国内外学者已经进行了大量的研究、试验，提出了很多解决方案。但是由于各区块地质特点不同、井况千差万别、兼顾成本考虑，很难找到针对性较强的固井实例借鉴。基于留107断块实际情况，进行了固井液体系研究。其思路是：优选超低密度水泥浆进行平衡压力固井；利用优质的前置液提高顶替效率；使用堵漏型水泥浆增强地层承压能力[3]；在不增加静压差的前提下,合理增加超低密水泥浆附加量,保证水泥返高。

2.3.1 优选高效前置液

长期的通井、循环堵漏，泥浆中混大量油基润滑材料和堵漏材料，起钻时钻具附着物严重，下完套管后，有大量的泥饼、油膜、油饼、油浆附着在井壁和套管壁上，极大地影响一、二界面胶结质量。必须科学地设计前置液类型和数量，保证井下安全的前提下，对一、二界面进行充分冲洗，改善环空界面的亲水性，提高水泥环胶结质量；另外，前置液由于密度低、流性好，可以在排量较小的情况下达到紊流状态，弥补顶替排量小的缺陷。优选FH-100L高效驱油前置液，稳定井壁和稀释钻井液、隔离前后流体，使其易达到紊流条件[4]。注入量约占环空高度200m，经过室内实验和现场实践，具有良好的效果。

2.3.2 低密水泥浆领浆

在全井水泥浆总量的基础上，附加总量20%～30%的低密度水泥浆领浆，密度与钻井液密度相当。领浆具有密度小、流性好、携沙能力强等优点，既是“前置液”，又是水泥浆，可进一步冲刷井壁、携带泥沙、防止环空憋堵，保证水泥浆返高。

2.3.3 堵漏型高强低密度水泥浆

根据地层承压情况和环空液柱压力计算，设计堵漏型高强超低密度水泥浆封固上部地层，优选水泥配方，水泥浆配方及其性能见表1。通过优质国产漂珠、减轻剂、微硅的复合应用，将水泥浆密度降低到1.45～1.50g/cm3，浆体稳定性良好；注重堵漏材料的应用，进一步增强地层承压能力；水泥浆中按一定比例混入分散剂，使其具有良好的流动性，利于在较小的顶替排量下能达到紊流状态，提高顶替效率。

经室内试验，水泥浆无明显分层沉淀现象,上下密度无差异，体积收缩小。

2.3.4 堵漏型高密度膨胀水泥浆

高密度水泥浆因其早期强度高、形成强度快等特点，是封固油气水层的最佳选择。该区块油层段斜长约400m，垂长约250m，高密度水泥浆比超低密度水泥浆增加的静压差有限。水泥浆配方及其性能见表2。经室内试验，水泥浆无分层沉淀现象,上下密度无差异，体积膨胀率3%～5%。

微硅与水泥颗粒紧密堆积，可提高浆体稳定性、增强水泥环的强度和韧性；降失水剂和分散剂的配伍使用，稠化时间可调、失水小、控制析水、改善浆体流变性能；膨胀剂可防止水泥环因体积收缩而产生微缝隙、微裂缝。

2.4 工艺技术措施

2.4.1 做好应急预案

若固井过程中发生渗透性漏失，立即降低顶替排量；若发生恶性漏失，环空液面迅速下降，则关闭封井器，进行节流固井；现场准备好充足的钻井液和清水备用，防止发生恶性漏失后没有足够的顶替液。

2.4.2 控制注、替浆排量

注水泥排量1.2m3/min，均匀稳定，避免过大的激动压力造成井漏；替浆排量不得大于通井时最大排量，顶替起压后，根据压力状况可适当地降低排量，控制泵压，防止漏失。

2.4.3 严密过程控制

固井施工时，相关设备必须运转良好，各岗位人员就位，泥浆出口处专人坐岗，发现返出异常，立即联系指挥人员，启动应急预案。对于注入井内的流体，必须按设计的数量、密度、次序等要求，平稳、连续注入，杜绝密度忽高忽低，严防施工中断。

3 现场应用和质量检测

留107-52x、留107-53x井钻井过程漏失较严重,经过长期堵漏效果不明显，排量控制在1.6m3/min勉强建立循环，最后只得强行固井。通过堵漏和防漏相结合固井技术的应用，彻底解决了该井漏失问题，测井声幅值3%～8%之间，固井质量优质。

留 107-51x、留 107-54x、留 107-55x井钻井中发生了渗透性漏失，平均漏失量约300m3，通井排量只能达到1.8m3/min，且无法进行地层承压试验。为了防止固井过程中水泥浆增加的静压差加重漏失程度，堵漏和防漏相结合固井技术，固井候凝，测声幅显示：3口井固井质量全部优质。

4 结论和认识

1）油田老区块的调整井、加密井，原始压力系统已经发生很大变化，漏失等复杂情况较多，应根据实际井况，认真分析总结，科学制定固井方案，适应油田开发需要。

2）漏失井固井的重点是防止污染产层、保证封固质量。

表1 低密度水泥浆试验数据

3）堵漏和防漏相结合固井技术具有很好的防漏、堵漏效果，针对性较强，成本低廉，易于操作，可有效解决漏失井固井问题。

4）随着老区的二次勘探开发，层间不均衡会进一步加剧，应加大力度进行堵漏和防漏相结合固井技术的研究与完善，适应新的勘探开发生产需求。

[1]吴应凯,石晓兵,陈平,等.低压易漏地层防漏堵漏机理探讨及现场应用[J].天然气工业，2004,24(3):81-83.

[2]甄立杰,张克明,吴修宾.易漏失井固井前井眼准备技术研究 [C]∥2004年固井技术研讨会论文集编委会.2004年固井技术研讨会论文集，2004:317-328.

[3]邓明杰.川东北河坝构造低压易漏地层固井技术研究[J].天然气技术，2004,4(1):47-49.

[4]覃毅,蔡鹏,尤凤堂,等.冀中凹陷留463加深井超小间隙尾管固井技术[J].内蒙古石油化工，2012,38(16):85-86.

[5]刘延强,徐同台,杨振杰,等.国内外防漏堵漏技术新进展[J].钻井液与完井液,2010,27(6):80-84.