鄂尔多斯盆地伊陕构造单通道井完井固井技术

郭文猛, 党冬红, 朱泽鑫， 徐明会， 陈 光， 黄 霞

(1.中国石油渤海钻探工程有限公司第一固井公司，河北任丘 062552；2.中国石化石油工程技术研究院，北京 100101)

鄂尔多斯盆地伊陕斜坡构造气藏主要受控于近南北向分布的大型河流、三角洲砂体带，是典型的岩性圈闭气藏。气层由多个单砂体横向复合叠置而成，属于典型的低孔、低渗、低产、低丰度大型气藏[1-2]。石盒子组盒8段和山西组山1段是主要的含气层系[3]，储层孔隙压力31.5 MPa，温度110 ℃左右。上部刘家沟组及石千峰组地层易漏，漏失压力当量密度1.25～1.29 kg/L。盒8段下部平均孔隙度为9.5% ，上部为8.7%，山1段为6.55%；盒8段下部渗透率为1.09 mD，上部为0.881 mD，山1段为 10.22 mD。

对于低孔、低渗、低产的油气藏，为降低开发成本，国外常采用单通道钻井完井技术进行开发。伊陕斜坡构造气藏对单通道钻井完井技术具有较强的适用性[4-5]。由于单通道井不下入生产套管，仅依靠水泥环密封，所以必须保证水泥环的封固质量。气井单通道完井水泥浆要求具有更好的防气窜性能，水泥环封固质量要好，界面胶结强度要高，同时应具有稳定的机械性能。但是，单通道完井固井属于大环空小套管固井，与常规井眼固井相比，存在环空顶替效果差、施工泵压高等难点；同时，单通道井固井后所能采取的补救措施非常有限，且补救费用高昂。为此，笔者针对伊陕斜坡构造气藏的地质及工程特点，完善单通道完井固井工艺，选用合适的水泥浆和固井工具，提高了单通道井的固井质量。

1 单通道井的井身结构

单通道井从井底到地面只有油管一个流动通道，最后对生产油管进行封固，水泥环就像一段很长的生产封隔器，使油管固井作为完井的一个整体部分。国外单通道井的井眼和管串一般为φ311.1 mm+φ215.9 mm+φ155.6 mm井眼和φ244.5 mm +φ177.8 mm +φ73.0 mm管串；有时也采用超小井眼和管串：φ250.8 mm+φ171.5 mm+φ120.7 mm井眼，φ193.7 mm+φ215.9 mm+φ73.0 mm管串[6]。鄂尔多斯盆地伊陕斜坡构造单通道井的井身结构如图1所示。

图1 单通道井井身结构Fig.1 Wellbore configuration of mono-bore completion well

2 单通道井完井固井技术难点

1) 封固φ88.9 mm油管时，由于油管内径很小，循环压耗较高，泵压通常超过20 MPa，要正常作业，需要配套大功率的固井泵。

2) 胶塞容易失效，导致水泥浆残留在油管内，最后凝固在油管壁上，在油管内部形成水泥环，影响后期TAP阀投球分级压裂。造成胶塞易失效的原因是：胶塞在油管中的运行速度比常规固井操作运行速度快3倍，由于摩擦力的影响，会显著增加胶塞的磨损。在常规井中可以下入刮泥器或是通过循环将水泥浆带出，但是在单通道井中并不适用。为了解决水泥浆顶替不净的问题，在顶替液中加入缓凝剂，使残留在油管中的水泥浆可以长时间不凝固。最后下连续软管进行循环，加大洗井力度，防止加有缓凝剂的洗井液在射孔时污染地层[7]。

3) 由于大环空小套管固井时的环空流速低，不能很好地使地层降温，造成井底循环温度高。因此，不能采用常规方法评估井底循环温度。

4) 在大环空中φ88.9 mm油管难以居中。φ88.9 mm油管是薄壁管，在井下由于重力的影响容易发生弯曲，更容易靠在井壁底边发生压差卡钻。为了保证固井质量[8]，要确保套管平均居中度大于75%，所以在狗腿度严重井段，需要通过模拟油管的弯曲、扶正器的变形、油管的偏心度和静止流体的启动压力，优化扶正器的安放位置和间距。

3 单通道完井固井关键措施

3.1 前置液设计

在φ215.9 mm井眼中下入φ88.9 mm油管固井，具有典型的大环空小套管固井作业特点。为保证良好的泥饼清洗效果和较高的顶替效率，前置液应由性能优良的化学冲洗液和加重隔离液2部分组成，从而改善流体与钻井液接触面的性能，提高驱替效果。在φ88.9 mm油管和φ215.9 mm井眼环空中施工有几个影响因素：1)在1.0 m3/min排量下施工，管内循环压耗及后期管内外静压差较大，导致替浆期间施工泵压超过20 MPa；2)泵压以及地层承压能力限制了施工排量，大环空间隙浆体顶替很难达到紊流，给前置液清洗井眼带来困难。φ88.9 mm油管和φ215.9 mm井眼的平均单位长度环空容积约为37 L/m，平均返速只有0.45 m/s，无法达到紊流顶替(1.0 m/s)。

化学冲洗液与钻井液接触混合后，应能降低钻井液的塑性黏度与动切力。加重隔离液应有强水湿、低固相、易紊流流动、相容性好的特性，能有效隔离钻井液与水泥浆。加重隔离液还应具有剪切稀释性，以便于携带沉砂和清除虚泥饼[9]。

3.2 水泥浆

固井时，水泥浆在油管中的流动摩阻很大，循环压耗较高。同时替浆期间，水泥浆在环空中动液柱压力及流动阻力对地层形成的激动压力大，存在压漏地层的风险。因此，采用密度1.35 kg/L的微珠低密度水泥浆封固非产层，采用密度1.90 kg/L的胶乳水泥浆封固产层[10]，既可以减小后期施工压力，降低漏失风险，保护油气层，又可以防止水泥浆失重，达到候凝期间压稳油气层的目的。胶乳防气窜水泥浆具有良好的抗高温、防气窜性能，所形成水泥石的体积收缩率小，并且有足够的机械性能，在后续试油和进行增产措施时能保持完整性。

3.3 固井工具及管串设计

φ88.9 mm油管固井时，由于管串尺寸小，无法像常规固井下钻具钻水泥塞，如果水泥塞过长，可能导致整井报废。因此，要求下部水泥塞在确保井筒承压能力的情况下，尽可能地少留。为保证固井结束后敞压无回流，选用耐高温、耐酸碱性能好、反向承压能力35 MPa的强制复位双凡尔浮箍、浮鞋。为避免水泥塞过长，一般在允许范围内将气底与碰压位置的距离延长至50 m以上。完井管串设计为φ88.9 mm浮鞋×1个+φ88.9 mm油管×3根+φ88.9 mm浮箍×1个+φ88.9 mm油管串+位于储层上的TAP阀组件+φ44.5 mm管嘴+φ88.9 mm油管串+φ88.9 mm油管悬挂器+φ88.9 mm联顶节×1根。

3.4 关键技术措施

1) 合理安放扶正器。针对伊陕斜坡构造所钻气井井斜角较大的情况(最大井斜角达到35°以上)，设计了专用的φ215.9 mm×φ88.9 mm弹性扶正器，并通过软件模拟了套管柱受力分布与强度曲线以及套管扶正器安放与居中度对比曲线，确保套管居中度大于75%。

2) 使用校准胶塞，不但可以校准替量，还可以在水泥封固油管之前对油管试压。在注水泥施工之前，放入校准胶塞，校准胶塞到TAP阀位置前降低排量，碰压至10 MPa，逐渐增压至14 MPa，对油管试压，稳压15 min，无压降，继续缓慢加压，校准胶塞在压力升至约18.5 MPa时破裂。

3) 采用双胶塞水泥头，注水泥前压下胶塞，注完水泥浆后压上胶塞，减少水泥浆与隔离液、水泥浆与钻井液的混合。

4) 为防止上胶塞未刮净的水泥浆与KCl盐水替浆液混合，在释放上胶塞后，注入一定体积清水作为后隔离液，以避免混浆增稠造成的电测仪器遇阻。

5) 利用泵压、排量、密度指导施工，实现整个施工过程动态化管控。适当附加领浆量，保证水泥浆返高，并着重确保后期尾浆的密度。在顶替后期及时降低排量，防止施工压力过高造成刘家沟组地层发生漏失。

6) 为防止留塞和替空，采用3种方法计量校准顶替量：一是在顶替开始时用水泥车计量用水量；二是以校准胶塞碰压量为标准指导水泥车计量仪表计量；三是用干净的钻井液罐计量返出量。3种计量方法相互校验，以保证替浆量准确，降低留塞或替空风险。

4 现场应用

伊陕斜坡构造的15口单通道井固井时采取了以上技术措施，固井合格率100%，优质率达到66.7%，优良率较常规完井固井质量提高40%。下面笔者以 SN0083-08 井为例，介绍具体的完井固井情况。

SN0083-08 井是鄂尔多斯盆地伊陕斜坡构造上的一口定向井，二开φ215.9 mm钻头钻至井深4 114.00 m中完，φ88.9 mm套管下深4 104.00 m，采用一次上返固井工艺。根据压力平衡计算结果，采用密度1.35 kg/L的低密度水泥浆作为领浆，封固647.00～3 600.00 m井段，采用密度1.90 kg/L的胶乳水泥浆作为尾浆，封固3 600.00～4 104.00 m井段。

密度为1.35 kg/L的低密度水泥浆的配方为：嘉华G级水泥+减轻增强剂 BXE-600S +降滤失剂G60S+分散剂USZ+缓凝剂 GH-6+消泡剂G603+井场水；其性能为：流动度21 cm，稠化时间376 min，API滤失量13 mL，析水为0，塑性黏度105 mPa·s，动切力11.24 Pa，48 h抗压强度10.3 MPa。密度为1.90 kg/L的胶乳水泥浆的配方为：嘉华G级水泥+胶乳 BCT-800L+降滤失剂 BXF-200L+缓凝剂 BXR-200L+分散剂CF40S+消泡剂G603+抑泡剂D50+井场水；其性能为：流动度23 cm，稠化时间250 min，API滤失量5 mL，析水为0，塑性黏度158 mPa·s，动切力13.03 Pa，24 h抗压强度21.2 MPa。

将完井管串下到位，循环处理钻井液，将钻井液密度调至1.17 kg/L，黏度调至44 s；电测校准TAP阀位置；坐封油管悬挂器；循环钻井液，安装水泥头及钻井液冲洗管线，管线试压31 MPa；压校准胶塞，注校准液17.6 m3；注前置液19 m3(冲洗液9 m3，隔离液10 m3)；释放并压下胶塞；注水泥浆176.4 m3(其中1.35 kg/L领浆160 m3，1.90 kg/L尾浆16.4 m3)；用清水冲洗管线，释放并压上胶塞，注入100 mL清水作为后隔离液；注入KCl盐水顶替水泥浆；碰压28 MPa，泄压无倒流，敞压候凝48 h后电测评价固井质量。

电测解释结果是气层封固段优质，非产层封固段良，全井综合评价为合格。

5 结论与建议

1) 伊陕斜坡构造单通道井完井固井时，采用微珠低密度水泥浆和胶乳水泥浆，不但降低了薄弱地层发生漏失的风险，而且确保了产层水泥环具有较好的抗高温及防气窜性能。

2) 目前单通道钻井完井技术在海上边际油气田应用较多，但在国内陆上油田应用尚处于起步阶段，缺乏配套的固井液体系和固井工具，固井工艺也不完善，需要研制开发配套的固井液体系和固井工具，完善固井工艺。

参考文献
References

[1] 宋健，韩卫华.鄂尔多斯盆地北部气井长裸眼段固井技术[J].石油钻探技术，2004，32(4)：50-51.

Song Jian,Han Weihua.Long open hole cementing technology for gas well in the north of Erdos Basin[J].Petroleum Drilling Techniques,2004,32(4)：50-51.

[2] 董桂玉.苏里格气田上古生界气藏主力含气层段有效储集砂体展布规律研究[D].成都：成都理工大学沉积地质研究院，2009.

Dong Guiyu.Distribution regulation of effective reservoir sandbody in major gas-bearing interval of Upper Paleozoic in Sulige Gas Field[D].Chengdu：Chengdu University of Technology，Institute of Sedimentary Geology,2009.

[3] 李克明.鄂尔多斯盆地北部晚古生代的深盆气气藏[J].石油与天然气地质，2002，23(2)：190-193.

Li Keming.Deep basin gas reservoirs of late Palaeozoic in northern Ordos Basin[J].Oil & Gas Geology,2002,23(2)：190-193.

[4] Yingvorapant W,Christieson R.Infill drill-rig time optimization in the Gulf of Thailand[R].SPE 103663,2006.

[5] Wiwat Yodinlom,Nat Luckanakul,Pichai Tanamaitreejitt.World class drilling in the Gulf of Thailand[R].SPE 79896,2003.

[6] Morrison T L,Smith C.Economic sand control and stimulation strategy for marginal wells with limited reserves[R].SPE 92777,2005.

[7] Simonds Randy,Swan Tom.Development of a large-bore monobore completion system for gas production[R].SPE 64279,2000.

[8] Luckanakul Nat,Davidson John P,Weber Lawrence,et al.Integrated team approach to zonal isolation creates value[R].SPE 88014,2004.

[9] Pornpoch Tiraputra,Pattanapong Thiravutpinyo,Sunchai Pongorapin,et al.Overcoming shallow-gas drilling difficulties in the Gulf of Thailand[R].SPE 87179,2004.

[10] 瞿佳，严思明，许建华，等.胶乳防腐水泥浆在元坝地区的应用[J].石油钻探技术，2013，41(3)：94-98.

Qu Jia,Yan Siming,Xu Jianhua,et al.Application of corrosion resistant latex cement slurry in Yuanba Area[J].Petroleum Drilling Techniques，2013，41(3)：94-98.