吐哈油田大间隙、不规则井眼固井技术实践

王红科，靳剑霞，王　野，任　路，任　强，刘　音，曹洪昌，赵福祥

（渤海钻探工程技术研究院，天津300457）

吐哈油田大间隙、不规则井眼固井技术实践

王红科*，靳剑霞，王野，任路，任强，刘音，曹洪昌，赵福祥

（渤海钻探工程技术研究院，天津300457）

吐哈油田部分区块存在大间隙、不规则井眼的固井问题，大环空、不规则井段的存在导致顶替效率低，固井施工作业难度大，固井过程中易发生油、气、水窜问题，影响界面胶结质量，进而影响固井质量。针对以上固井难点，通过室内实验研究，对水泥浆配方进行了优化，采取变排量固井工艺和先导浆、聚合物前置液等技术措施，解决了钻井液与水泥浆的相容性差问题，提高了顶替效率，解决了大间隙、不规则井眼固井技术难题，在神泉、三塘湖等区块进行了现场试验，固井质量优质，具有较好的应用推广价值。

固井；大间隙；不规则；顶替效率；固井质量

大间隙、不规则井眼井的固井难题在全国普遍存在，由于井径环空的几何曲线不规则以及环空间隙大导致固井过程中易发生窜槽、钻井液驱替不干净，顶替效率低，界面无法形成有效的胶结，最终严重影响固井质量。吐哈油田神泉和三塘湖等地区，由于存在严重盐膏层、泥岩段，导致井眼垮塌严重，极易形成“糖葫芦”“大肚子”井眼现象，导致固井质量不理想。为保证这些区块大环空、不规则井眼井的固井施工安全，提高固井质量，有针对性地优化了水泥浆体系，并采用适当的固井工艺技术，提高了固井质量，具有较好的应用推广价值。

1　技术难点

（1）井径不规则，顶替效率低。由于地层特性，掉块严重，井径扩大率大，并且井眼易形成“糖葫芦”、“大肚子”井眼，导致常规水泥浆很难驱替干净，影响胶结质量。

（2）环空间隙大。套管离井壁最大单边距离达100mm左右，实际封固段最大环容超过70L/m，造成超大环空固井的施工难题，存在顶替效率无法保证造成窜槽的风险。

2　技术对策

2.1优化水泥浆体系

2.1.1防窜性能研究

水泥浆在候凝过程中易引起“失重”，从而导致油、气、水发生窜槽，影响固井质量［1-3］。要从根本上解决固井后的窜槽问题和提高二界面胶结质量，必须首先解决水泥浆的体积收缩问题，在水泥中添加气体膨胀剂是补偿水泥浆体积收缩从而防止窜槽提高固井质量的有效措施之一［4］。

为此在水泥浆中加人了ZP-2氮气防窜剂来增加水泥浆的防窜性能，ZP-2由发泡剂和稳定剂构成，在35℃以上释放氮气，微小气泡均匀的分布在水泥浆中，在液柱压力下气泡体积收缩、储存能量，形成预应力水泥浆。在水泥浆凝结“失重”期间，氮气气泡体积膨胀，补充因“失重”而降低的孔隙压力，氮气水泥浆形成的预应力挤压井壁和套管，提高2个界面的胶结质量，起到防窜的作用。与其他防窜外加剂比较，ZP-2对套管不产生氢脆腐蚀。加量范围0.2%～0.4%，常压体积膨胀率10%～25%，如图1所示。

图1　水泥石膨胀对比图

2.1.2水泥浆体系整体评价

根据现场情况，取现场水进行水泥浆体系的现场模拟评价试验。通过大量室内试验，最终确定了水泥浆体系的配方如下：天山G级（MSR）水泥+0.25%ZF-1+0.25%ZP-2+2.5%ZJ-5+0.15%ZH-2+现场水，以吐哈油田三塘湖地区某探井为例，通过实验评价该水泥浆体系的综合性能，结果如表1所示。

表1　水泥浆配方数据

图2是该水泥浆体系在88℃、55MPa下的稠化曲线图，从稠化曲线上可以看出，稠化之前水泥浆稠度始终保持在一个恒定值，说明该水泥浆体系可泵性好、稳定性高。稠化曲线基本呈直角化，说明可有效防止油、气、水窜，有利于提高固井质量。

图2　88℃、55MPa条件下水泥浆稠化曲线图

2.2提高顶替效率措施法

2.2.1先导浆和前置液组合技术［5］

为了解决因为钻井液与水泥浆的相容不好而引起的问题：混浆在大肚子井眼滞留、水泥浆受污染后流动性变差引起井下复杂等，在注水泥之前加入有改性木质素磺酸盐、磺化醛酮缩聚物等复配而成的先导浆相容剂，隔出10m3钻井液与相容剂按比例混合加以改造形成20m3先导浆，注入段长为500m左右，对钻井液流变性进行改良，提高钻井液与水泥浆的相容性，从而提高了顶替效率，增加第二界面胶结强度［6］。选用ZJ-5、ZF-1配置聚合物类优质前置液体系在保证有效清洁井壁的同时也能保证井壁的稳定保证施工安全，配方为：6%ZJ-5+2.5%ZF-1+配浆水，密度在1.40g/cm3左右。用先导浆、前置液、钻井液和水泥浆进行相容性试验，结果表明随着前置液侵入量增大，塑性表观粘度以及屈服值均有降低，说明混浆具有良好流变相容性，实验数据见表2。

表2　前置液、先导浆、钻井液和水泥浆流变相容性实验

2.2.2变排量固井施工工艺

鉴于该井环空间隙大，顶替效率低的实际情况，决定采用紊流、塞流复合顶替技术提高顶替效率［7］。在不同替浆阶段调节替浆排量，使前置液和水泥浆对不同井径下钻井液都具有良好的驱替效果。负压时，在满足施工安全作业要求的前提下尽可能采取紊流排量，通过紊流涡旋在顶替也和钻井液界面产生扰动、携带作用，有效提高顶替效率。在顶替最后留2.0m3用水泥车低速碰压，达到防止最后压力过高压漏地层和控制水泥浆塞流上返的双重作用。通过在不同替浆阶段调节替浆排量，达到了良好的顶替效率。

2.2.3提高套管居中度［8］

在下套管时，油顶以上150m至井底每根套管加1只弹性扶正器（弹性双弓、旋流混加），其余水泥封固段每2根套管加1只扶正器直到设计返高为止，以确保套管的居中度。

3　现场应用及效果

（1）在吐哈油田三塘湖地区某探井进行了现场试验。该井是吐哈油田三塘湖盆地条中构造的一口重点风险探井，目的是为了落实主要目的层构造及储层类型与含油情况，寻找规模储量，开辟新的勘探领域。二开钻井中，由于油层显示不好，甲方决定更改钻井设计，二开改下139.7mm油层套管，下深3668m，封固段为2900～3700m，原井身结构和井径数据如表3和图3所示。

表3　三塘湖区块某探井原井身结构

图3　三塘湖区块某探井井径曲线示意图

图3为吐哈油田三塘湖某探井井径曲线示意图，可以看出该井的井径极为不规则，分别在2950m、3200m、3275m、3400m和3575m附近出现5处明显的“糖葫芦大肚子”，经现场电测，2900～3700m平均井径279.77mm，最大井径334.06mm，最小井径241.63mm。

2014年12月14日，该井进行固井施工，该井设计水泥浆封固段为2900～3700m，平均环空容积为46L/m，封固段长800m，注入水泥浆量为50m3，大泵替浆38m3，水泥车碰压2.0m3。该井施工顺利，经2014年12月17日电测数据结果如图4所示，水泥实际返高为2325m，固井质量全井优质，达到了甲方的预期要求，该井超大环空固井取得圆满成功。

图4　三塘湖区块某探井声幅测井曲线图

（2）在吐哈油田神泉地区对某盐膏层井井进行了现场试验。该井为二开井，完钻井深2665m，钻头为Ø215mm，下入Ø139.7mm套管，井径极为不规则，封固段井径扩大率为32.9%，部分井径数据如图5所示。从图中可以看出该井分别在2300m、2380m和2480m附近出现3处明显的“糖葫芦大肚子”，套管离井壁最大单边距离达124mm。

图5　神泉区块某盐膏层井井径曲线示意图

该井施工情况如下：该井封固段长1335m，注水泥浆为80m3，大泵替浆29m3，水泥车碰压2.7m3。该井施工顺利，经电测数据结果如图6所示，水泥返高满足设计要求，固井质量全井优质，达到了甲方的预期要求。

图6　神泉地区某盐膏层井井声幅测井曲线图

4　结论

（1）针对大环空、井径不规则实际情况，室内优选出防窜水泥浆体系配方，采用紊流、塞流复合顶替策略固井，取得了成功。

（2）使用先导浆及聚合物高效冲洗前置液，保证有效清洁井壁和井壁的稳定，提高了顶替效率，有利于提高第二界面的胶结质量，提高了固井质量，在吐哈油田三塘湖地区和神泉地区进行了现场试验，固井质量良好，有利于今后在其他区块推广应用。

［1］高元，杨广国，常连玉，高丽.塔河油田桥古区块防气窜固井技术［J］.石油钻采工艺，2013，35（6）：40-43.

［2］刘振通，李冬，黄志刚.哈萨克斯坦哈德油田低压易漏层防气窜固井技术［J］.石油钻采工艺，2009，31（S2）：23-26.

［3］赵英泽，罗宇维.双作用防气窜固井水泥浆体系的研究与应用［J］.石油钻采工艺，2007，29（6）：95-98.

［4］柳华杰，步玉环，王雪英.气孔对发气膨胀固井水泥石强度影响［J］.中国石油大学学报：自然科学版，2014，38（2）：75-81.

［5］任路，任强，彭松.吐哈油田神泉地区盐膏层固井技术［J］.钻井液与完井液，2014，31（4）：64-67.

［6］赵宝辉，高永会，谭文礼.影响水泥环第二界面胶结质量的因素分析［J］.钻采工艺，2009，32（5）：16-18.

［7］丁士东.塔河油田紊流、塞流复合顶替固井技术［J］.石油钻采工艺，2002（1）：20-22.

［8］冯福平，艾池，彭万勇.套管偏心对水平井顶替效果的影响［J］.石油钻采工艺，2011，33（3）：12-16.

Cementing Technology Practice of Large Gap and Irregular Borehole in Tuha Oilfield

WANG Hong-ke，JIN Jian-xia，WANG Ye，REN Lu，REN Qiang，LIU Yin，CAO Hong-chang，Zhao Fu-xiang
（Engineering Technology Research Institute，BHDC，Tianjin 300457，China）

There were borehole cementing difficulties such as large gaps and irregularity in Tuha Oilfield，which results in low displacement efficiency，great difficulity in cementing operation，oil，gas or water breakthrough，so it influences the interface cementing quality seriously.In order to solve the above difficulties the laboratory experiment research was made，the performances of cement slurry system was optimized，variable-displacement，preflush and polymer pad fluid were used to improve the cementing quality.The compatibility of drilling fluids and cement slurry as well as the displacement efficiency were improved.Large gap and irregular borehole cementing problems were resolved.The field test was carried out in Shenquan Block and Santanghu Block，which showed that the borehole cementing quality achieved highly，and has good application and promotion value.

cementing；large gap；irregular borehole；displacement efficiency；cementing quality

TE256

B

1004-5716（2016）08-0035-04

2015-09-01

中国石油集团公司项目“枯竭油气藏型储气库固井技术与压缩机组现场试验”先导性试验（2014F-1501）。

王红科（1983-），男（汉族），河北邯郸人，工程师，现从事油田化学品研发工作。