大跨度易窜井固井技术及现场应用

尹江琼，朱 明，刘 勇，宋士祥，马 跃

(1.中石化西南石油工程有限公司 临盘钻井分公司，山东 德州 251500；2.中油管道检测技术有限责任公司，河北 廊坊 065000；3.东北石油管道有限公司，辽宁 沈阳 110031)

商河油田商25区块地质构造极为复杂，断层密布，落差悬殊，且断块之间规律性极差，构造甚为复杂。区块储层主要为沙一、沙二砂岩(存在火成岩)；多数储集层成岩性差、欠压实、胶结疏松，属中高孔中高渗储集层；岩石孔隙度在21.6%～44.1%，渗透率在0.02～5 μm2[1]。该地区调整井由于多年注水开发，月注采比在1.13以上，累积注采比在2.37以上。地层压力异常复杂，部分区块井底极易漏失；区块油层多，非均质严重，层间、平面及层内矛盾非常突出，纵向上单层有效厚度范围在0.2～10 m；高渗透油层与低渗透油层、厚油层与薄油层交互分布；厚油层以正韵律和多段韵律油层为主，在平面上相变频繁而剧烈，非均质性严重。普通水泥浆体系由于自身密度大、强度发育缓慢和失水量大等缺点，同时普通固井工艺无法解决商25区块调整井的漏失问题，导致普通水泥浆体系及工艺已经无法达到商25区块调整井的固井质量要求，严重制约了商河油田勘探开发和经济效益的进一步提升[2]。为了提高商25区块调整井固井质量，逐步提高商河油田采收率和经济效益，并为商河油田的长期稳产给予技术支撑，有必要开展适用于商25区块调整井固井技术需求的固井液体系及其配套工艺。

1 商25区块调整井防窜固井技术

商25区块调整井固井技术研究分为两个方面，一方面是研制满足适用于商25区块的梯度多凝水泥浆体系，重点是研究适用于商25区块特殊地层条件的低密度水泥浆体系，解决因水泥在凝结过程中因失重所造成的油气窜槽；另一方面是调整固井工艺技术，应用特殊固井工具和配套施工措施提高顶替效率，在提高高渗低压层固井质量的同时，兼顾常压层、高压层的固井质量。

1.1 梯度多凝水泥浆技术

商25区块调整井防窜水泥浆有以下要求：1)密度要与地层抗压性能相吻合，在避免井漏的前提下，有效压稳高压层段；2)稠化时间形成梯度，满足在高温高压地层条件下具备较长泵送时间；3)具备较好早期强度，确保顶部水泥浆柱早期强度较高；4)具有良好流变性，以适应井径不规则井筒施工；5)严格控制滤失量，普通层段控制在150 mL以内，特殊地层控制在50 mL以内，避免水泥浆对油气储层的污染，确保油气井产量；6)因地层流体活跃，在满足施工条件下，尽可能缩短稠化时间，防止油气水窜，保证固井质量。

梯度多凝水泥浆技术通过将水泥浆稠化时间从固定值转变为变化的梯度值，利用稠化时间的差值，有效解决由于发生地层失稳现象而造成油气上窜的技术难题；低密度、超低密度和常规密度水泥浆体系构成了具有密度梯度的复合体系，显著降低施工作业压力，防止对欠压层的破坏；严格控制水泥浆滤失量，避免水泥浆对油气储层造成的污染，确保油气井的产量；水泥封固顶部采用超量加重隔离液，防止上部套管破损井段因注水造成水泥浆凝结过程中侵入，造成固井后溢流或井口带气[3]。

第一段领浆(油顶～地面)为缓凝段，采用自行设计的密度为1.30 g/cm3低密度水泥浆固井；第二段中浆(重点封固段以上100 m～油顶)为缓凝段，采用密度为1.80～1.85 g/cm3的常规水泥浆固井；第三段尾浆(井底～重点封固段以上100 m)为速凝段，采用密度为1.90～1.95 g/cm3常规水泥浆，各段水泥浆的性能指标见表1及图1所示。

表1 多凝梯度水泥浆体系的性能评价

1.2 前置液防污染技术

前置液是在注入水泥浆前注入的一段或几段能够与水泥浆和钻井液相容的液体，它起到充分清洗套管壁，提高界面胶结质量，提升水泥浆对钻井液顶替效率等作用。前置液作用决定了其应该符合牛顿型流体粘度，同时密度较低，具备一定的浸透和悬浮井壁疏松而较厚的滤饼，降低粘土颗粒间的连接强度，降低滤饼剥落难度，以及一定分散和稀释钻井液的能力[4-5]。

通过多次室内实验和现场试验，研制成一套适用于临盘地区注采井淡水钻井液的前置液。其基本方法是，运用20～25 m3密度1.05～1.08 g/cm3的先导浆改善钻井液的流变性能和降粘切性能，然后在注水泥浆前利用6～8 m3冲洗液冲刷井壁表面的虚泥饼，6～8 m3加重隔离液，共同构成水泥浆前置液。冲洗液配方为：淡水+5%分散剂+5%稀释剂+5%降失剂，其技术指标见表2。

表2 冲洗液技术参数

要确保钻井液、隔离液和水泥浆三者间合理的密度差，防止因密度相近混浆严重，造成水泥浆和钻井液之间直接接触发生接触污染，影响顶替效率和施工安全。隔离液采用矿渣加重，相比重晶石，矿渣粒径更小，密度更低，固相相对含量更高，增强了隔离液的悬浮性和沉降稳定性，具有良好的浮力效应及拖曳力，加强了顶替效果，从而防止水泥浆的接触污染和钻井液的絮凝稠化。加重隔离液配方为：淡水+1.5%降滤失剂DHG302-1+1.0%减阻剂USZ+矿渣。

冲洗液体系在临盘地区固井170口，混浆段长由平均段长213 m降至55 m，固井优质率93.2%，二界面固井优质率提高7%。事实证明，本冲洗液体系能有效地对井壁和套管壁进行物理冲刷和化学冲刷，清除残留钻井液和虚泥饼，并具备良好的流变性，其塑性粘度、屈服值、流性指数和稠度系数均能满足在较低排量下达到紊流状态，实现隔离、引导和改善水泥浆的效果，提高顶替效率。

1.3 提高顶替效率技术

1)保证套管居中度。套管居中是提高顶替效率的前提[6]，套管扶正器是保证套管居中的有效手段，针对临盘地区注水井全封封固段长的特点，制定了扶正器的加放原则，保持环空流动区域的均匀性。油层段每一根套管加一个限位弹性扶正器，油层段以上封固井段每两根套管加一个限位弹性扶正器，在井径大且不规则处每一根套管加一个限位弹性扶正器，保证套管居中，提高顶替效率，形成均匀水泥环[7]。

2)采用复合顶替技术。前置液在紊流流态下，不仅具有断面流速均匀分布的优势，同时产生的漩涡具有携带、冲蚀和扰动作用，对于窄间隙内钻井液具有较好的顶替效果[8-10]。临盘地区调整井固井主要具有井眼不规则、全井封固和“糖葫芦”井眼等特征，因此应充分利用前置液的紊流流态作用，在接触时间充分的条件下，根据固井施工泵压变化随时调整顶替排量，来控制水泥浆在不规则井眼段的上返速度，实现高返速+低返速的复合顶替技术，提高固井顶替效率。

3)管内重浆顶替技术。由于调整井全封钻遇油气层位多，封固段长，在固井施工中管内外压差高，施工泵压高。为保证施工安全，应减小管内外压差，降低顶替泵压，采用管内重浆顶替技术。

1.4 浆量设计

为满足快速生产需要，钻开上部地层的过程中通常采取高泵压、大排量喷射钻进技术，容易在上部地层形成开放式井眼，部分井段井径甚至超出了井径测量仪器范围。若根据电测井径曲线图，通过手工取值来进行水泥浆量设计会出现较大误差；若利用井眼平均井径通过相互累加计算，会忽略小段井径扩大的影响，直接关系到水泥浆是否能返至地面[11]。因此，通过多次室内推算和实际分析，总结出一套准确计算方法。首先确定井径曲线误差大小，对实际上层套管内径数据与本次电测井径数据进行对比分析，若前后数据相等，则按经验公式附加相应水泥浆量，若前后数据有差距，则在附加水泥浆量上要有所区分；其次，缩小取值段长，如此计算出来的环空容积，更加贴近实际的井筒容积；最后，针对不同的井眼及钻进状况，附加相应的水泥浆量。

2 现场应用

2.1 水泥浆设计

临41-斜123井设计为生产井，要求全井封固，重点封固井段为1 400～1 800 m段和2 500～2 776 m 段。临41-斜123井井身结构数据如表3所示。

表3 临41-斜123井井身结构数据

采用一级固井方式，用三段三凝水泥浆体系，800～1 200 m段采用自行研发的密度为1.30 g/cm3水泥浆；1 200～1 400 m段采用密度1.80 g/cm3水泥浆；1400 m～井底段采用密度1.90 g/cm3水泥浆。

2.2 前置液设计

为了提高水泥浆顶替钻井液的效率，改善水泥环质量，首先必须采用合理的前置液，且和钻井液及水泥浆具有良好的相溶性。前置液的配方：淡水+3%降滤失剂DHG302-1+3%减阻剂USZ+重晶石。为有效冲洗井壁及驱替钻井液，在注前置液前注入一段轻浆，起到清除井壁虚泥饼及驱替大井眼处窝存的泥浆，提高顶替效率，同时可以降低管内外压差。前置液与钻井液及水泥浆间的相溶性实验结果如表4 所示。

由表4可知，前置液与钻井液及水泥浆之间具有良好的相溶性，能够起到提高顶替效率、清除井壁虚泥饼和驱替大井眼处残存泥浆的作用，并有效降低套管内外压差。

2.3 管串结构设计

管串结构：浮鞋+套管+阻流环+套管串+联顶节。

根据井径、井斜情况运用西南石油大学的固井软件优化扶正器安放位置，提高套管居中度；下入4只旋流发生器，2只刚性扶正器，刮除井壁虚泥饼，提高二界面胶结质量；下入3只管外封隔器，封隔下部油气水层。扶正器安放位置及数量见表5。

2.4 工艺流程

施工工艺流程：注轻浆18 m3+1.02 g/cm3冲洗液10 m3+加重隔离液10 m3+1.30 g/cm3领浆10 m3+1.80 g/cm3中间浆6 m3+1.90 g/cm3尾浆39 m3+胶塞液4 m3+井浆10 m3+重浆16 m3+清水3.0 m3，碰压18 MPa，施工正常，敞压候凝，水泥浆成功返出地面。

表5 扶正器安放位置及数量

2.5 固井质量检测

临41-斜123井测井结果和测井评价分别见图2和表6。

由图2、表6可知，临41-斜123井油层套管固井质量优质，重点封固井段测井解释优质，这说明自行研发的低密度水泥浆体系现场性能优良，调整井防窜固井技术效果明显，实现了商25区块调整井固井防窜的目的。

表6 临41-斜123井测井评价

3 结论

1)商25区块调整井防窜固井技术主要由梯度多凝水泥浆技术、前置液防污染技术、提高顶替效率技术和浆量设计等工艺组成。

2)现场试验表明，针对商25区块调整井固井需求研发的低密度水泥浆体系和防窜固井技术效果明显，解决了商25区块调整井固井防窜的问题。

3)通过开展商25区块调整井固井技术的研究，初步形成一套具有较强理论基础和实践指导意义的调整井防窜固井工艺技术与配套措施，为临盘地区的固井作业奠定较好的理论和实践基础，逐步提高临盘地区的油田采收率和开发水平。