苏里格气田水平井固完井工艺技术研究与现场应用

刘志雄，张 德，姜向祖

(1.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，陕西西安710021；2.低渗透勘探开发国家工程实验室，陕西西安710021；3.川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司，陕西西安710021）

根据苏里格气田地层特点、井身结构及固井质量的要求，对以往水平井固井存在的问题，进行技术攻关及改进。优选性能优越的固井工具，优化水泥浆性能及施工参数，加强现场施工措施，确保了现场施工的顺利进行，固井质量良好，满足了后期储层改造。经过多年天然气井水平井固井的经验总结出一套多级压力层系、长裸眼、低压易漏的气井水平井固完井工艺技术，为今后水平井及多分支井固井提供了有力的技术支撑。

苏里格气田井身结构为：复合井眼(∅222.2mm/∅241.3mm+∅215.9mm)下∅177.8mm技术套管,∅152.4mm钻头水平段钻进，悬挂∅114.3mm套管作为完井管柱。

1 天然气水平井固井技术难点

1.1 多压力体系、长裸眼、低压易漏井固井

中生界从延长组至刘家沟组地层埋深960～2900m，地层压力梯度均低于0.015MPa/m，且存在多个压力体系，固井过程中易发生漏失。刘家沟组为区域裂缝性漏失层，地层压力低，底部砾岩容易漏失，钻井队“承压堵漏”措施落实不到位，下完套管建立循环时漏失情况严重，气层压稳无法保证，填充段返高很难达到设计要求。

1.2 大斜度、窄窗口的斜井段固井

(1)井身结构设计靶前距只有500m，造斜率大，入窗时套管达到86°～89°，对套管的居中度以及水泥浆的性能提出更高的要求。

(2)低密度水泥浆体系中减轻材料较多，水泥混配的均匀性、浆体稳定性、流动性、现场施工密度的控制均无法保证。技术套管固井过程中表现为施工压力高、紊流接触时间短、顶替效率低、封固质量难以保证。

1.3 长水平段生产套管下入困难及尾管悬挂作业存在一定风险

(1)长水平段（1000～2000m）套管的顺利下入（扶正器加放、摩阻计算及下入措施）困难。

(2)对大斜度井段尾管悬挂器正常坐挂（摩阻大、悬重变化小）及倒扣作业提出更高要求。

2 解决措施

2.1 合理编写固井施工设计

综合调研、分析水平井周边井的固井情况。根据地层特点、固井工艺及固井质量的要求编写施工设计。主要依据：地质设计、钻井设计、钻井液设计、甲方手册、固井手册。主要内容为固井技术难点及工艺要求、井身结构、管串结构、水泥浆设计、平衡压力固井设计、注水泥设计、现场施工工艺及其它技术要求。

2.2 开发新型固井工具

2.2.1 刚性螺旋滚柱扶正器优化

刚性滚柱螺旋扶正器主要用于斜井段及水平段套管居中、防粘卡、降摩阻、提高顶替效率及减小遇阻冲击，其结构组成主要有本体、扶正条、滚轮组成。新型树脂刚性滚柱螺旋不仅兼顾刚制扶正器的优点外且轻便易于携带，并具有一定的柔韧性，有利于通过井径相对不规则的井段。

2.2.2 ∅177.8mm×∅114.3mm尾管悬挂器优化

根据井身结构、井眼轨迹及完井要求，为保证悬挂器下到设计位置，顺利完成坐挂及倒扣任务，满足后期储层改造。针对以往悬挂器现场组装繁琐、施工作业不便于掌握等特点，应用了川庆工程院自行研制的液压可提出式尾管悬挂器，性能参数如表1所示。

2.2.3 旋转引鞋的优化

针对长水平段下筛管的难点，选用∅114.3mm尾旋转引鞋。主要作用：下筛管时起导向，螺旋式的旋转翼片具有遇阻旋转拨物功能，能将管柱前端的岩屑等堆积物拨散，减少套管（筛管）下入时的阻力和遇卡现象。

2.3 优化水泥浆体系

针对苏里格气井水平井的地质特征形成相配套的水泥浆体系。主要应用的水泥浆体系有GSJ降失水水泥浆体系、低密度水泥浆体系、粉煤灰低密度水泥浆体系、胶乳水泥浆体系、微膨胀型水泥浆体系等。随着固井技术的发展已形成的水泥浆体系不能完全满足长庆天然气水平井固井的要求，针对出现的问题开发新型水泥浆体系，提高固井质量。主要应用的水泥浆体系为GJQ复合减轻剂水泥浆体系（领浆）及GFC中低温防窜水泥浆体系（尾浆）。

表1 ∅177.8mm×∅114.3mm尾管悬挂器性能参数

2.3.1 GJQ复合减轻剂水泥浆体系

对于低压易漏长裸眼井固井，开发出新型的复合减轻剂水泥浆体系（水泥浆体系性能如表2所示）作为长裸眼井段的填充段。较以往使用的粉煤灰低密度水泥浆体系密度更低、强度更高，固井质量有了明显的提高；与漂珠低密度水泥浆体系相比，其价格低廉，货源充足，完全能够满足现场施工的需要，在现场应用了18口井，取得了良好的效果。

2.3.2 微膨胀防窜水泥浆体系

表2 复合减轻剂水泥浆体系性能表（G级水泥65%+35%复合减轻剂G403-GJQ+2%G409-GSJ）

对于天然气水平井技术套管大斜度、窄窗口的斜井段固井，多年以来固井质量一直无法得到保证。其主要特点是井壁不稳定；斜井段入窗近直角，套管居中度难以保证；环空间隙小顶替效率不高等，这些问题直接影响着固井质量。针对斜井段固井存在的问题除合理使用固井工具外，开发出了微膨胀防窜水泥浆体系（水泥浆体系性能见表3，稠化曲线见图1）应用于斜井段固井，取得了良好的效果。GFC膨胀剂具有多膨胀源体系，各种膨胀源的反应活性有所不同，所以能在水泥水化的不同阶段保持稳定的膨胀，保证水泥石一二界面的胶结，防止油、气、水窜。

2.3.3 现场施工数据（见表4）

表3 微膨胀防窜水泥浆体系性能表[G级水泥+2%GFC（膨胀剂）+2%GSJ（降失水剂）+0.2%USZ]

3 现场施工情况（尾管悬挂器及刚性螺旋滚柱扶正器的应用施工记录见表5）

3.1 基础资料

井型：天然气水平井；井号：桃2-X-XH井；完钻泥浆密度：ρ=1.31g/cm3；粘度73s；完钻井深：5137m；悬挂器位置：3160～3164.45m（井斜34.7）；水平段套管长：1586m。

图1 微膨胀防窜水泥浆体系稠化曲线（90°C/40MPa）

3.2 套管串结构

∅114.3mm旋转引鞋+∅114.3mm筛管+∅114.3mm盲管+∅177.8mm×∅114.3mm悬挂器+钻具。

表4 GFC中低温膨胀剂水泥浆体系现场施工数据表

表5 液压尾管悬挂器现场施工记录表

3.3 扶正器加放位置

根据井眼轨迹、通井情况、套管弯曲曲率刚性及刚性螺旋滚柱扶正器性能（∅148mm/∅117mm）综合考虑分析，加放扶正器。加放方法如下：

(1)旋转引鞋后50m不加刚性螺旋滚柱扶正器；

(2)水平段每3根套管加放螺旋滚柱刚性扶正器1只；

(3)尾管重叠段4根套管加放1个刚性螺旋扶正器。

3.4 施工总结

下套管整个过程比较顺利，最后3个立柱下放发现遇阻只有8t，继续接立柱顺利下到设计位置。1586m水平段套管下入顺利，说明前期准备工作做的充分：

(1)钻井过程中井眼规迹相对平滑；

(2)通井过程比较细致，摩阻相对大的点多次短起下，摩通；

(3)钻井液润滑剂的加入大大减小摩阻；

(4)刚性螺旋滚柱扶正器的合理安放，减小了水平段的摩阻。

4 结论

针对水平井固井的难点，总结以往经验，进行了技术攻关。在水平井固完井工具及相应的水泥浆体系方面取得一定的突破，形成新的产品，并成功应用。现场施工顺利，固井质量好，满足了后期试采及储层改造的需要，为水平井顺利完成及钻井提速提供了有力的技术支撑。

(1)研发的新型产品GFC(微膨胀防窜水泥浆添加剂)在天然气水平井固井中应用了十余口井,现场施工顺利，固井质量好（固井合格率：100%，优质率：90%）,解决了大斜度、小间隙及多气层固井的技术难题。确保了后期长水平段的顺利钻进。

(2)研发的新型产品GJQ（防漏堵漏低密度水泥浆添加剂）在苏里格气田应用十余口井,明显提高了上部填充段固井质量，水泥返高得到保证，解决了长裸眼低压易漏井固井失返的难题，同时为今后低密度水泥浆堵漏提供了新思路。

(3)研发的新型水平井固完井工具(液压提出式筛管悬挂器、树脂刚性螺旋滚柱扶正器及旋转引鞋)性能优越,现场应用十余口井,施工安全顺利。