盐膏层固井难点及其应对措施

林枫，岳家平，王浪，文华，杨晓榕

油气田开发

盐膏层固井难点及其应对措施

林枫1，岳家平2，王浪3，文华4，杨晓榕4

（1. 中海石油伊拉克有限公司，北京 100015；2.中海油研究总院责任有限公司，北京 100028；3. 中国石油渤海钻探第二固井分公司，天津 300000；4. 荆州嘉华科技有限公司，湖北 荆州 434000）

盐膏层储层固井往往存在井漏、井喷及卡钻事故，如何构建一套适用于含盐储层固井封隔的水泥浆配方体系及配套施工工艺一直是各大油田争相探讨的重难点所在。本文就盐膏层所存在的固井难点、盐层蠕动机理以及具体的防治措施进行了分类研究，旨在提高对盐膏层固井的进一步认识。

盐膏层；井喷；固井封隔；防治措施

盐膏层固井一直是油田工程技术领域的重大难题之一。在国内，广泛分布于江汉、四川、新疆、渤海等地，且依据成藏环境、埋深等因素，不同地区的盐膏层区块性质也各不相同，厚盐层深度可以从地表到五千多米，总厚度可由几十米至二千多米，其中单层厚度从几厘米到八十多米，成份主要为氯化钠，有时也含有其他水溶性无机盐，或与石膏、芒硝等共生。正是这一情况下，使得盐膏层具有一定的蠕动特性，这会造成水泥硬化前井径不断缩小；还会使得盐岩冲蚀和溶解使从下至上环空水泥浆的含盐量不断增多，从而使得水泥浆性能发生复杂变化。此外，水泥水化硬化期间与盐岩不断渗透和溶解，导致胶结性差。正是由于盐膏层这一特殊构成，因而在对含盐层段钻井施工过程中，极易发生井漏、井喷及卡钻等事故。基于此，本文分别从盐膏层的种类、特点、应对措施以及应用情况等方面进行了综述，旨在为盐膏层固井作业的发展提供一定的指导。

1 盐膏层固井水泥环失效原因分析

1.1 盐膏层固井水泥环失效原因

盐膏岩是塑性地层，在一定的温度压力下会发生蠕动，其蠕变过程分为瞬态蠕动、稳态蠕动和加速度蠕动等３个阶段。（在钻开盐膏层初期的3~5天内发生瞬态蠕动，地层蠕动速率很快，然后慢慢减小进入稳态蠕变期，此后随着时间的推移，蠕动速率加剧，进入加速度蠕动期。分析认为，在低于上覆岩层的当量密度下，不管井内流体的密度多高，盐膏岩都会不断蠕动，导致井径不断缩小；流体密度越小，盐膏岩裸眼暴露时间越长，则井眼尺寸越小。）基于盐膏层的基本蠕动原理，可以将盐膏层固井后造成水泥环封隔失效的原因归结为以下几点：

（1）盐膏岩蠕变欠压稳，盐层向井眼的挤压作用导致环空间隙变小，最终所形成的水泥环过于薄弱，且盐层蠕动所导致的井眼缩径也会使套管的下入过程变得困难。

（2）盐层蠕动造成水泥浆柱自身结构的不合理，水泥失重时夹层中的高压流体欠压稳，使得高密度水泥浆失重大，长封固段中常出现水泥浆在塑态初期就压不住高压地层流体，导致基体静胶凝强度低，防窜能力差。

（3）盐水水泥浆强度发展所需时间长，防气窜能力低（15% NaCl外掺下的水泥石早起强度降低近40%），这增加了界面溶蚀、渗透时间、形成微环隙的机会。

（4）为抑制盐侵往往需要提高浆体密度，这在一定程度上降低了顶替效率。密度不够时，浆体抑制性差，从而加速了井眼不规则度。

1.2 盐膏层对固井水泥作用机理分析

在盐膏层固井中，盐膏层一方面会通过盐层蠕动向井眼中心靠近，使得井径变小，造成水泥环薄弱；另一方面，则是通过与水泥浆中溶液的离子浓度差而产生一定的离子交换，进一步使得盐层溶解，加入蠕动进程。此外，在对水泥浆本体性质的影响上，由于地层含盐矿物的侵入，水泥浆的性能会受到极大的影响，以MgCl2为例，通过与水泥浆体发生化学反应，改变了水泥浆体水化动力学机制，导致水泥浆体过早凝胶化，大大缩短了水泥浆稠化时间，造成水泥浆过早凝固，影响了封固质量。其中所产生的具体反映过程如下所示：

由上述反应方程式可知，地层盐中的镁离子与水泥浆中的氢氧根反应生成氢氧化镁，氢氧化镁沉淀后黏度突然增大，导致水泥浆过早凝固，终止顶替。

2 盐膏层固井水泥环失效应对措施

在盐膏层固井作业中主要的难点即是以地层含盐矿物带来的影响而展开，因此，针对盐膏层固井封隔失效这一问题也应围绕如何避免盐蠕动以及盐侵水泥浆展开。

2.1 配方体系

采用盐水配浆以平衡由于离子浓度差带来的离子交换。这其中，反应性盐诱导的浆液凝胶化可以通过在浆液中加入NaCl（也可加入KCl，同等条件下，KCl水泥浆有着较强的盐溶柱抑制力。用料较NaCl更少）来减少，加入水泥浆中的NaCl会延缓Ca(OH)2的形成。因而盐浓度会对水泥浆稠化时间产生一定影响，其中3%～5%的盐水促凝作用最为明显,10%～20%的盐水对水泥浆凝结时间几乎没有影响,而含盐量大于20%的盐水起缓凝作用。因而在盐水配浆过程中还需选用配套缓凝剂。

2.2 施工工艺

除了在配方上进行调整，更多地还是在施工工艺上进行改变，具体如下：

（1）起下钻观察有无阻卡情况；

（2）防止盐膏层塑性流动应尽快固井；

（3）高密半饱和盐水体系结合双级或尾管固井工艺；

（4）钻井液与水泥浆需要较好相容性，高效稳定隔离液（隔离+缓冲+携带冲刷泥饼作用），提高顶替效率，清除井壁附着泥饼，提高水泥与地层胶结质量。

（5）增大水泥浆同钻井液密度差，避免窜槽；

（6）替浆结束前尽量采用塞流顶替模式，确保顶替效率。

3 盐膏层盐水水泥浆体系应用现状

国内在秋南1井构建了密度为2.30~2.35 g/m3的高密度抗盐水泥浆，该水泥浆在18%的盐水条件下浆体稳定，具有较强的控失水能力、易于调整的稠化时间和良好的抗压强度。采用高密度抗盐水泥浆成功完成了秋南1井的固井施工任务。在官深1井中，为解决异常高压气层和高压盐水层固井的实际困难，采用新型超高密度加重材料、超细加重稳定剂与其他填充剂进行颗粒级配，形成了密度为2.60～2.85 g/m3的超高密度水泥浆体系。该体系具有流动性好、强度高、抗高温、防窜能力强、对温度及密度变化自适应、施工安全性高、顶部无超缓凝的优点。国外在巴西近海测试了15%NaCl盐水水泥浆体系对含光卤石盐层的声波固井质量，表现出较好的胶结质量。

4 结束语

随着国内对各大非常规油气田开发力度的不断加大，今后针对高含盐储层的开发也会不断更进。在盐膏层固井中，配方主要围绕盐水水泥浆体系展开，而如何在兼顾抑制地层盐溶解的基础上还需注重对水泥浆力学性质以及温压抗性的提升，与此同时，对于盐膏层固井过程中的配套工艺也应给予一定的重视。

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Difficulties of Well Cementing in Salt Gypsum Formation and Countermeasures

1234,

（1. CNOOC Irag Limited, Beijing 100015, China; 2.CNOOC Research Institute Co., Ltd., Beijing 100028, China; 2.The Second Cementing Branch of CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited, Tianjin 300000, China; 3. Jingzhou Jiahua Technology Co., Ltd., Hubei Jingzhou 430100, China）

Many accidents including lost circulation, blowout and sticking often occur in the well cementing of salt gypsum reservoir. How to build a set of slurry formulation system and supporting construction technology suitable for the cementing and sealing of salt reservoir has always been the key and difficult point for the major oil fields. In this paper, these difficulties were classified and studied, peristalsis mechanism of the salt gypsum layer was analyzed, and specific prevention and control measures were put forward in order to improve the further understanding of the well cementation of the salt gypsum layer.

salt gypsum layer; blowout; cementing and sealing; prevention and control measures

国家科技重大专项“2017ZX05032004-004”

2019-11-20

林枫（1984-），毕业于大庆石油学院机械设计制造及自动化专业，主要从事油气田钻井技术工作。Email：linfeng@cnoociraq.com。

TE 256

A

1004-0935（2020）02-0157-03