临兴地区浅层气井钻固井技术研究与应用

李建，冯雷，和鹏飞，王烊，王涛，李洪磊

1.中海油能源发展股份有限公司 山西分公司（山西 晋中 030600）

2.中海油能源发展股份有限公司 监督中心（天津 塘沽 300452）

由于浅层气埋深浅，表层较为松软薄弱，且浅层气压力高、压力变化快，导致在钻井过程中易发生井喷事故[1]。鄂尔多斯盆地临兴区块在紫金山构造储藏着丰富的浅层气，前期在钻井过程中出现过多次溢流情况。综合分析国内浅层气钻井开发经验，总结制订了一套高效钻井关键技术，在后续12口井的作业过程中得到了应用，效果良好，未出现溢流、井涌和井喷情况，钻井效率得到大幅提升，钻井周期逐步缩短。临兴地区浅层气井高效钻井关键技术成功地解决了浅层气难题，值得在国内浅层气开发中推广应用。

1 临兴区块浅层气藏基本情况

1）浅层气井区位于鄂尔多斯盆地临兴区块紫金山构造带北部，整体为北西—南东走向的背斜构造。鄂尔多斯盆地东缘发育中上元古界、下古生界的海相碳酸盐岩层、上古生界—中生界的滨海相、海陆过渡相及陆相碎屑岩层，新生界仅在局部地区分布。其中中生界纸坊组及和尚沟组为浅层气井区主要油气勘探开发层系，气层孔隙度主要分布在10%～16%之间，渗透率主要分布在（0.6～11.08）×10-3μm3之间。纸坊组在岩性上表现为紫灰、黄绿色长石细砂岩与紫红、暗紫色砂质泥岩、页岩组成。和尚沟组在岩性上表现为黄绿、灰绿、灰黄、肉红色中厚层中细粒长石砂岩，夹灰绿、黄绿、灰黑、灰色砂质泥岩和页岩组成。

2）根据已钻井的实测值以及地震资料进行预测，纸坊组及和尚沟组气层压力系数分别为1.55和1.33，属于异常高压储层。

3）为了降低开发成本，目前采用井台规模化作业，由于储层浅，储量动用难度大，设计井斜在60°～80°之间。

2 技术难点与对策

2.1 技术难点

1）纸坊组地层压力1.55 g/cm3，埋深200 m，纸坊组地层压力1.33 g/cm3，埋深500 m，由于上部压力高下部压力低，作业过程中极易出现“上喷下漏”复杂情况。

2）浅层气地层成岩性较差，可钻性好，造浆性强，钻进过程中易发生憋漏现象，一旦钻进浅层气井段，钻井液性能将会受到浅层气的影响，发生气侵[2]。

3）上部高压层埋藏浅，电缆测井和下套管作业井控风险极高，如发生溢流、井涌和井喷，压井作业难度大。

4）地层松软、疏松、不成岩，水泥石无法与井壁形成有效胶结[3-7]。浅层气井固井作业需要全封，井底压力高，易发生漏失。另因浅层气井温度低(40℃左右)，水泥浆稠化时间不易控制，凝固期间易发生水泥浆失重导致气窜。前期已完成井出现固井质量呈现“糖葫芦”形状、环空带压等情况，使用环空加压技术几乎无效果。

5）浅层气井井斜在60°～80°之间、钻井液密度在1.65 g/cm3以上，致使井筒压差较大，钻具静止、电测作业和下套管作业时易发生粘卡。

2.2 技术对策

针对以上开发难点，在总结分析国内浅层气井开发经验的基础上，制订了一套浅层气井高效钻井技术：

1）一开导管封固技术。为防止一开钻遇气层不能有效封固，各井台第一口井采用三开井身结构，一开Φ406.4 mm井眼钻进至24 m左右下入导管封固上部易漏地层。二开Φ311.15 mm井眼钻进至气层以上，进入基岩20 m中完。三开Φ215.9 mm井眼钻开气层，钻进至完钻井深。如第一口井作业期间在上部未发现气层，则后续井取消一开作业，优化为二开井身结构，以提高钻井效率。

2）强封堵高密度钻井液技术。常规二开井在一开作业期间，采用膨润土浆作业，密度控制在1.15 g/cm3以上，同时储备30 m3高密度钻井液。二开直接用1.65 g/cm3（地层压力附加0.1 g/cm3）聚合物钻井液钻进，同时钻井液中保持单向压力封堵剂的浓度以提高地层承压能力，压稳地层。

3）随钻压力控制技术。防喷防漏是浅层气井的工作重点，通过总结国内浅层气井和高压井的压力控制经验，形成了一套随钻压力控制技术，在大规模的浅层气井的作业中得到了成功应用。该套随钻压力控制关键技术是“控时钻进、循环排气、静止考察、安全窗口”，通过精细化作业实现井筒压力控制目标。

4）防气窜水泥浆+管外封隔器固井技术。采用防气窜水泥浆体系提高对气层的封固能力，使用低密度水泥浆替代部分前置液以减少对气层的扰动，稠化时间控制在60 min并加入晶格膨胀剂以降低水泥浆失重时的气浸影响，水泥浆中加入纤维提高地层的承压能力，使用管外封隔器放置在上层套管内以解决水泥浆失重而导致的气体上窜环空带压问题。

5）使用钻后随钻测井替代钻杆传输测井，降低井控和粘卡风险。

3 应用效果

3.1 一开导管封固技术

在最近完成的11口浅层气井的作业使用了一开导管封固技术，在3个井台的作业中未出现表层套管外冒气情况，成功解决了该项难题。

3.2 强封堵高密度钻井液技术

在前期浅层气井作业过程中出现的易气浸、易漏失的情况，将钻井液配方进行优化，增加随钻堵漏剂、提高钻井液密度、增加润滑剂浓度，形成了强封堵高密度钻井液技术，经过实验和应用，效果良好，未出现井漏、井涌、粘卡等复杂情况，但在作业过程中出现钻井液静止后稠化、开泵循环发生返浆管线跑冒的现象，需要进一步解决。

配方：清水+4%土粉+0.25%Na0H+0.15%Na2CO3+0.6%CMC-LV+0.3%PAC-LV+0.2%XC+1%植物胶+1.5%沥青+0.5%多元抑制剂+1%单向压力封堵剂+2%随钻堵漏剂+3%润滑剂+重晶石。

3.3 随钻压力控制技术

通过应用“控时钻进、循环排气、静止考察、安全窗口”的随钻压力控制技术实现11口井的安全顺利作业。具体措施如下：

1）在预测气层以上30～50 m时开始控制钻进，控制钻速在15 m/h。

2）钻遇气层立即停止钻进，循环排气，待气全量和返出正常后停泵观察，确认溢流或漏失情况进而指导调整钻井液密度。

3）完钻后通过短起下钻，确定气体上窜速度，测算后续作业安全时间窗口。

4）钻后随钻测井和下套管作业根据测算的安全时间窗口进行分段循环，确保作业安全。

3.4 防气窜水泥浆+管外封隔器固井技术

应用防气窜水泥浆+管外封隔器固井技术后固井质量达到合格，固井后井口未出现漏气情况，如图1。领浆配方：G级水泥+1.5%防气窜剂+0.6%减阻剂+43%现场水；尾浆配方：G级水泥+1%降失水剂+1.5%流型调变剂+1.5%防气窜剂+0.5%减阻剂+晶格膨胀剂+纤维+42.5%现场水。

图1 浅层气固井质量对比图

3.5 整体应用效果

临兴区块浅层气在钻井作业过程中总结优化，制订出了一开导管封固技术、强封堵高密度钻井液技术、随钻压力控制技术和防气窜水泥浆+管外封隔器固井技术的高效钻井技术，成功解决了浅层气井作业的难题，实现了浅层气井安全顺利作业，确保了浅层气井井身质量，钻井作业效率大幅提升，钻井周期缩短到7 d。

4 结论

1）强封堵高密度钻井液技术可以提高浅部松软地层的承压能力，实现对高压地层的过平衡控制，结合随钻压力控制技术和一开导管封固技术，通过精细化作业，可以解决浅层气井易喷易漏的难题。

2）防气窜水泥浆体系+管外封隔器固井技术通过解决常规前置浆诱发气层活跃、水泥浆稠化时失重引发气浸的难题，实现了对浅层气井筒的良好封固。

3）临兴区块浅层气井高效钻井技术的应用，成功地解决了浅层气钻井作业难题，实现了浅层井的安全、优质、高效开发，可以在浅层气井钻井作业中进行推广应用。