正注反挤固井工艺在延安气田延113- 延133 井区的应用研究

唐明明 李 成 焦 程 杨海华 苏 明 彭 镭 罗向东

1.延长石油集团油气勘探公司，陕西延安 716000；2.斯伦贝谢长和油田工程有限公司，陕西西安 710016；3.斯伦贝谢中国公司，北京 100015

延113-延133 井区位于延安市以北，鄂尔多斯盆地天然气富集区的南缘。井区主要分布在子长县西部、延安市宝塔区北部，西部边缘部分处于安塞县境内，东部边缘小部分处于延川县境内[1-3]。整体井区面积为2341km2，主要含气层为二叠系山西组山23 层。其是石盒子组、山西组和本溪组砂层组孔隙类型有原生孔隙和次生孔隙，次生孔隙是延113- 延133 井区上古生界砂岩主要的孔隙类型。该气藏属于低压、低渗、致密气藏。目前延113-延133井区以最大的限度提高开采速度为目标，依靠斯伦贝谢技术及斯伦贝谢长和（简称SCP）技术管理团队进一步探索低成本、高效率的气田开发思路，形成了一套属于该井区的生产管理方案。

1 固井技术难点

延113-延133 井区气井分为直井、定向井和水平井三种。固井质量的好坏直接影响后期生产，而且水平井技术套管的固井质量更是影响三开钻进及后期的压裂、生产。

（1）封固井段较长（平均3300m），防止水泥浆在稠化过程中的失重引起的气窜成为主要难点[4]；

（2）常规的低密度水泥浆性能不稳定，失水较为严重，在重力作用下极易沉降分层，可能会严重影响固井合格率；

（3）水泥浆外加剂的加量不易控制，每口井使用的现场水都有差异，外加剂尤其缓凝剂和降失水剂的现场加量难以把控，极易造成事故；

（4）由于延长组、刘家沟和石千峰地层承压能力低，钻井过程多次发生漏失，常规的一次上返固井工艺在施工后容易形成空套，而且后期的挤水泥补救措施也只能封固到表层套管鞋附近，固井合格率低；

（5）水平井井斜较大，钻井周期长，井眼呈椭圆形状，井径不规则、扩大率大，地层孔隙度大、渗透率高、储层裸露段长，井下很不稳定，增大了施工风险；而且井身结构复杂，在固井施工过程中会出现憋堵、高压，造成水泥浆返高达不到要求。

以上任何一个因素都对固井质量有很大影响。

2 水泥浆技术

2.1 低密早强水泥浆体系

1.20～1.25g/ cm3防漏低密早强水泥浆体系（适用于直/ 定向井生产套管以及水平井技术套管刘家沟以及上部井段固井）水泥浆组成如下：G 级水泥+ 漂珠+ 粉煤灰+ 微硅+ 降失水剂+ 缓凝剂+ 分散剂+ 早强剂+ 消泡剂+ 现场水。

该浆体具有良好的流变性、较短的稠化过渡时间，水泥石较为致密，强度高大于7MPa/ 48h，早期强度高、防漏效果好，稠化时间240～480min 可调。

2.2 高密防气窜水泥浆体系

1.85～1.91g/ cm3防气窜水泥浆体系（适用于直/定向井生产套管固井、水平井技术套管以及7″ 尾管固井）的水泥浆组成：G 级水泥+ 降失水剂+ 缓凝剂+ 分散剂+ 早强剂+ 消泡剂+ 现场水。

该体系致密空隙小、渗透性小、稠化时间40～100Bc过渡时间短、强度发展速度快、早期强度高。井底循环温度下，12h 可起强度，18h 强度可达14MPa 以上。而且具有较好的防气窜效果，过渡时间小于50min。

该体系的水泥浆在近4 年已成熟应用于延安气田延113- 延133 井区直/ 定向井以及水平井技术套管固井。为了进一步确定水泥浆实验的准确性，采用实验室小样、半大样和大样的实验步骤进行多次复核。在小样实验中，本开次即将完钻前使用现场水和库房干灰进行实验，检测该体系浆体的所有性能，初步确定化工料的加入量；在半大样实验中，本开次完钻后，按照小样实验确定的比例进行现场配液，取配好的水与现场干灰进行实验，检测该体系的关键性能，检验实验是否达到要求；在大样实验中，若半大样实验和小样实验结果不符，随即进行个别药品加量的调整，最终使水泥浆性能达到固井设计要求。确保现场施工水泥浆性能与实验一致。

3 固井工艺

对于延113-延133 井区刘家沟石千峰等地层压力低、易漏失的特性，采用高、低密度水泥浆分段封固的作业方案。气层以及刘家沟以下150m 注入1.89SG 防气窜水泥浆，确保气层段固井质量。其他段按照施工工艺不同注入不同体系的水泥浆。

3.1 一次上返固井工艺

直/ 定向井生产套管和水平井技术套管固井使用1.89g/ cm3防气窜水泥浆上返到刘家沟底部以下150m，1.20g/ cm3的低密早强水泥浆上返至地面[5]。

3.2 正注反挤固井工艺

直/ 定向井生产套管和水平井技术套管固井使用1.89g/ cm3防气窜水泥浆上返到刘家沟底部以下150m，1.20g/ cm3的低密早强水泥浆上返至漏点处，漏点上部井段进行反挤水泥作业。

正注施工要求尾浆稠化时间满足施工的安全时间[6]，领浆的稠化时间大于8h；正注施工结束后，井队进行坐卡瓦；待底部1.89g/ cm3水泥浆完全稠化后，使用固井泵车进行2m3清水试挤并记录压力变化，试挤压力不能大于上层套管鞋处的破裂压力；打开地层通道之后，随即进行反注水泥作业，反注量依据实际测量井径按一定比例进行附加；反注作业使用1.89g/ cm3常规密度水泥浆，并且在前面5m3加入一定量的堵漏材料；反注水泥全程保证施工压力不能高于上层套管鞋处的破裂压力，结束后迅速关闭翼阀闸门。24h 后，为了弥补因重力作用引起水泥浆下沉进行“带帽作业”即反灌作业。

3.2.1 技术优势

相比较以上两种固井工艺，正注反挤工艺更适用于在薄弱地层钻井中漏失比较严重的情况，也是比较安全、经济、有效的施工方案。

（1）分段封固，主动降低薄弱漏失区域的液柱压力[7]；

（2）避免失重引起的空套管段无法补救的现象；

（3）固井质量相优于分级箍固井，避免了使用分级箍固井引起的分级箍上下混浆严重的问题和试压不合格的问题，同时降低了固井成本与施工难度；

（4）相对使用一次上返工艺而言，成本更低（刘家沟以及其上部地层使用1.20g/ cm3低密度水泥浆比常规密度水泥浆造价更高），安全性更高。

3.2.2 实施难点

（1）正注施工注入量必须准确计算。若正注水泥浆量过多，会导致漏层被封固，反注无法进行，导致固井失败；倘若注入量过少则不能使水泥浆到达预定位置，导致固井全井段合格率低。

（2）反注施工注入量必须准确计算。如果水泥注入量不够，会由于环空水泥浆浓度低最终成为水泥浆和泥浆的混合物，胶结质量差；如果注入过多，则会污染地层。

（3）通道打开时间必须准确计量。在反注时，如果正注顶部领浆稠化过早封固了漏层，会导致固井失败。

针对以上技术难点，本井区固井前进行了常规测井与特殊测井，结合钻井日报和录井日报，明确了漏层、漏点和漏速等具体信息。根据测井数据，准确计算不同井段的井径扩大率，并结合设备性能及现场情况合理附加水泥浆量，最终确保了泵入水泥浆设计方面的精确性。现场施工时使用水罐计量、固井泵车流量计及井口流量计，通过三重计量方式，确保施工严格按照设计执行。领浆1.20g/ cm3稠化时间根据现场需求调节到8h，也合理调整了正注施工与打开通道作业的时间窗口，确保反注与正注的紧密衔接。

4 应用情况

到目前为止，正注反挤固井工艺在延113-延133 井区直/ 定向井生产套管固井及水平井技术套管固井方面得到了成熟的应用。

2014—2016 年，该井区使用一次上返固井工艺，尤其在2015、2016 年合理使用承压堵漏等方法不断优化固井方案，采用该工艺的固井合格率也逐年地攀升，最高达到83%，三年全井段合格率平均为74%。随着固井工作的不断推进，对一次上返有了更深刻的认识。发现如果利用该工艺再进一步提高固井合格率，已经非常的困难。有些井在进行CBL 测井后发现有空套的存在，后期无法进行补救，给固井工作带来了了很大的挑战。

2017 年开始探索正注反挤工艺，并在实践中不断认识并优化该工艺。到2021 年12 月统计近五年固井质量，全井段合格率高达95%，且水泥全部返到预定位置，试压合格。正注反挤工艺的成功应用大大提高了本井区的固井质量合格率，并且降低了水泥浆成本，最终为本井区低成本、高效率、更安全地开发提供了有利的支撑。

5 结论

（1）对于封固段长并且存在漏失较大的薄弱地层，在可以详细计算环空容积的情况下，选择合适的浆体，采用正注反挤代替常规固井工艺，可提高固井质量并且节约成本；

（2）低密早强水泥浆体系有效解决了漏层处承压能力较弱的问题；合适的稠化时间也为正注施工和反注施工提供一个很好的嫁接桥梁作用；

（3）反注水泥浆前5m3加入适当尺寸的堵漏材料起到了很好的堵漏作用，同时也改善了与领浆连接处的水泥石结构，提高了水泥石的胶结强度及抗拉、抗压等性能；

（4）反灌水泥弥补了双层套管之间因水泥浆下沉引起的空套问题，提高了双层套管之间的封固率。