提高盐192区块大斜度井固井质量研究_来鹏飞.pdf

收稿日期：；修订日期：。作者简介：来鹏飞（），男，硕士研究生，工程师，现从事国内和厄瓜多尔固井技术、固井工具、水泥浆以及现场固井施工工作。：。通信作者：钟凯（），男，工程师，现从事国内和厄瓜多尔固井技术、固井工具、水泥浆工作。：。文章编号：（）提高盐 区块大斜度井固井质量研究来鹏飞，钟 凯，马学如，兰小林，李晓阳（中国石油川庆钻探工程有限公司长庆固井公司，陕西咸阳）摘要：盐 区块主要部署的是大斜度井和定向井，目的层承压能力低，漏失层位多。年采用一次上返和顶部补救的固井措施，固井施工中仍然普遍存在漏失，导致固井封固率偏低。通过优选低密度水泥浆体系，降低低密度水泥浆摩阻、优化固井施工排量、优化水泥浆浆柱结构等措施，有效降低了环空液注压力。年对盐 区块 口井的固井施工实践表明，漏失井口数和漏失量大幅降低，水泥浆全部返到表层套管脚以上 ，大斜度井裸眼段封固率从 年的 提高到，实现该区块大斜度井固井一次上返。关键词：盐 区块；固井漏失；水泥浆摩阻；固井施工排量中图分类号：文献标识码：，（，）：，：；研究背景盐 区块位于宁夏回族自治区盐池县大水坑镇新建塬村，开发层位为长，该区块油藏埋深为 。年盐 区块共固完井 口，其中大斜度井 口，定向井 口，水平井 口，井型分布及钻进情况见表。表 盐 区块井型分布及钻进情况井型井口数 占比 钻进概况备注大斜度井 口井钻进至长 层位有不同程度渗漏水平井长 轻微渗漏定向井 口井洛河组发生失返性漏失裂缝性漏失 年 月石 油 地 质 与 工 程 第 卷 第 期 由表 可知，该区块井型以大斜度井、定向井为主，漏失层位为长 层和洛河组，洛河组属裂缝性漏失，长 层为渗透性漏失。年定向井全部使用双级固井工艺，整体固井质量平稳，大斜度井受条件限制，未能使用双级固井工艺，固井质量难以达到预期目标。该区块目的层延长组长 层位承压能力低，采用一次上返固井易发生漏失，难以实现水泥返至设计要求的目标。年盐 区块单井漏失量为 ，平均裸眼段合格率只有 。固井难点及解决方案固井技术难点及固井施工存在问题：目的层长、洛河组承压能力较低，一次上返水泥浆液柱压力高，固井施工中易发生漏失，导致水泥浆返高低；该区块目的层地层状况变化大，不同井最低承压能力存在较大差异；少数井由于现场低密度体系流变性能较差、摩阻大，环空发生憋堵，井底压力升高憋漏地层；现场施工出于安全考虑，后期替量排量较大，未能及时降低施工排量，导致漏失情况加重。解决大斜度井固井质量问题技术方案：优选密度更低，各项性能优良的低密度水泥浆体系，降低液柱压力和漏失风险；改善低密度水泥浆体系流变性，降低低密度水泥浆摩阻。同时，防止水泥浆体系受钻井液污染发生增稠现象，避免憋漏地层；适当延长尾浆稠化时间，在施工安全的前提下控制施工排量，降低井底压力。固井工艺研究 低密度水泥浆体系优选 玻璃微珠水泥浆体系优选 年现场施工中的轻珠体系各项性能满足固井施工要求，但其珍珠岩含量较高，经高压破碎后流动性变差，进入环空后，易发生环空憋堵，导致固井施工压力升高。因此，优选性能良好的玻璃微珠水泥浆体系（玻璃微珠 硅酸钠 ），其性能见表。从表 可以看出，玻璃微珠水泥浆密度低，比 年的轻珠体系密度小 ，能有效降低环空液注压力，降低固井漏失风险。其 、抗压强度高，能满足固井质量要求。表 玻璃微珠体系性能水灰比密度（）稠化时间（）初稠（）可泵时间 稠化时间 抗压强度 可固化水泥浆体系优化 年可固化体系虽然密度较低，但是稳定性差、强度较低，填充段固井质量难以保证。年对可固化水泥浆体系进行了优化，其性能见表 。从表 可知，优化后的可固化体系密度降低了 ，能降低环空液注压力，其 、抗压强度达 、，可以确保填充段固井质量。表 年可固化体系性能水灰比密度（）稠化时间（）初稠（）可泵时间 稠化时间 抗压强度 粉煤灰水泥浆体系优选（）为降低固井施工摩阻，减少珍珠岩在井底受高压破碎造成轻珠水泥浆实际密度增加、稠度增大、流动性变差，从而增加环空液柱压力。通过室内实验调配出密度 的粉煤灰体系，其性能见表。粉煤灰体系不含珍珠岩组分，在井底承受高压时，密度不会发生变化。其密度比 年使用的轻珠体系高 ，抗压强度与轻珠体系相同，抗压强度比轻珠体系略高，稠化时间满足固井施工要求。表 粉煤灰体系性能（）水灰比密度（）稠化时间（）初稠（）可泵时间 稠化时间 抗压强度 不同低密度水泥浆摩阻对比分析 年，室内调配的低密度水泥浆体系，通过改善浆体组分及流变性能，摩阻系数均有了显著下降，可降低固井施工摩阻。不同低摩阻低密度水泥浆体系与轻珠体系流变性能对比见表。分析表 可知，年的常规轻珠体系珍珠岩石 油 地 质 与 工 程 年 第 期表 低密度体系流变性能对比体系名称密度（）流动度 强度（）游离液 流性指数 稠度系数 （）摩阻系数常规轻珠体系（）常规轻珠体系（）玻璃微珠体系 粉煤灰体系 可固化体系 含量较高，流变性能相对最差，其稠度系数和摩阻系数明显高于其他体系，受井底高压破碎后密度变化大，固井施工漏失风险较大，年在调整各组分配比后，流变性能有了一定改善，但整体流变性能依然较差。相比珍珠岩轻珠体系，玻璃微珠和可固化体系密度低、流变性能好。摩阻系数和稠度系数有明显减小，其平均值分别减小 、，减幅达，可明显降低液柱压力和固井施工摩阻，防止漏失。粉煤灰体系不含珍珠岩组分，流动性好，其摩阻系数和稠度系数较 年轻珠体系分别减小 、，流变性能优于 的轻珠体系。综上所述，新调配的可固化体系、玻璃微珠体系以及 粉煤灰体系水泥浆流变性能优于 轻珠体系和 轻珠体系。不同低密度水泥浆液柱压力对比假设用以上五种体系分别封固 井段，在施工排量、井径以及井斜等相同条件下，对比不同体系液柱压力及环空压耗（表）。从表 可知，玻璃微珠与可固化体系可有效降表 不同低密度体系井底压力对比体系名称密度（）液柱压力 环空压耗 井底承压 差值下降比例 常规轻珠体系（）常规轻珠体系（）玻璃微珠体系 粉煤灰体系 可固化体系 低环空液柱压力和环空压耗，使井底压力分别减少 和 ，下降幅度达以上。密度 粉煤灰体系较 年轻珠体系虽然环空液柱压力略有增加，但是其环空压耗降低了 ，使井底压力减少了 。综上所述，优选的低密度水泥浆对于降低环空液柱压力和环空压耗效果显著，可满足防漏需求，保障该区块水泥浆返高和固井质量。漏失当量密度及环空浆柱结构设计根据盐 区块已施工大斜度井、钻进资料以及固井施工参数统计分析，计算盐 区块长 层漏失当量密度（表）。经计算可知长 层漏失当量密度为 。表 盐 区块长 层漏失当量密度计算井号井深 垂深 水泥返高 漏失量漏失当量密度（）盐 盐 盐 盐 盐 盐 年，以密度 为目的层临界漏失当量密度，同时为防止洛河组发生漏失，使用可固化和玻璃微珠水泥浆体系封固洛河组底界以上裸眼段。因此，水泥浆浆柱结构采用可固化、玻璃微珠、轻珠体系、早强增强尾浆多凝水泥浆体系，设计水泥浆返至井口，防漏计算见表。若填充段采用玻璃微珠、可固化水泥浆体系，可确保水泥浆返到井口且不会发生漏失。表 盐 区块防漏计算液体类型密度（）占环空高度 静液柱压力 压力合计 当量密度（）钻井液 前置液 可固化 玻璃微珠 大斜度轻珠 尾浆 替量排量选择现场施工排量的选择要依据不同水泥浆体系的稠化时间确定，在密度不变的情况下，不同体系的抗压强度和稠化时间关系对比见表。从表 可知，低密度水泥浆体系 、抗压强度随稠化时间增长呈下降趋势，抗压强度下降幅度较大，尤其是玻璃微珠体系，下降幅度达 、。常规密度体系 、抗压强度受稠化时间影响较小，但是严重影响 抗压强度，从而影响常规密度体系抗水侵性能，目的层固井质量难以保证。来鹏飞等 提高盐 区块大斜度井固井质量研究表 不同体系强度及稠化时间关系对比体系名称稠化时间（）密度（）抗压强度（）玻璃微珠珠可固化 早强增强 为进一步控制施工排量，有效降低漏失风险，经模拟计算，在水泥浆体系相同，替量至相同位置时，不同排量对应井底承压当量密度见表。从表 可以看出，在顶替至相同位置，替量越多，井底压力当量密度下降越明显。替量为 时，使用 的排量顶替 的排量，井底压力当量密度下降了 。替量 时，井底压力当量密度下降了 。因此，合理降低施工排量可有效降低井底压力。综合考虑，在确保施工安全的前提下，选择常规密度水泥浆稠化时间 左右，后期控制替量排量为 ，防止发生漏失。表 不同顶替排量对井底当量密度影响排量（）替量方量 井底压力 井底静止当量密度（）井底压力当量密度（）当量密度差值（）优选前置液体系为确保施工安全，防止水泥浆受污染，提高顶替效率，优 化 前 置 液 体 系 为 冲 洗 液 隔 离 剂 体系，占环空 ：使用 冲洗液体系占环空 ，冲刷井壁虚泥饼，降低钻井液塑性黏度，提高顶替效率；使用 隔离剂体系占环空 ，该体系具有良好的悬浮隔离作用，防止水泥浆受污染，降低施工压力。现场应用 固井施工井底承压模拟调整固井施工方案后，用 粉煤灰体系替代 轻珠体系，设计液柱浆柱结构为：可固化、玻璃微珠、粉煤灰体系、早强增强尾浆多凝水泥浆体系（表）。进一步优化固井施工参数，后期替量排量控制在 ，模拟固井施工期间井底承压当量密度见图。表 水泥浆浆柱结构设计液体类型密度（）占环空高度 静液柱压力 压力合计 当量密度（）可固化体系玻璃微珠粉煤灰尾浆图 井底承压模拟曲线 从图 可以看出，在注水泥过程和替量前期，井底压力当量密度低，保持在 左右。替量中后期，随着水泥浆进入环空，井底压力当量密度和井底静止当量密度增长较快，但是全程可控制井底承压当量密度保持在 以下，井底静止当量密度保持在 以下，进一步降低了井底承压当量密度。固井质量对比分析 年与 年固井施工及固井质量统计情况见表。表 固井质量对比年份施工井口数平均施工压力 施工压力高井口数（）平均漏失量 平均返高 裸眼段封固率 年 口井现场施工表明，固井施工压力降低，个别井出现替量后期渗漏现象，漏失量明显减少。通过固井施工方案、水泥浆体系、固井施工排量以及水泥浆浆柱结构调整优化后，盐 区块固井施工方案由一次上返结合顶部作业的固井工艺调整为一次上返，水泥浆均返进表层套管，环空水泥浆平均返高提高 ，裸眼段封固率从 年的 提高到，实现了一次上返，保障了区块固井质量。石 油 地 质 与 工 程 年 第 期 结论（）盐 区块控制井底承压当量密度为 ，可有效减少漏失，避免固井施工期间发生憋堵造成目的层承压能力降低，环空水泥浆返高低。（）室内调配的 玻璃微珠及 可固化体系，可有效降低液柱压力及摩阻，降低漏失及憋堵风险。同时，粉煤灰体系各项流变性能优于常规珍珠岩轻珠体系。（）替量后期控制排量为 ，可有效降低井底承压当量密度，防止漏失。通过优化水泥浆体系及固井工艺，可以实现盐 区块大斜度井一次上返。参考文献 蒋宏伟，石林，郭庆丰，等 钻井过程中的地层漏失机理研究 重庆科技学院报（自然科学版），（）：石林，蒋宏伟，郭庆丰 易漏地层的漏失压力分析石油钻采工艺，（）：县世东，马志忠，和鹏飞 大斜度不规则井眼固井技术研究与实践 石油化工应用，（）：滕兆健，邢秀萍，常燕 空心玻璃微珠低密度水泥浆的初步研究 钻井液与完井液，（）：闵江本，马学如，张战臣 复合空心玻璃微珠水泥浆体系在长庆定吴区块的应用 石油地质与工程，（）：李波，魏周胜，周兵，等 防渗漏水泥浆体系的研究与应用 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