費(fèi)中明 黨冬紅 孔哲 和建勇 蔣世偉 高飛 楊杰

中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司

獅70井是青海油田部署在柴達(dá)木盆地柴西坳陷英雄嶺構(gòu)造帶英中地區(qū)英中三號構(gòu)造的一口重點(diǎn)探井。鉆探目的是探索英中三號南高點(diǎn)含油氣性。該井三開?333.4 mm 鉆頭鉆至井深 4 600 m，設(shè)計(jì)下入?273.05 mm套管進(jìn)行尾管懸掛固井。該井鉆井期間發(fā)生多次漏失，整個(gè)裸眼承壓能力低，在4 577.41 m鉆遇高壓鹽水層發(fā)生溢流，關(guān)井后上部地層發(fā)生井漏，導(dǎo)致井底存在內(nèi)循環(huán)，環(huán)空壓力系統(tǒng)紊亂，鉆具水眼內(nèi)壓力體系時(shí)而與地層連通，時(shí)而與環(huán)空連通，下套管及固井期間必然會發(fā)生失返性漏失，會導(dǎo)致漏層以上井段漏封。高壓鹽水層接近井底，很難保證套管鞋處固井質(zhì)量，可能導(dǎo)致該井四開鉆進(jìn)時(shí)環(huán)空帶壓甚至全井報(bào)廢。為此，在分析該井?273.05 mm尾管固井技術(shù)難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)選水泥漿體系，優(yōu)化水泥漿稠化時(shí)間，采用正注反擠施工工藝，實(shí)現(xiàn)了溢漏同層段的有效封固，為后期作業(yè)提供了合格的井筒條件。

1 固井難點(diǎn)

該井屬于一級井控風(fēng)險(xiǎn)井，井下存在內(nèi)循環(huán)，不具備正常固井所需要的基本條件。另外還存在鹽水層不易封固、易漏、管鞋處固井質(zhì)量難以保證等難點(diǎn)，對水泥漿綜合性能和現(xiàn)場固井工藝提出了極高的要求。

(1)鉆井期間發(fā)生多次漏失，液面不在井口，整個(gè)裸眼承壓能力低，下套管及固井期間必然會發(fā)生失返性漏失，會導(dǎo)致漏層以上井段漏封。

(2)高壓鹽水層深度 4 577.31~4 577.41 m，接近井底，很難保證套管鞋處固井質(zhì)量。

(3)通井期間多次遇阻，電測數(shù)據(jù)顯示3 500 m以下部分井段存在明顯縮徑現(xiàn)象，下套管時(shí)存在遇阻可能性很大，由于尾管懸掛器的存在，一旦下套管遇阻處理手段受限。

(4)本次電測溫度 146 ℃，與鄰井及本井 4 518 m時(shí)電測溫度105 ℃差異巨大，存在電測溫度失真的可能，給水泥漿化驗(yàn)溫度選取帶來困難。

(5)由于下套管時(shí)間較長，下完套管后不能有效循環(huán)，下套管及固井期間不能實(shí)時(shí)監(jiān)測液面，井控風(fēng)險(xiǎn)較高。

2 關(guān)鍵技術(shù)及思路

2.1 溢漏同層應(yīng)對措施

采用正注反擠固井施工工藝，正注水泥漿按照管外 400 m、管內(nèi) 600 m 考慮 (水泥漿量合計(jì) 40 m3)。使用高黏、超短稠化時(shí)間的抗高溫高密度韌性水泥漿體系，封固主力漏層及高壓水層井段。設(shè)計(jì)水泥漿領(lǐng)漿占環(huán)空高度 400 m，密度 2.2 g/cm3，黏度 150 s，稠化時(shí)間160~180 min；水泥漿尾漿占管內(nèi)高度600 m，密度 1.90 g/cm3，黏度 150 s，稠化時(shí)間 100~110 min。前期按照正常排量35 L/s施工，隔離液出管鞋前20 m3時(shí)將施工排量提至50 L/s，在尾漿出管鞋1 m3時(shí)關(guān)井(此時(shí)水泥漿已經(jīng)返至漏層，施工時(shí)間約84 min)，同時(shí)降低施工排量至5~8 L/s小排量頂替。在小排量頂替過程中讓水泥漿逐漸稠化凝固，達(dá)到快速封固高壓水層的目的，以此來確保套管鞋封固質(zhì)量。

2.2 抗高溫高密度堵漏水泥漿體系

2.2.1 外摻料優(yōu)選

(1)赤鐵礦粉。赤鐵礦本身密度比較高［1-3］，達(dá)4.80~5.20 g/cm3，在配制水泥漿時(shí)隨其加量增加需水量增加較小，對水泥漿性能有稍微的增稠現(xiàn)象出現(xiàn)，水泥漿密度可達(dá) 2.60 g/cm3。

(2)微錳。含氧化猛 96%~98% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，密度 4.90 g/cm3，粒徑分布為 0.1~10 μm，大部分顆粒粒徑集中在 0.5~l.0 μm 范圍內(nèi)，比表面為 3.0 m2/g，十倍于水泥顆粒。在高密度水泥漿中懸浮性能好，漿體穩(wěn)定，不增加需水量，有適當(dāng)?shù)臏p阻效果，水泥漿綜合性能良好，水泥漿密度可調(diào)整到2.80 g/cm3。

(3)硅砂［4-6］。硅砂能夠有效地提高水泥石的熱穩(wěn)定性，是防止水泥石在高溫下強(qiáng)度衰退的有效外摻料。井底靜止溫度超過130 ℃時(shí)，在水泥漿中必須加入抗高溫的硅砂，有效防止水泥石強(qiáng)度衰退。

(4)微硅。在緊密堆積理論中小顆粒組分能起到充填、滾珠、懸浮增強(qiáng)效應(yīng)。優(yōu)選的小顆粒微硅的大部分粒徑集中在1~10 μm，可使材料的孔隙度大幅度下降，實(shí)現(xiàn)良好的孔隙充填，保證漿體在高溫條件下仍然保持良好的穩(wěn)定性和流變性。

2.2.2 外加劑優(yōu)選

針對該井的高溫及高壓鹽水層發(fā)育情況，以抗高溫抗鹽聚合物降濾失劑HX-11L為基礎(chǔ)，優(yōu)選了相配套的高溫緩凝劑HX-31L、中高溫緩凝劑FS-33L、分散劑HX-21L、防氣竄劑FLOK-2和懸浮劑O-SP。

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，優(yōu)選的外加劑適合本次研究，配制出的高密度水泥漿有較好的性能，流動(dòng)度、流變、濾失量等性能基本符合要求。

2.2.3 水泥漿性能評價(jià)

1#配方：嘉華 G級水泥 (加硅砂)+4%微硅(CEA-1)+5%降濾失劑HX-11L+3%分散劑HX-21L+5%防氣竄劑FLOK-2。

2#配方：1#+復(fù)合加重材料(赤鐵礦粉與超細(xì)微錳混配)+0.5%懸浮劑O-SP+30%液固比。

3#配方：1#+復(fù)合加重材料(赤鐵礦粉與超細(xì)微錳混配)+0.5%懸浮劑O-SP+30%液固比。

4#配方：1#+復(fù)合加重材料(赤鐵礦粉與超細(xì)微錳混配)+0.4%懸浮劑O-SP+33%液固比。

5#配方：1#+加重材料(赤鐵礦粉)+0.4%懸浮劑O-SP+32%液固比。

6#配方：1#+加重材料(赤鐵礦粉)+0.2%懸浮劑O-SP+34%液固比。

本井 4 600 m 電測溫度 146 ℃，但前期在 4 518 m處電測井底溫度105 ℃，本開次電測溫度偏高，分析為井底鉆井液靜止時(shí)間較長和持續(xù)出水的原因，取循環(huán)溫度系數(shù)0.75，設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度110 ℃。水泥漿綜合性能見表1，可以看出，該體系密度1.88~2.40 g/cm3，沉降穩(wěn)定性小于 0.03 g/cm3，水泥漿析水為0 mL，水泥漿SPN值小于 3，水泥石 24 h 抗壓強(qiáng)度大于18 MPa，水泥漿稠化時(shí)間可調(diào)，API失水小于50 mL，水泥漿的性能能夠滿足施工需求［7-10］。

表1 水泥漿綜合性能Table 1 Comprehensive performance of cement slurry

2.2.4 水泥漿稠化時(shí)間的控制

稠化時(shí)間的控制是此次固井施工的核心問題，要防止水泥漿在候凝過程中被鹽水頂替掉，需要使水泥漿到鹽水層后迅速凝固，同時(shí)必須確保水泥漿能替至鹽水層及漏層以上，這樣才能確保正注施工有效封固鹽水層，保證套管鞋固井質(zhì)量。

要確保水泥漿在注替過程中凝固，同時(shí)確保凝固時(shí)水泥漿已返至鹽水層以上，水泥漿稠化時(shí)間應(yīng)該大于水泥漿返至鹽水層的時(shí)間，小于注替結(jié)束的時(shí)間，考慮到該井電測溫度可能存在偏差，因此現(xiàn)場做了水泥漿溫度高點(diǎn)及低點(diǎn)稠化時(shí)間實(shí)驗(yàn)。測定100、105、110、113、116、120 ℃ 時(shí)的水泥漿稠化時(shí)間結(jié)果見表2，預(yù)測施工時(shí)間見表3?？梢钥闯?，水泥漿最短稠化時(shí)間93 min，大于注替過程中水泥漿返至鹽水層需要的稠化時(shí)間84 min，水泥漿最長稠化時(shí)間135 min，小于注替結(jié)束所需要的時(shí)間，可以確保水泥漿在注替過程中凝固。

表2 水泥漿稠化時(shí)間Table 2 Thickening time of cement slurry

表3 固井施工時(shí)間預(yù)測Table 3 Estimated cementing time

領(lǐng)漿配方：嘉華G級水泥(加硅砂)+120%復(fù)合加重材料(赤鐵礦粉與超細(xì)微錳混配)+0.5%懸浮劑O-SP+4%微硅(CEA-1)+5%降濾失劑HX-11L+3%分散劑HX-21L+5%防氣竄劑FLOK-2+2.4%緩凝劑HX-31L。

尾漿配方：嘉華G級水泥(加硅砂)+4%微硅(CEA-1)+5%降濾失劑HX-11L+3%分散劑HX-21L+5%防氣竄劑FLOK-2+0.6%緩凝劑HX-31L。

反擠水泥漿配方：嘉華G級水泥(加硅砂)+4%微硅(CEA-1)+5%降濾失劑HX-11L+3%分散劑HX-21L+5%防氣竄劑FLOK-2+1.3%緩凝劑HX-31L。

2.3 液面監(jiān)測

由于本井液面不在井口，在注替過程及停泵時(shí)可能存在內(nèi)外壓差，因此實(shí)際注替排量可能大于設(shè)計(jì)排量，甚至出現(xiàn)停泵后在內(nèi)外壓差作用下繼續(xù)替漿的可能，這樣會導(dǎo)致泵入泥漿量小于實(shí)際替漿量，最終達(dá)不到在替漿結(jié)束前水泥漿凝固的要求，嚴(yán)重時(shí)可能出現(xiàn)替空現(xiàn)象，導(dǎo)致固井施工失敗。因此固井期間必須對管內(nèi)管外液面進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測。在本井施工中，共計(jì)3次停泵進(jìn)行管內(nèi)液面監(jiān)測，見表4。

表4 獅 70 井?273.05 mm 尾管固井施工管內(nèi)液面監(jiān)測Table 4 Inside-string fluid level monitoring during ?273.05 mm liner cementing of Well Shi-70

從實(shí)際監(jiān)測情況看，現(xiàn)場施工時(shí)出現(xiàn)了實(shí)際替漿排量大于泥漿泵排量的情況，停泵后管內(nèi)液面繼續(xù)下降，說明此時(shí)管內(nèi)與漏層已經(jīng)連通，且存在明顯壓差，停泵后仍然會繼續(xù)小排量替漿，若繼續(xù)替漿至設(shè)計(jì)量，存在替漿結(jié)束水泥漿仍未凝固，甚至替空的風(fēng)險(xiǎn)，因此，現(xiàn)場確定停止替入泥漿，靠內(nèi)外壓差小排量頂替直至水泥漿凝固。

3 現(xiàn)場施工

固井施工前以 30 L/s排量注入鉆井液 10 m3，驗(yàn)證井眼是否暢通，隨后測量環(huán)空液面158 m，鉆具水眼內(nèi)液面140 m，隨后開始固井施工。

正注施工：管線試壓 20 MPa，5 min 壓力不降合格；注前置液 12 m3，密度 1.65 g/cm3，壓力 12 MPa；注領(lǐng)漿 11 m3，密度 2.2 g/cm3，壓力 11~12 MPa；注尾漿 29 m3，密度 1.90 g/cm3，壓力 8~11 MPa；釋放膠塞、注后置液 5 m3；替漿 112 m3，排量 35 L/s，壓力9~11 MPa。小排量頂替 10 m3，排量 5 L/s，壓力 7~9 MPa。施工完環(huán)空液面 160 m，水眼內(nèi)液面468 m，停泵 10 min 后環(huán)空液面 162 m，水眼內(nèi)液面 512 m，起鉆至 1 019 m 候凝。

反擠施工：通管線，試壓 20 MPa，5 min 壓力不降合格；注前隔離液 13 m3，密度 1.60 g/cm3，注壓0~2 MPa，注 G 級加砂水泥漿 90 m3，平均密度 1.88 g/cm3，壓力 2~11 MPa，車替后置液 1 m3，大泵替漿18.3 m3壓力 6~10 MPa，起鉆，液面位置 660 m。

反擠結(jié)束候凝48 h實(shí)探喇叭口以上塞面位置1 975m，上塞長 25 m，鉆上塞后試壓 8 MPa合格，隨后進(jìn)行尾管回接固井。全井固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率62.21%(聲幅值10%以內(nèi))，合格率98.92%(聲幅值30%以內(nèi))，固井質(zhì)量判定為合格。其中重點(diǎn)關(guān)注井段套管鞋及漏層處固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)，鹽水層處固井質(zhì)量合格，達(dá)到了對漏層及鹽水層的有效封固，為該井下步施工提拱了保障。

4 結(jié)論

(1)針對獅70井這類上漏下溢的井提出了一種新的固井思路，即使用超短稠化時(shí)間的水泥漿體系，在替漿過程中使水泥漿凝固，以達(dá)到封固井底高壓水層，降低水泥漿在候凝期間被井底出水頂至上部漏層的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)對水泥漿稠化時(shí)間極其敏感的井，水泥漿實(shí)驗(yàn)溫度的選取十分關(guān)鍵，實(shí)驗(yàn)溫度系數(shù)需要結(jié)合電測及鄰井溫度綜合選取，同時(shí)進(jìn)行±10 ℃的溫度高低點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，才能保證水泥漿稠化時(shí)間滿足這類井的固井需求。