D66井區固井質量影響因素分析與對策

李偉鋒

（中國石化集團華北石油局井下作業公司，河南 鄭州450042）

1 引言

大牛地氣田D66井區位于陜西省和內蒙古自治區交界處。地層為沙漠、鹼灘和草地，地形相對高差30m左右，海拔一般為1300～1400m，主要含氣目的層為上古生界，埋深在2400～2900m，平均埋深2900m。地層平緩，地層傾角1°左右，年平均氣溫7．2℃。

大牛地氣田自開發以來，D66井區的固井質量一直較為穩定。2011年5、6月間出現了較為明顯的波動，經甲方驗收有5口良好井（D66－182、D66－187、D66－186、D66－197、D66－213）和 2 口 合 格 井（D66－180、D66－189）。從聲幅測井曲線顯示的結果來看，造成固井質量下降的直接原因是發生了氣竄。針對出現的質量問題，通過多次技術分析，從工程、地質和固井幾個方面進行了對比分析，制定了相應的技術措施，在后續固井施工中，取得了較好的效果。

2 影響D66井區固井質量原因分析

2．1 開采井網與氣層影響

隨著D66井區開發、生產規模不斷擴大，造成地下原始壓力體系發生了改變，縱向剖面上形成多壓力層系，層間壓力各異，層內壓力不平衡，水泥漿很難滿足各層壓力需求，極易發生油氣水竄。而且，隨著井網加密、井距縮小和壓裂規模的擴大，相鄰井開采層位壓力傳遞敏感，層間相互干擾嚴重，使得地層中流體相對活躍，在水泥漿凝固過程中很容易侵入井筒，污染水泥漿，破壞水泥環的正常膠結進程，影響膠結質量。

D66－180、D66－182 井 距 D66－120 井 分 別 為754m、479m；D66－187井距D66－28井626m，該井僅盒1層無阻流量就達7．5萬方，臨井D66－115僅太2層無阻流量為45．7萬方。

D66－180、D66－182、D66－197、D66－186、D66－187、D66－213位于盒3段和太2段砂體發育有利區邊緣，厚度大，且都位于一個等值曲線上，氣層多而厚且全烴值高（表1）。D66－180、D66－182、D66－197都集中在D66－120井周圍且距離很近。查閱資料發現D66－120井壓裂加砂量94m3，該井山2氣層產量3．8萬方／天，太2氣層產量4．8萬方／天（全井試采無阻流量為14．8萬方），而以上井發生氣竄的層位就出現在山2和太2層。分析認為：由于井間距小，D66－120井大型壓裂后可能使得地層中流體相對活躍致使影響固井質量。

2．2 井徑不規則的影響

“提速提效”后，部分鉆井隊在上部井段（0～2300m）甚至全井采用性能較差的鉆井液和雙泵大排量打鉆措施，加之目的層井段煤層厚且多，鉆井液沖蝕嚴重，井眼條件差，井徑不規則，形成大肚子和狗腿井眼，導致井眼擴大率較大（如圖1），頂替效率降低而形成竄槽現象，影響了封固質量（如圖2）。

表1 D66－180井氣層表

圖2 D66－180固井質量測井截圖

由D66－180井的綜合曲線可以看出，該井目的層段井徑不規則，目的層段的眼擴大率在6．5%，而氣層段的井眼擴大率16%，按該井水泥漿性能和氣層段的井徑算得紊流臨界排量為50．6L／s，而現場施工實際最大替漿排量則為41．0L／s，未能達到紊流，頂替效率低而導致氣竄。

2．3 套管居中度的影響

流變學和水動力學證明在偏心環空中水泥漿頂替過程極易發生竄槽，窄邊間隙小，液體流動阻力大，流速小，易滯留鉆井液，反之寬邊間隙大，液體流動阻力小，流速高，水泥漿易發生竄槽。因此，套管居中問題直接關系到固井質量的好壞。由于有些鉆井隊為了趕進度、搶時間，簡化下套管的技術要求，扶正器少安裝且安裝不規范、位置不合理或不安裝，特別是在大肚子井眼、狗腿井眼和定向井的造斜段，如不注意扶正器的合理加放，會導致套管的居中度偏低，為固井質量留下隱患。

2．4 頂替效率的影響

2011年3～4月份，在D66井區出現多口井固井漏失問題后，為了防漏，我們對頂替工藝進行了微調：降低了替漿排量和井口大泵替漿壓力，這樣井漏減少了，但致使紊流接觸時間很短或根本達不到設計要求的紊流頂替，造成頂替效率降低而形成竄槽現象，影響了封固質量。

2．5 鉆井液性能的影響

實施降本增效后，各鉆井隊鉆井液性能差異較大，個別井鉆井液失水過大，泥餅厚。同時，在泥餅附近還會形成一個具有很稠的、流動性差的鉆井液區域，使頂替效率下降，而且由于厚泥餅大大減小了套管外的環形流動面積，在注水泥時也能造成堵塞。測井結果表明，鉆井液濾餅較厚的井段水泥膠結均較差。

通井及固井前循環鉆井液時間過短，固井前鉆井液性能調整不到位，為了降低鉆井液粘度直接加水降粘，導致不能消除鉆井液在窄間隙、井壁上的滯留范圍，有效降低泥餅厚度，從而大大降低了頂替效率，影響固井質量。

D66－180、D66－182、D66－213井固井前鉆井液性能見表2。

表2 固井前鉆井液性能對比表

3 采用的技術措施

為了有效地遏制住D66井區固井質量下滑，根據以上分析，針對存在的問題，主要從漿體結構設計、設計優化和現場施工工藝控制等方面入手解決影響D66井區固井質量下滑問題。

3．1 水泥漿的調整

在繼續應用本工區成熟配方的基礎上，進行下列微調：

（1）漿體結構設計：漿體結構依次按照低密度、過渡漿、尾漿逐漸增稠的方式進行調整。每罐低密度水泥必須做六速試驗，現場施工時控制低密度水泥漿的密度和稠度，按照由低到高的順序注入。

（2）調整低密度水泥漿可泵時間在240min以上，控制低密度與尾漿稠化時間差在170～190min左右，初始稠度不大于18Bc。

（3）盡可能縮短尾漿初終凝過渡時間，實現地層流體侵入界面前水泥漿快速膠結，且具有強觸變性。尾漿可泵時間控制在55～65min，稠化時間控制在65～75min，同時提高尾漿稠度，初始稠度控制在20～30Bc之間（表3），同時嚴格控制密度為1．75g／cm3過渡漿的稠化時間。

（4）每次大樣試驗后，化驗室必須計算水泥漿的流性指數及稠度系數（井徑按5%擴大率算），為設計漿體結構提供依據。

（5）加強對混灰站的監控力度，化驗室必須派人與混灰人員一起監督混灰，杜絕不按要求進行混配添加材料和藥品的行為。

3．2 設計優化

（1）由于目前采用的前置液為清水，為避免低密度水泥漿遇水后分層嚴重，將前置液從7．0m3降到6．0m3。

（2）低密度水泥漿控制在1．30～1．35g／cm3之間，并根據稠度確定密度，防止低密度提前稠化影響壓力傳遞。

（3）尾漿的附加量從8%降到5%，其余全部設計成過渡漿，在規范允許的條件下通過適當減少尾漿封固段長來提高壓穩系數。

（4）采用“紊流－塞流”復合頂替模式：井口壓力在11MPa以內采用40～55L／s的紊流排量替漿，尾漿出套管后采用塞流方式頂替；控制注替時間，力爭實現“即時稠化”，即尾漿到位后在最短時間內稠化形成較強的膠凝結構，使自由水和水泥沉降減少到最低程度，減少和防止氣竄發生。

優化后的固井施工設計較以前更合理：適當減少了低密度水泥漿遇水分層的影響，壓穩系數也提高較多，且基本實現了“即時稠化”，增強了抗竄阻力。

3．3 現場控制

（1）駐井期間，技術員要詳細了解井況（漏失、氣侵、坍塌掉塊和其它井內事故等）、設備情況（泥漿泵、循環系統）以及油氣顯示情況，特別是影響井徑的因素；要坐崗觀察前500m套管下放，以及浮鞋、浮箍、扶正器連接、安放，督促現場灌漿，出現異常情況必須在場并做好相關記錄。

（2）套管到位后，以不低于30～35 L／s的排量進行循環，且要打開振動篩，確保井眼清潔。

（3）注低密度水泥漿排量根據設備性能提高到1．3～1．5m3／min，確保前置液經過目的層時能有效沖刷井壁。

（4）在替漿壓力不超過11MPa的前提下，控制紊流排量在40～55L／s，時間在8min以上，不必降低排量，以保證有效沖刷井壁（表4）。

（5）必須確保配漿水、替漿水干凈、足量，替漿罐相對獨立，便于計量。

4 取得的效果

漿體結構優化、設計優化和現場施工工藝控制等技術措施實施后，D66井區固井施工中漏失井明顯減少，固井質量全部優質（表5），且非目的層的封固質量也明顯提高（圖3、圖4）。其他井區如D12井區也根據實際情況對固井措施進行類似調整，調整后的固井質量也全部優質。

表3 水泥漿微調前性能后對比表

表4 調整前后替漿排量及井口壓力控制對比表

表5 調整后部分井固井資料統計

圖3 D66－224井非目的層部分（最上部井口部分）固井質量測井截圖

圖4 是D66－220井非目的層部分固井質量測井截圖

5 結論與建議

（1）合理設計水泥漿柱結構，使水泥漿液柱壓力增大、壓穩系數提高，能防止固井后發生氣竄。

（2）良好的水泥漿性能是保證固井質量的關鍵，微調后的水泥漿體系適合于D66井區固井作業。

（3）采取綜合措施提高頂替效率能大幅度提高封固質量。

（4）及時發現研究問題，迅速采取應變措施，確保了D66井區固井質量優質率100%。

（略）