元壩氣田高壓氣井?193.7mm尾管固井技術難點及對策

喬領良，莊成宏

（1.四川省德陽新場氣田開發(fā)有限責任公司，四川德陽618000；2.中國石化西南石油工程有限公司固井分公司，四川德陽618000）

元壩氣田高壓氣井?193.7mm尾管固井技術難點及對策

喬領良*1，莊成宏2

（1.四川省德陽新場氣田開發(fā)有限責任公司，四川德陽618000；2.中國石化西南石油工程有限公司固井分公司，四川德陽618000）

元壩氣田是典型的高含硫、高壓、高產的“三高”氣田，由于工程地質條件十分復雜，使固井面臨著易漏、易垮塌、超高溫、超深、超高壓鹽水層、氣層等諸多世界級難題。經過工程技術人員的總結分析和研究，通過優(yōu)化鉆井技術、鉆井液技術提高了井眼質量的基礎上，利用帶有頂部封隔器的尾管懸掛器等先進的井下特殊工具，優(yōu)選了扶正器及安放位置，結合應用先導漿除油劑優(yōu)選水泥漿體系強化固井技術措施等綜合應用，保證了防氣竄固井效果。在后期壓裂測試和投產的工作中，充分驗證了固井質量能夠滿足作業(yè)要求，保證了含硫氣田開發(fā)的安全。

元壩氣田；超深氣井；固井質量；難點；對策

元壩氣田位于四川盆地東北部的廣元市蒼溪縣、閬中市及巴中市境內，是目前世界上開發(fā)最深的海相酸性氣田，氣田開發(fā)以超深水平井、超深大斜度定向井為主，平均垂深6600～6900m，完鉆斜深達7500～8000m。鉆井過程中經常遇到井漏、高壓氣層、蠕動性鹽膏層，井底溫度高達160℃；氣層含H2S和CO2。氣層顯示活躍，固井后，易發(fā)生環(huán)空竄氣等問題，給固井帶來很大挑戰(zhàn)。?193.7mm尾管固井封固嘉陵江組鹽膏層和飛仙關的氣層是固井作業(yè)的主要目標。通過元壩氣田一期固井施工的實踐，在元壩氣田滾動建產的第二輪井的固井施工中采取了一系列有效的工藝措施，提高了固井質量，基本消除了環(huán)空竄氣的隱患，保障了氣田的有效開發(fā)。

1　元壩氣田?193.7mm尾管固井技術難點

元壩氣田四開?241.5mm井眼?193.7mm尾管固井，由于各種因素，給保證固井質量提出了世界性難題。

1.1井深、封固段長，井眼間隙小

四開241.3mm井眼以封固海相地層為主，封固段5000～6900m，裸眼段長1800～1900m，且斜井段長600m左右，井斜最大74°，下入復合套管一般為?193.7mm+?203.1mm套管組合或?193.7mm+?206.4mm套管組合，由于井深、裸眼段長、井斜角大等，保證固井質量難度大。

1.2氣層活躍，地層壓力高

四開鉆遇嘉陵江組、飛仙關組，嘉陵江組二段將鉆遇高壓水層，飛仙關二段將鉆遇高壓氣層，地層壓力也將達到2.0以上，這些將為固井施工提出更高的要求。

1.3壓力系統(tǒng)復雜，安全窗口窄

由于壓力系統(tǒng)復雜，氣層活躍，在壓井的過程中常常會出現井漏，嚴重時出現失返性漏失，給固井施工增加了難度。

1.4大斜度段套管居中度低

元壩氣田四開井斜都大于50°，大斜度井和水平井起下鉆阻力大，套管下入困難。同時厚壁無節(jié)箍套管無法加入扶正器，尾管易貼邊造成粘卡，同時套管下入后厚壁無節(jié)箍套管完全貼邊，頂替效率難以提高。

1.5鉆井液性能含油量高

元壩氣田井底循環(huán)溫度高，普遍在120℃以上，四開鉆井液密度最高2.0g/cm3以上。鉆井液含油或油基潤滑劑高，一般都在4%～6%左右，要徹底消除油膜對固井膠結的影響有一定的難度。

2　元壩氣田?193.7mm尾管固井技術對策

2.1強化固井工藝措施

2.1.1循序漸近增加通井鉆具的剛性

通井鉆具組合和通井措施決定了下套管前的井眼條件。為此制定了循序漸近增加通井鉆具剛性的通井工藝措施，最終通井鉆具的剛性不低于套管柱剛性，確保套管下到位。

2.1.2井眼清洗

為使下套管過程保持井眼穩(wěn)定，鉆井液性能不做大的變動。套管到位后，要充分循環(huán)，排量達到1.2m3/min，確保井底的干凈清潔。

2.1.3井眼平穩(wěn)

對井眼準備特別是地層承壓能力提出明確要求，以保證固井施工中不出現漏失情況，同時，井內泥漿密度必須能壓穩(wěn)地層。

2.1.4優(yōu)化施工參數

合理設計施工排量和泵壓，保證環(huán)空流體返速，提高頂替效率。

2.2優(yōu)化前置液

前置液體系采用：先導漿（加入2%的除油劑）+加重隔離液+沖洗液組合。四開完鉆泥漿中的含油量往往在5%以上，甚至達到10%左右。單純依靠加重隔離液和沖洗液很難清洗干凈井壁和套管壁上的油膜，因此設計了40m3左右的先導漿，并加入2%的高效除油劑，其具有很好的除油效果。

加重隔離液設計15m3左右，密度介于泥漿和水泥漿之間，也加入乳化劑，再次對井壁和套管壁油膜進行清洗。沖洗液設計6m3左右，以清洗井壁的泥皮，并提高水泥漿的頂替效率。

2.3優(yōu)化水泥漿體系

2.3.1膠乳防氣竄水泥漿技術

目前國內外防氣竄效果最好的防氣竄劑是膠乳，如丁苯膠乳、苯丙膠乳等。當應用膠乳水泥漿封閉氣層時，隨著水泥水化反應的進行，環(huán)繞水泥顆粒的水被消耗，膠乳局部體積分數升高，產生顆粒聚集，形成空間網絡狀非滲透薄膜，完全填充水泥顆粒間的空隙，避免環(huán)空竄流發(fā)生。同時，由于膠乳的添加，其逐漸形成的空間網狀結構提高了水泥石的密實性，能夠網絡和緊密連接水泥石的各組分，使水泥石整體性提高，從而減少了腐蝕的淋濾作用，防腐蝕效果較常規(guī)水泥漿有了較大的提高。表1為采用膠乳水泥漿固井情況和質量評價結果。

2.3.2彈塑性膠粒水泥漿技術

表1　油層尾管膠乳使用情況

氣井井口帶壓與水泥環(huán)完整性有很大關系，提高水泥石的彈塑性可以提高水泥石的抗沖擊能力和變形能力，減少微環(huán)隙的產生，對自身由于水化干縮產生的裂紋也具有一定的抵抗作用。在元壩10-1H井和元壩204-2井193.7mm尾管固井時使用了彈塑性膠粒防竄水泥漿體系，該體系的水泥石具有彈性、應力應變超過5%，水泥石彈性形變大于套管在井下受力范圍內產生形變，能有效防止固井后期開采產生微間隙引起環(huán)空帶壓。表2為元壩204-2井193.7mm尾管固井彈塑性水泥漿實驗結果與分析

表2　水泥漿常規(guī)性能

從表2實驗數據可以看出，彈塑劑的加入使水泥漿的流動度略有減小，沉降穩(wěn)定性提高，稠化時間可調。水泥漿的施工性能基本不受影響，且與其它外加劑有良好的配伍性。表3為SFP水泥石的彈性模量與常規(guī)水泥石的對比。由表3中可以看出，加有SFP的水泥石彈性模量比常規(guī)水泥石有大幅度降低，降低幅度超過80%。

對不同密度的水泥漿配方在90℃養(yǎng)護成水泥石，分別測試其抗壓強度、抗折強度和抗沖擊韌性。實驗結果見表4。

由表4可以看出，彈塑劑的加入，水泥石抗壓強度有一定降低，但降低幅度不大，水泥石抗折強度和抗沖擊韌性有提高。

室內對凝固后的水泥石進行三軸力學性能測試，試驗條件為三軸應力（圍壓30MPa，溫度90℃），測試得三軸圍壓下的抗壓強度、彈性模量和泊松比值。測試結果如表5所示。

由測試結果可知，在實驗條件下，加入彈塑劑的水泥石應變值比原漿水泥石高4～5倍，同時應力值增大17.4 MPa，彈性模量降低2倍。在套管變形范圍內該水泥石能保持完整，從而提高固井質量。

表3　加SFP的水泥石彈性模量與普通水泥石對比

表4　水泥石力學性能

表5　X井淡水體系水泥石三軸應力測試結果

2.4“預應力”固井技術的應用

為保證防氣竄效果，元壩氣田?193.7mm尾管固井成功應用了帶有頂部封隔器的尾管懸掛器，通過對前期應用后固井質量的分析，充分應用頂封坐封后與回壓凡爾共同作用可以使裸眼形成一個密閉環(huán)空的有利條件，實施了“預應力”固井技術。具體操作是：在固井替漿碰壓前，預留1～2m3左右鉆井液停止頂替，進行頂部封隔器坐封，然后用水泥車小排量緩慢替漿，控制壓力達到固井設計中的憋壓壓力后停止替漿，從而實現環(huán)空加壓，彌補水泥漿失重的壓力損失。通過后期多口井的應用，不但提高了防氣竄效果，也使固井質量達到優(yōu)良，有效提高了固井質量。

3　應用效果

元壩氣田通過固井技術方案的不斷優(yōu)化，采用了優(yōu)化前置液、水泥漿體系、預應力固井技術等，在第二期的8口開發(fā)井固井中，固井質量合格率為100%，優(yōu)良率為100%，優(yōu)質率達到50%，效果相當明顯，且有效地解決了井口環(huán)空竄氣問題，保證了后期酸壓測試和投產。8口井四開193.7mm尾管固井質量具體情況見表6。

4　結論

（1）元壩氣田地質條件復雜，高溫、高壓、高產、超深、封固段長、間隙小及復雜壓力體系，氣層活躍，固井難度大。

（2）通過不斷摸索和改進，對前置液、水泥漿體系進行優(yōu)化以及采用“預應力”固井技術等，能夠提高固井質量并有效地解決防氣竄問題。

（3）對元壩氣田超深含硫氣井固井技術通過進一步總結分析和完善，將會在今后類似氣田的開發(fā)建設中推廣應用。

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表6　元壩二期井四開?193.7mm尾管固井質量統(tǒng)計

TE925

A

1004-5716（2016）04-0049-04

2015-12-31

2016-01-04

喬領良（1963-），男（漢族），陜西戶縣人，高級工程師，現從事石油天然氣鉆井工程技術、生產與監(jiān)督管理工作。