塔里木油田水平井固井技術與應用研究

摘要：水平井固井質量的影響因素包括很多方面，主要包括：井身質量的影響、鉆井液性能不達標、水泥漿和前置液指標不符合要求、固井施工不連續、下套管困難、套管難以居中、水泥漿頂替率低等。在實際的固井質量控制過程中，要保證水平井自身的井身質量，強化水平井鉆井液管理，選用合適的套管扶正器，優化管串結構，保證套管居中，提高頂替效率，這樣才能夠保證水平井固井質量。

關鍵詞：水平井固井；質量控制；井身質量；套管扶正器；管串結構

地層裂縫發育的低承壓特點、地層的高孔滲造成水泥漿在候凝期間發生滲漏，無法有效的油水層間封隔，水平段長套管不易下到位等影響固井質量；因此，重點是強化井眼準備、優化管串結構、采用漂浮理論，同時對固井尾漿提出了“高初稠、快觸變、短附加”的漿體技術要求。盡力減少水泥漿候凝期間的滲漏，有效地提高了該地區水平井固井質量。經過5井次的施工結果表明：對主力產層的固井質量優質率從原來的28%提高到了66.5%。文中的方法更適應塔里木油田碎屑巖地層固井，且簡單實用。

1固井難點

1.1地層壓力系數低，易漏失

薄砂層油藏原始地層壓力53.54～54.02MPa，埋藏深度5000m左右，壓力系數1.09～1.1，相應的產層鉆進過程中，鉆井液密度一般為1.22～1.28g/cm3之間。

1.2儲層孔滲相對較高，地層易發生滲漏

志留—泥盆系儲層平均滲透率266.15×10-3μm2。石炭系儲層滲透率主要分布于（2.58～71）×10-3μm2，下石炭系砂巖儲層孔隙度主要分布于4%～19.2%，滲透率主要分布于（6～163）×10-3μm2。白堊—第三系儲層平均孔隙度12.2%，平均滲透率71.76×10-3μm2，為中孔、中滲的較好儲層。已有研究表明在候凝過程中，水泥漿在儲層中易發生滲漏導致二界面膠結弱化，儲層段封固質量降低，孔滲較高的地方固井質量較差。

1.3水泥漿性能不完善

目前在研究區油層的單級固井，比較成熟的方案為高低密度水泥漿組合使用，用低密度領漿封固上部重合段和斜井段，常規密度尾漿封固下部水平段。常用水泥漿體系為LD、GT、BX。水泥漿基本性能滿足固井施工要求，但尾漿初稠低（10～20BC），滲漏阻力小；尾漿稠化時間過長，滲漏時間長，水泥漿在儲層中的滲漏導致二界面膠結弱化，儲層段封固質量降低。

1.4水平段長，固井質量差

該地區水平段的長度一般在800m左右，水平段較長。固井質量不易保證的原因，一是由于套管自身重量導致套管“躺”在井眼里面，套管偏心，居中度不高；二是水泥漿在運移過程中，趨于在流動阻力小的上部流動，套管與地層緊密接觸的下部則流速較慢，出現所謂的分層現象，頂替效率不高。

2技術措施

基于以上難點，施工現場采取了一些技術措施，對解決這些問題有較好的效果，同時，作者也提出了自己的一些設想和建議。

2.1強化井眼準備

調整泥漿性能，泥漿屈服值過高，不易于頂替，增加漏失風險，其它條件不變，通過軟件模擬，鉆井液的切力由10Pa降低至4Pa，循環摩阻當量密度可降低0.02～0.04g/cm3，且循環驅替效率由60%提高到98%，下在套管前，調整鉆井液以降低摩阻和防鉆屑沉降為目的；注水泥施工前鉆井液以改善流動性為主，在保證壓穩地層和井壁穩定性的前提下，降低泥漿的密度、粘度和切力等性能，提高其流動性。

2.2優選水泥漿體系

根據地層滲透性強的特性，改進的重點是：在肯定前期技術工作的基礎上，為防止由于候凝期間滲漏引起的固井質量差，采用“靜止堵漏”的原理，總體上傾向于提高水泥漿尾漿的塑性粘度和屈服值，同時縮短尾漿稠化時間，也容易實現壁面剪應力固井工藝。提高水泥漿尾漿初稠，增強體系的觸變性，尤其是高溫下的觸變性，增大漿體對地層的滲流阻力，水泥漿泵送到位靜置后膠凝強度發展迅速，提高了水泥漿內部應對地層流體竄的結構阻力。同時，靜膠凝強度過渡時間較短，極大降低了形成竄流通道的風險。最大程度上達到防止氣體或其它流體侵擾、竄流、形成竄流通道的目的。另一方面縮短施工附加時間，減少候凝期間水泥漿滲漏時間。

通常情況下，水泥漿體經過高溫養護后表現出高溫稀釋的性能，但從表3中試驗數據可以看出，BX水泥漿體系經過高溫養護后，K值增大，n值降低，表現出高溫增稠的現象，而LD、GT水泥漿體系均表現為高溫稀釋，同時，BX水泥漿體的觸變性經過高溫養護后得到加強，初、終切力差值由常溫的9.2Pa增長到高溫下的16.4Pa，增長了78%。并且高溫下觸變性的發展也較為迅速，5min的終切已經達到10min的終切的92%。同時，通過SPN值法進一步考察3種水泥漿體系的防竄能力，BX水泥漿體系高溫增稠的性能、高溫下觸變性快速發育的能力更適合于滲漏地層的“靜止堵漏”作業；較短的靜膠凝強度過渡時間及較低的SPN值說明其防竄能力更強，更適合于地層流體復雜的固井施工作業。從漿體性能來看，BX水泥漿體系通過降失水劑控制20～30BC的初始稠度，較強的觸變性及較好的防氣竄性能更適用于碎屑巖固井。

2.3改進固井工藝

堅持大排量施工。采用紊流頂替的原則，提高施工排量，特別是頂替排量，原則上要求環空返速不低于1.2m/s。采用“漂浮固井”的原理。在替漿過程中水平段替清水，加大水平套管內外的密度差，使其“漂在”水泥漿中。根據相關理論研究計算結果，在水平井段套管外環空為1.90g/cm3的水泥漿的情況下，套管內充滿1.00g/cm3的清水比套管內充滿1.90g/cm3泥漿，其有效重量會減少50%左右，而產生一個使套管串向上的漂浮趨勢，但在實際上這個漂浮力還同時取決于套管串的剛度和井眼軌跡情況。采用預應力固井技術。提高替漿結束以后套管內外的壓差，在水泥漿凝固之前，給套管一個向內擠壓的力，使其產生微變形。待水泥漿失重以后，隨著環空擠壓力的降低，套管慢慢膨脹，剛好彌補水泥石形成過程中的體積收縮，最大限度地減小套管與水泥環之間的間隙。考慮到設備的承受能力，套管內外壓差控制在10MPa較為合適。

2.4優化套管管串

在管串的最下端排一根2m左右的短套管，在短套管上安放一只旋流剛性扶正器，使整個管柱始終處于一種“抬頭”的狀態，減小管串尖端遇臺階阻卡的情況。優選帶有導流槽的螺旋大倒角剛性扶正器，其目的一是提高套管在井眼中的居中度，二是改變環空流體流態，提高水泥漿的驅替效率，同時，還能有效降低接箍遇阻卡的幾率，幫助套管順利下入。水平段每1根套管加放一只旋流扶正器，大斜度段每2根套管加放一只旋流扶正器，其它井段每3～5根套管加放一只旋流扶正器。

3現場應用

通過改善井筒條件，降低泥漿的粘切，采用漂浮理論工藝，同時優選BX水泥漿體系，固井質量優質率大幅度提高。通過對BX體系下的5井次長封固水平井固井質量進行統計，全井固井質量平均合格率70.2%，平均優質率49.3%；目的層固井質量平均合格率83.2%，平均優質率為66.5%。

4結論

（1）改善井筒條件，降低泥漿粘切，減小泥漿觸變性，采取優化管串、“漂浮”理論、提高施工排量有助于提高固井頂替效率，提高固井質量；

（2）BX水泥漿體系，其水泥漿的高初稠、較強的觸變性及防竄性能能夠更好地適應研究區地層的高孔滲特性，阻止水泥漿在候凝期間的滲漏，減少對水泥漿的污染，提升層間封隔，從而提高該地區水平井固井質量。

參考文獻

[1]董大秋.水平井固井質量的影響因素及提升措施探討[J].西部探礦工程，2018（4）.

作者簡介：劉百春，身份證號碼：652801197406016112，男，高級工程師，現就職于塔里木油田公司油氣工程研究院。

（作者單位：塔里木油田公司油氣工程研究院）