蘇里格氣田提高井筒封固完整性固井工藝研究與實踐

張 偉，余 建，王志剛，唐 力，胡 倩

（川慶鉆探工程有限公司井下作業公司，四川成都 610021）

蘇里格氣田位于長慶靖邊氣田西北側的蘇里格廟地區，區域構造屬于鄂爾多斯盆地陜北斜坡北部中帶。該氣田屬于國際上罕見的“四低”（低滲、低壓、低產、低豐度）氣田，儲層致密且壓力低（石盒子組、山西組埋深在3 300 m左右，地層壓力系數多在0.9左右）、薄而分散[1]。該區塊多采用二開二完井身結構：一開鉆至600 m左右中完，完鉆井深多在3 700 m左右。二開鉆進裸眼段長，且鉆遇多個低壓易漏地層，特別是區塊內多口井二開鉆進時在延長組發生井漏等復雜情況，在固井過程中發生漏失，全井用常規密度水泥漿返高難以保證，難以返出井口，導致上部環空，固井質量不合格，對井筒封固完整性帶來巨大挑戰。該區塊采用單級一次全井段固井，可有效提高套管串的承壓能力，在蘇里格氣田應用效果顯著[2]，為滿足單級一次全井段封固的技術要求，通過分析蘇里格氣田易漏井特點，優選出粉煤灰低密度防漏水泥漿體系，同時采用正注反擠工藝[3-5]。能有效的提高產層固井質量優質率，確保整個井筒封固完整性。

1 主要技術措施

1.1 粉煤灰低密度水泥漿體系優選

低密度水泥漿是降低施工中環空液柱壓力的有效手段。而低密度水泥漿體系必須密度可調，沉降穩定性好，有早期強度等綜合性能，才能達到保護中上部套管，滿足油氣井長期開采的需要。

常用低密度的減輕劑材料有粉煤灰、膨潤土、玻璃微珠等，而粉煤灰是一種具有較高承壓能力的密度減輕材料，因其內部含有大量活性玻璃體而具有潛在的水硬性，配制的漿體穩定性好，水泥石滲透率較低，并且價格便宜，來源廣。考慮到固井成本和材料的廣泛性，綜合考慮后，采用粉煤灰、微硅為主的低密度水泥漿體系[6，7]。

粉煤灰作為減輕材料，廣泛應用于低密度水泥漿固井[8-10]。基于緊密堆積理論，加入微硅，通過干混合組分的不同顆粒尺寸分布，進行合理級配，使水泥漿體系實現良好的孔隙填充，降低水泥漿體系中的充填水和吸附水層，提高單位水泥漿體系中的固相量。同時由于微填顆粒的滾珠效應，粉煤灰達到降低水泥漿密度，微硅的加入實現緊密堆積，保證水泥漿體系具有良好的流變性。同時采用了多元聚合物類的降失水劑，在水泥漿體內部能夠形成多點吸附，從而使水泥漿保持良好的穩定性。低密度水泥漿配方及性能（見表1、表2）。

從表2可以看出，該粉煤灰低密度水泥漿體系具有良好的流動性、無自由水以及較高的48 h強度，有利于注水泥施工安全，也可起到保護、支撐套管的效果。

稠化條件（80 ℃、40 MPa、40 min）。從稠化曲線（見圖1）上可以看出，該粉煤灰低密度水泥漿初始稠度低，曲線平穩，過渡時間短，試驗曲線近直角稠化，有利于防氣竄。同時有利于現場混配及泵注，水泥漿性能滿足施工要求。

1.2 正注反擠工藝

蘇里格氣田鉆遇主要漏失地層為洛河組、延安組和劉家溝組，以劉家溝組地層承壓能力最低（1.20 g/cm3～1.35 g/cm3），在單級一次固井施工過程中很容易發生漏失，從而導致水泥漿返高達不到設計要求，如采用一次性注水泥上返至地面的固井工藝，很有可能在頂替后期再次發生井漏，甚至失返，造成地層漏封。

（1）采用正注反擠施工工藝，正注采用兩凝水泥漿體系（粉煤灰低密度體系加常規水泥漿體系），正注低密度水泥漿返高至漏失井段以下，常規水泥漿返至氣層頂300 m以上。緩凝水泥漿返至明確的主漏層，盡可能避免反擠出現“糖心彈”。正注水泥漿出套管鞋后，實施反計量，密切關注井口返出量以判斷井下漏失情況。

（2）正注完畢后，如發生井漏并液面不在井口，則環空反推一定量鉆井液后立即關井候凝，確保反擠通道暢通。反擠前先反灌鉆井液至井口，并試擠鉆井液求取反擠施工參數，根據井下漏失和試擠情況確定反擠水泥漿量，保證環空水泥漿對接。

表1 粉煤灰低密度水泥漿體系配方Tab.1 Formula of fly ash low density cement slurry system

表2 粉煤灰低密度水泥漿體系性能Tab.2 Performance of fly ash low density cement slurry system

（3）反擠采用常規水泥漿密度1.90 g/cm3。反擠水泥稠化試驗取延長組地層溫度50℃，稠化時間控制在80 min/40Bc～90 min/40Bc。便于在井下發生漏失情況下快速封固住漏層，并盡力對接環空水泥漿。

圖1 低密度水泥漿稠化試驗曲線Fig.1 Low density cement slurry thickening test curve

1.3 沖洗型隔離液的使用

考慮到鉆井液虛泥餅對固井質量的影響，施工前注入優質抗鈣沖洗性能好的輕質泥漿，增加對井壁的沖洗。同時結合實測井徑合理布置隔離液數量，進行動、靜平衡壓穩校核。

1.4 結合工程軟件，科學調整施工參數

（1）對裸眼井段有針對性的安放套管扶正器，結合CEM固井軟件，根據井徑、全角變化率、巖性、產層、通井情況等因素綜合確定快干水泥漿封固井段套管扶正器的安放數量和間距，使套管居中度達到67%以上。從而提高頂替效率，確保固井質量的提高。

（2）合理布置環空漿柱結構，利用軟件模擬，結合鉆井數據，對沖洗液-低密度水泥漿-常規密度水泥漿進入地層后對易漏失層位液柱壓力的變化進行預測，從而確定施工泵注和頂替排量。通過軟件，可以監控沖洗液出套管鞋時壓力的變化是否在正常范圍之內。如異常可適當的降低頂替排量，確保環空的液柱壓力低于漏失地層的壓力。

2 現場試驗

2.1 正注反擠工藝應用

對區塊內采用正注反擠工藝的方案為：設計正注水泥漿頂界在1 500 m左右（延長組），電測實際水泥漿返高在1 200 m左右；設計反擠水泥漿底界在1 500 m左右，電測實際水泥漿底深多在1 000 m～1 200 m，有部分井做到完全對接。現場應用施工井（見表3）。

由表3可以看出，采用正注反擠工藝，整個井筒的封固率都能達到90%以上，而且固井質量合格率都是100%，說明采用此工藝固井能有效的提高整個井筒封固的完整性。

2.2 一次性上返工藝現場應用

在T7區塊內兩口二開鉆進時井下正常，無井漏，現場在這兩口井嘗試一次性注水泥上返至地面的固井工藝。為了降低環空靜液柱壓力，環空漿柱結構采用低密度（1.40 g/cm3～1.45 g/cm3）+常規密度（1.85 g/cm3～1.90 g/cm3）水泥漿組合。其中常規密度水泥漿封固井底至氣層以上500 m，低密度水泥漿封固井口至氣層以上500 m（見表4）。

由表4可以看到一次性上返工藝，在水泥漿返高至易漏地層時也能實現水泥的返高要求，而且低密度水泥漿固井合格率能達到97%以上，有效的保證了井筒的完整性。

表3 正注反擠電測解釋結果Tab.3 Positive injection back-extrusion electrical test interpretation results

表4 一次性上返電測解釋結果Tab.4 Interpretation results of one-time back-return

3 結論

（1）粉煤灰低密度水泥體漿體穩定，能有效的解決水泥漿返高，且固井質量合格率能達到90%以上。

（2）正注反擠工藝能有效的對接漏失地層，保證整個井筒封固的完整性。

（3）在優化漿柱結構的同時，采用一次性上返施工工藝，能保證水泥漿的返出地面，確保整個井筒都有水泥石，而且固井質量能得到提高。該施工工藝成為此區塊固井施工工藝的優選。