克深243井鹽膏層大尺寸套管固井技術

劉方義，高飛，李若華，張小建，田寶振，姚泊汗，韓自立

（1.渤海鉆探工程公司第一固井分公司，河北任丘 062552；2.渤海鉆探工程公司井下作業分公司，河北任丘 062552；3.渤海鉆探工程公司國際鉆采物資供應分公司，天津 300457）

克深243井是部署在新疆拜城縣的一口評價井，南西距拜城縣約29 km，三開鉆進至庫姆格列木群鹽巖段中途完鉆，進行雙級固井封固裸眼，井深為5532m，井底靜止溫度為127.6℃，壓力為132mPa。二開固井結束后，水基鉆井液更換為油基鉆井液，鉆井液密度由1.79g/cm3上提至2.30g/cm3。 在鉆穿二開浮鞋時發生井漏，經注堵漏漿堵漏成功，鉆進正常后進行地層破裂壓力實驗，井深為3425m，鉆井液密度為2.30g/cm3，加壓5mPa未破，當量密度為2.45g/cm3。三開鉆進期間鉆井液密度逐漸提至2.43g/cm3，下套管前采用“1+1+1”三扶鉆具組合下鉆通井，然后下入φ273.05mm+φ293.45mm套管進行雙級固井，為下步鉆進創造條件。固井前循環逐漸提排量至0.7m3/min，立管壓力為14mPa，發生井漏，停泵后地層回吐。通過前期井眼準備、漿體優化、優選合理施工方案等措施，保證了一、二級施工的順利完成，最終本次施工固井質量合格，滿足下步作業要求。

1 固井技術難點及應對措施

克深243井三開完鉆井深5532m，下入φ273.05mm+φ293.45mm套管，屬大尺寸大噸位深井鹽層固井，主要存在以下技術難點：①地層安全壓力窗口窄，地層承壓能力低，在發生井漏后地層有回吐特性，影響施工安全及固井質量；②鹽膏層蠕變，下套管時間長，井底鉆井液靜止時間較長，對井眼質量和鉆井液抗老化性能要求極高；③地層溫度和壓力高，電測井底靜止溫度為127.6℃，壓力為132mPa，屬于高溫高壓固井；④水泥漿密度、性能要求高，水泥漿密度為2.50g/cm3；⑤完鉆時鉆井液密度為2.43g/cm3，水泥漿與鉆井液密度差小，頂替效率差，易竄槽，影響固井質量。

針對以上難點提出了如下的應對措施：①下套管期間控制套管下放速度，下至上層管鞋附近時頂通循環不低于1個環空容積，套管下至設計井深后小排量頂通，逐漸提高循環排量；②采用“1+1+1”三扶鉆具組合通井處理井眼，保證通井鉆具與入井套管串剛度比大于1，調整鉆井液性能，進行鉆井液老化性能實驗測定，為下套管固井施工創造良好條件；③優選抗高溫水泥漿，保證水泥漿在高溫高壓下的性能；④由以前濕混加入微錳、干混加入GM-1加重劑保證高密度水泥漿性能，改進為微錳與GM-1加重劑共同干混，更有利于水泥漿的流動性和穩定性，避免濕混微錳導致配漿水密度不均勻，無法保證現場水泥漿密度；⑤采用沖洗型隔離液，充分隔離沖洗鉆井液與水泥漿，保證隔離液、水泥漿有較好的流變性，提高頂替效率。

2 下套管前的井眼準備

克深243井三開完鉆井深為5532m，裸眼段長為2113m，下入φ273.05mm+φ293.45mm套管，套管浮重442 t，且下部φ293.45mm套管為無節箍套管，下套管長達60 h，對井眼和鉆井液質量要求較高。為使套管能夠順利下至設計井深，采用了三扶鉆具組合進行通井，經計算三扶鉆具與套管串剛度比[1]為1.3，保證套管順利下至預定位置。為保證高溫長時間下的鉆井液性能，采用抗高溫鉆井液體系，并通過老化實驗，確保鉆井液性能滿足現場施工需求。

3 高密度抗鹽水泥漿體系研究

該井使用油基鉆井液鉆進，三開完鉆電測井底靜止溫度為127.6℃，實驗壓力為130mPa。通過以往高密度水泥漿研究[2-4]及現場施工綜合分析，為保證本次施工安全及固井質量，水泥漿需具備流動性、穩定性好，易頂替，具有防竄抗鹽溶效果等，為此進行了周密設計[5]。

①復配使用GM-1加重劑和超細微錳（Micromax），以干混方式提高水泥漿密度，配漿水內不再加入加重劑材料，避免了配漿水因放置時間久，里面的加重劑沉淀，密度不均勻，導致的現場水泥漿密度不均勻，不能滿足設計要求，各種水泥漿性能與實驗室差別較大等情況，在一定程度上保證了施工安全及固井質量；②在干混材料中加入硅粉和微硅，增強漿體穩定性，提高水泥石的高溫強度，同時利用顆粒級配原理進行緊密堆積設計，保證水泥石滲透率；③在干灰中加入防氣竄劑Flok-2，配漿水中加入液硅防氣竄劑Flok-6，2種防氣竄劑雙重抑制油氣水侵入，提高水泥漿的防竄能力，保證水泥石的完整性；④在配漿水中加入抗鹽降失水劑、緩凝劑和分散劑，同時加入工業鹽，提高水泥漿的耐鹽穩定性；⑤在配漿水中復配加入具有緩凝效果的高溫降失水劑和低溫降失水劑，降低緩凝劑的加量，避免大溫差下頂部水泥漿出現超緩凝；⑥一級固井水泥漿分領漿和尾漿，領漿具有較長稠化時間，保證分級箍開孔正常，尾漿強度發展快，能夠較快封固下部裸眼環空，確保井下安全。

3.1 防氣竄劑

為防止油氣水竄，同時加入防氣竄劑Flok-2和液硅防氣竄劑Flok-6，提高水泥漿的防竄能力。水泥漿配方如下，性能見表1。

1#（基礎配方） 阿克蘇G級水泥+GM-1加重劑+微錳+硅粉+微硅+抗鹽降失水劑HX-12L+降失水劑HX-11L+減阻劑HX-21L+緩凝劑FS-33L+消泡劑DF-A+工業鹽+淡水

2#1#+防氣竄劑Flok-2

3#2#+防氣竄劑Flok-6

表1 加入防氣竄劑前后水泥漿性能對比

納米液硅中硅粒子粒徑為200 nm左右，納米液硅中的固相顆粒可以填充于水泥顆粒之間，降低水泥漿流動度，提高水泥膠凝強度增長速率，防竄性能SPN值降低49%（對比于不加防氣竄劑的1#配方），起到了較好的防氣竄效果，同時能束縛水泥漿中的間隙水，降低游離水；加入該防氣竄劑的水泥石致密，滲透率低，水泥漿沉降穩定性好。

3.2 水泥漿性能

通過干混超細微錳和GM-1這2種加重材料、濕混2種降失水劑交叉使用，保證了超高密度水泥漿的流變性、穩定性及強度發展，現場一級水泥漿性能見表2和表3。由表2可以看出，水泥漿常規性能好，失水量小于50mL，不沉降、無游離液，上下密度差不大于0.03g/cm3，稠化時間可調，SPN值小于3，防氣竄效果好，綜合性能好，能滿足鹽膏層固井要求。由表3可以看出，水泥漿在常溫下同樣具有較好的流變性，現場水泥漿密度易操控；領、尾漿在常溫和高溫下存在流變梯度，有利于提高頂替效率。

表2 高密度抗鹽水泥漿常規性能

表3 常溫和實驗溫度106℃下水泥漿流變性

一級固井領漿水泥漿和尾漿水泥漿分別在環空上界面溫度下的靜膠凝實驗，見圖1和圖2。

圖1 領漿上界面溫度靜膠凝曲線

圖2 尾漿上界面溫度靜膠凝曲線

一級尾漿水泥漿在8.8 h后開始起強度，24 h后靜膠凝強度達到17mPa；一級領漿水泥漿在52.5 h后開始起強度，82 h后靜膠凝強度達到11.5 MPa，符合設計及井下要求，從而驗證了高溫降失水劑和低溫降失水劑復配的可行性。

3.3 沖洗型隔離液

高密度隔離液[6-7]在油基鉆井液固井中至關重要，需具有較好的流變性、穩定性，與油基鉆井液和水泥漿有較好的相容性，并可改善套管壁和井壁的親水能力，提高兩界面的膠結質量。該井隔離液配方為普通鐵礦粉+超細微錳+沖洗劑OCW-1L+工業鹽+減阻劑HX-21L+隔離劑O-SP+消泡劑DF-A+淡水。設計密度為2.45g/cm3前隔離液14m3，占環空高度500m，接觸時間7min，充分避免水泥漿與鉆井液接觸，其中沖洗劑OCW-1L起到“潤濕反轉”效果。

常溫及高溫106℃下隔離液性能見表4。

表4 常溫及高溫106℃下隔離液性能參數

該沖洗型隔離液具有較好的流變性，有利于沖刷井壁并驅替鉆井液；密度與流變性基本介于水泥漿與鉆井液密度之間，形成流變梯度，提高頂替效率。

隔離液穩定性實驗結果：上部、中部、下部密度差小于0.03g/cm3，說明漿體經106℃×130mPa后無沉降分層，漿體穩定性良好。

4 雙級固井對于先漏后吐的現場處置

該井施工在固井前循環發生井漏，停泵后地層回吐[8-11]，分析主要存在以下風險：①水泥漿漏入地層后，回吐至環空的流體將是水泥漿的混漿，嚴重影響固井質量；②若漏層處含有鹽水，水泥漿與地層鹽水接觸，水泥漿存在“閃凝”風險，導致環空憋堵或分級箍孔道堵塞；③若漏層處含有鹽水，鹽水進入環空后將導致液柱壓力下降，進而引起井控風險。綜合考慮井下情況，為保證施工安全，提高固井質量，確定以下施工措施：一級固井期間鉆井液全程通過節流管匯返出，環空處于關閉狀態，通過調節節流閥控制出口鉆井液流量，嚴格監控出口返出及施工泵壓，達到抑制地層回吐目的；投重力彈期間，環空關閉，避免地層回吐造成分級箍附近出現水泥漿與鉆井液的混漿，保證分級箍開孔正常；開孔循環時，通過控制節流閥，達到不溢不漏狀態下排放混漿；一級固井候凝結束，套管坐掛，循環發生井漏，先投關孔塞進行分級箍關孔，通過環空反擠水泥施工，確保二級固井質量。

5 現場施工

克深243井三開使用φ273.05mm+φ293.45mm復合套管，下至井深5532m，下套管前對鹽膏層進行測蠕變實驗，達到90 h后采用三扶鉆具組合通井，經驗證井眼正常無明顯掛卡，并對鉆井液進行高溫老化實驗，高溫老化前后鉆井液性能無明顯差異，滿足下套管條件。固井前鉆井液密度為2.43g/cm3，黏度為95 s，開泵循環，逐漸提排量至0.7m3/min，立管壓力為14mPa，發生井漏，停泵后地層回吐，上提至固井施工排量為35 L/s，漏速約為循環排量的50%，關閉封井器，打開節流管匯。一級固井管匯試壓30mPa，注入14m3密度為2.45g/cm3前置沖洗型隔離液，注入16m3領漿、 29m3尾漿，水泥漿最高密度為2.51g/cm3，最低密度為2.49g/cm3，平均密度為2.50g/cm3，替密度為2.43g/cm3鉆井液至248m3，碰壓，壓力由15mPa升至20mPa，泄壓無回流。投重力塞，到達分級箍后打壓至15mPa開孔，出口返出，循環排放混漿。候凝，套管座掛，循環提排量至25 L/s，井下發生漏失，投二級關孔塞，到達分級箍后打壓至22mPa，分級箍關孔成功，自套管頭旁通接管線進行固井施工。二級固井管線試壓25mPa，注入9m3密度為2.45g/cm3的前置沖洗型隔離液，注入150m3水泥漿，最高密度為2.52g/cm3，最低密度為2.49g/cm3，平均密度為2.50g/cm3，替入2m3密度為1.01g/cm3清水，關閉套管頭旁通閘門，候凝。一、二級固井施工連續正常，選用的抗鹽高密度水泥漿和隔離液，入井密度均勻，漿體穩定性和流動性好，現場易混配操作。固井結束后候凝72 h，鉆水泥塞，電測聲幅，通過CBL解釋，固井質量合格率為100%，優質率為28.3%。

6 結果與討論

1.采用三扶鉆具組合進行通井，通井鉆具與套管剛度比為1.3，φ273.05mm+φ293.45mm復合套管下入過程中未有明顯遇阻顯示，順利下至設計井深。

2.該次施工水泥漿中加重材料均干混，現場配漿水內不含加重劑材料，放置72 h以上密度無差異，現場混配水泥漿流動性較好，入井水泥漿密度均勻，符合設計要求；2種防氣竄劑雙重抑制油氣水侵入，提高水泥漿的防竄能力；高溫降失水劑和低溫降失水劑復配使用，降低緩凝劑的加量，避免大溫差下頂部水泥漿出現超緩凝。

3.鹽膏層雙級固井，在井下先漏后吐情況下，一級固井及開孔循環期間原則上在減少漏失量的情況下抑制地層回吐，二級固井在井下漏失情況下通過環空反擠完成，保障了井筒完整性。本次固井施工順利完成，固井質量合格。