多級脈沖固井振蕩器在羊三木油田的試驗分析

馬宏州

（中國石油渤海鉆探工程公司第一鉆井分公司，天津 300280）

隨著油田勘探開發(fā)的不斷深入，在新的勘探開發(fā)形勢及低油價大的市場環(huán)境下，大港油田采油六廠為開發(fā)羊三木油田，提高Y1 斷塊儲量控制程度，提高油氣產(chǎn)量，加快油氣開發(fā)速度，對固井質(zhì)量提出了嚴格的要求，固井技術(shù)面臨新的嚴峻挑戰(zhàn)。固井技術(shù)需要從基礎理論、水泥漿體系、固井工具、等方面開展深入持續(xù)的研究工作，進一步提升技術(shù)創(chuàng)新力，解決復雜井固井問題，實現(xiàn)油氣井全生命周期井筒密封，提升固井工程技術(shù)對勘探開發(fā)的服務保障能力。現(xiàn)采用新工藝運用到固井施工中，筆者從以下幾方面闡述了多級脈沖固井振蕩器在羊三木油田Y5-13-2 井的試驗情況。

1 羊三木油田Y1 斷塊地質(zhì)情況

羊三木油田Y1 斷塊所施工井，主要含油層系為明化鎮(zhèn)和館陶組，Y1 斷塊含油面積2.1km3，地質(zhì)儲量739.6 萬t，可采儲量191.4 萬t，采收率25.9%。該斷塊油層大多在垂深1027m、1222 ～1429m，對應測深為1094.59m、1321.50～1612.82m 左右，埋藏淺含油量高，油氣顯示活躍。

2 羊三木油田固井質(zhì)量分析

羊三木油田Y1 斷塊3 號叢式井平臺10 余口生產(chǎn)井，具體固井質(zhì)量見表1。可以看出Y5-12-3 井油層段固井質(zhì)量差，Y5-13-2 井固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)，其余井固井質(zhì)量合格。

表1 該平臺生產(chǎn)井具體固井質(zhì)量統(tǒng)計

Y5-12-3 井 在 垂 深934-936m、988-989m、1058-1060m、1069-1070m 鉆遇氣層，油氣顯示活躍，相對于該平臺其他井該井斜大（最大井斜70°），封固井段長達1821m，施工過程中存在一定的漏失風險。固井期間施工正常，頂替期間未發(fā)生漏失。聲幅結(jié)果如圖1 所示，油層段幅值在50%左右，固井質(zhì)量較差。

圖1 Y5-12-3 井CBL 聲幅圖

原因分析：（1）該井油氣顯示活躍，固井前油氣上竄速度12m/h，設計泥漿密度1.18g/cm3不能夠壓穩(wěn)油層，在候凝期間油水仍然不斷的侵如井筒中，造成水泥膠結(jié)不好，固井質(zhì)量差。（2）該井井斜較大，最大處井斜70°，頂替過程中壓耗大，水泥漿流動性不好，不能夠形成紊流，隔層的有效封隔長度達不到要求，造成固井質(zhì)量差。

3 改進技術(shù)措施

3.1 試驗應用多級脈沖固井振蕩器

脈沖振蕩固井概念：在下套管、注灰、頂替和候凝過程中，采用機械振動、液壓或空氣脈沖、水力沖擊等手段，產(chǎn)生振動和水力沖擊波作用于套管、鉆井液和固井液來提高固井質(zhì)量的一項技術(shù)。實質(zhì)上是一種能量的轉(zhuǎn)換，振動產(chǎn)生波，波可以把能量作用介質(zhì)中，破壞介質(zhì)的顆粒間以及分子間的結(jié)構(gòu)，改變其原有的物理及化學性能，干預一些反應過程（圖2）。

3.2 固井措施改進

（1）調(diào)整鉆井液性能。確保井眼清潔，為順利進行固井作業(yè)做好準備，適當降低鉆井液的粘度、切力，使其利于被水泥漿頂替，可提高頂替效率。

圖2 多級脈沖固井振蕩器

（2）水泥漿密度調(diào)配均勻、平衡注入。通過調(diào)節(jié)水灰比控制水泥漿的密度波動，所配水泥漿性能與設計水泥漿性能存在一定的差異，不利于提高固井質(zhì)量。所配水泥漿密度波動小，性能更接近設計要求，利于提高固井質(zhì)量。按照設計注水泥的排量，在注入過程中壓穩(wěn)地層流體而不壓漏薄弱地層，可防止地層流體環(huán)空竄槽和井漏。平衡注水泥，能夠確保水泥漿的返高、水泥漿的流速流態(tài)，并提高固井質(zhì)量。

（3）提高頂替效率。優(yōu)質(zhì)、完整的水泥環(huán)是獲得優(yōu)質(zhì)固井質(zhì)量和層間封隔效果的重要前提，頂替效率不高，可直接降低水泥環(huán)的層間封隔質(zhì)量。套管居中，合理的頂替流速、流態(tài)，合理的上下、旋轉(zhuǎn)活動套管，振動固井等，均有利于提高頂替效率。

（4）候凝過程中壓穩(wěn)地層。如在候凝過程中不能壓穩(wěn)地層流體，地層流體將侵入環(huán)空，破壞水泥漿柱的完整性，使其無法形成優(yōu)質(zhì)的水泥環(huán)而導致環(huán)空流竄。可通過多種壓穩(wěn)措施如環(huán)空憋壓、多級注水泥、振動固井等，消除始終進而壓穩(wěn)。

4 現(xiàn)場試驗

4.1 試驗井基本情況

Y5-13-2 井為一口二開三段制定向井，完鉆層位：館陶組，完鉆井深1668m。最大井斜角為48.5°，最大井斜處井深為1557.7m，完鉆密度1.18g/cm3。本井在鉆進中油氣顯示活躍，最高全烴值40%，主要成分甲烷含量76.2%以上，固井前油氣上竄速度10m/h（滿足固井前油氣上竄速度＜15m/h 的基本準則）。本井油頂深度886m，油底1635m。

4.2 多級脈沖固井振蕩器的使用工藝

（1）連接方式如圖3，按設計連接：浮鞋+短套管+多級脈沖固井振蕩器+短套管(可接可不接)+浮箍+套管至井口。

圖3 多級脈沖振蕩器連接方式

（2）下鉆過程中套管內(nèi)所灌入的鉆井液含砂小于0.5%，避免鉆井液中有害固相大量沉淀，造成下部多級固井振蕩器內(nèi)部結(jié)構(gòu)砂堵失效。

（3）油層套管管串下到底后，首先使用優(yōu)質(zhì)鉆井液灌滿內(nèi)環(huán)空，再平緩開泵，預計附加壓力1 ～2MPa 可建立循環(huán)，將開泵鉆井液循環(huán)動能轉(zhuǎn)化為柔性脈沖旋流波的能量，不對井壁井眼構(gòu)成額外壓差。

（4）以正常程序固井：循環(huán)→打前置液→固井碰壓→侯凝→聲幅質(zhì)量測井（CBL）→套管內(nèi)試驗→曲線解釋→交井，不改變固井程序和工藝。

4.3 現(xiàn)場試驗

Y5-13-2 井完鉆井深1668m，要求水泥返高800m，封固井段長達868m，施工過程中存在一定的漏失風險。在下套管的管串中加入脈沖振蕩器，連接位置：浮鞋+套管+多級脈沖固井振蕩器+浮箍+套管至井口。

固井期間用水泥車注入領漿17.8m3，水泥漿密度1.65g/cm3,尾漿21.2cm3，水泥漿密度1.9g/cm3,排量為1 ～1.2m3/min。用水泥車壓入壓塞液2m3，排量為0.4 ～0.6m3/min。用大泵替泥漿13m3，排量為2 ～2.1m3/min。用水泥車替清水4.15m3至碰壓，排量為0.4 ～0.6m3/min。膠塞相碰壓力18MPa。

4.4 試驗結(jié)果與分析

根據(jù)CBL 和VDL 值分析（圖4），Y5-13-2 井整體幅值在20%左右，油層井段幅值在10%以內(nèi)水泥膠結(jié)質(zhì)量優(yōu)質(zhì)。

圖4 Y5-13-2 井油層段聲幅圖

成功因素分析：（1）Y5-13-2 井在套管的管串中（浮箍浮鞋之間），加入多級脈沖固井振蕩。由圖4 可以看出越是靠近振蕩器位置水泥膠結(jié)越好，幅值基本在10%以內(nèi)。（2）井壁的質(zhì)量好，固井時頂替效率高，水泥漿在頂替過程中形成有效紊流，固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)。

5 結(jié)語

5.1 脈沖振蕩波對固井影響

（1）固井作用體現(xiàn)在保護套管和層間封固2 方面。

（2）脈沖振動對水泥漿性能影響：①脈沖振動能提高水泥石強度；②振動降低鉆井液粘度提高固井頂替效率；③振動增加界面的膠結(jié)強度；④振動可以縮短水泥漿的候凝時間。

5.2 常見技術(shù)的局限性

（1）波強度和頻率受限：脈沖振蕩固井的實質(zhì)是波能量的傳遞和轉(zhuǎn)化，目前一些措施波頻不寬，波幅不高、衰減快，試驗分析知道一定的頻率對應一定的作用，波的強度達不到能量小也達不到理想效果。

（2）時段局限：有些措施不能覆蓋洗井、替漿、初凝這三個關鍵過程，忽視了洗井和替漿過程對固井質(zhì)量的影響。

（3）一些措施實施工藝煩瑣。部分需要增加設備和工作量，施加的措施影響因素多、效果不確定。