提高致密氣小井眼井固井質量技術研究

賈 佳

(中海油能源發展股份有限公司 工程技術分公司，天津 塘沽 300452)

中海油山西致密氣區塊沉積條件復雜，具有儲層非均質性強、連續性差、具有低孔、低溫、低滲，低壓、自然產能低或基本無產能的特點[1-2]。目前使用的小井眼井身結構為Ф215.9 mm井眼×Ф177.8 mm套管+Ф155.6 mm井眼×Ф114.3 mm套管，在固井過程中，存在固井井漏、固井質量不合格的問題，由于目前致密氣處于大開發階段，小井眼井數量逐漸增多，有必要開展針對性研究，以提高小井眼井固井質量，加快致密氣開發進程。

1 存在的問題

1.1 固井漏失

致密氣區塊多口小井眼井在進行二開固井作業時，發生漏失(見表1)，井口失返；為了提高固井質量，部分井進行擠水泥作業，但效果不理想，檢測發現，都未達到有效封固。

表1 已鉆小井眼井二開固井發生漏失

1.2 固井質量差

現場作業時，多口井的固井質量不合格(見表2)，部分井水泥未返至地面，部分井固井質量間斷不合格，部分井全井段顯示多段不同程度膠結質量不好。

2 問題分析與解決措施

2.1 環空間隙小，井底ECD值高

小井眼井井徑為155.6 mm，生產套管外徑為114 mm，環空間隙較小，摩阻大，固井動態當量密度高，導致下部地層尤其是煤系地層，極易出現漏失；在注泥漿過程中，環空返速達到1.7 m/s，同時固井水泥漿失水較大，泥餅不斷被沖刷掉落，形成環空憋壓壓漏地層[3-4]。神府地區下石盒子、劉家溝屬于易漏地層，固井中上部直接壓裂地層，泥漿無法正常循環，井口失返，形成長距離套管自由段；下部地層壓力高，形成局部地層漏失，失水過大，導致部分井段膠結質量差。

表2 固井質量不合格井統計

解決措施：優化調整井身結構，開展井身結構優化研究，將原小井眼井身結構1(Ф215.9 mm×Ф177.8 mm+Ф155.6 mm×Ф114.3 mm)調整為目前井身結構2(Ф241.5 mm×Ф193.7 mm+Ф165.1 mm×Ф114.3 mm)。根據軟件模擬計算，如圖1所示，在同等條件下，井身結構1的ECD值>井身結構2的ECD值，其中，井身結構1進行固井時，井底ECD接近了1.88 g/cm3，井身結構2的井底ECD為1.82 g/cm3。可以看出，通過優化調整井身結構，可以明顯降低固井井底ECD值。

2.2 漿柱結構不合理，易漏失

目前，小井眼采用單級全封固井方式，采用兩段水泥漿體系進行封固，領漿密度為1.90 g/cm3，尾漿密度為1.40 g/cm3。由于上部地層劉家溝地層破裂壓力當量密度為1.25～1.30 g/cm3，所以當使用1.40 g/cm3密度的尾漿進行固井時，容易將上部地層壓漏，導致固井質量不合格。

解決措施：優化漿柱結構，采用三段水泥漿密度體系降低井筒液柱壓力：尾漿采用常規密度1.90 g/cm3水泥漿體系封固下部氣層；中漿采用密度為1.35 g/cm3的低密高強水泥漿體系封固氣層上部石千峰組和劉家溝組，領漿采用1.25 g/cm3的低密高強水泥漿體系封固和尚溝組以上至地面的上部地層[5-6]，改進前后漿柱結構對比如圖2所示。

2.3 固井頂替效率低

固井施工時管內外靜液柱壓差大，套管環空間隙小,流動摩阻大,導致施工壓力高,影響頂替效率，并且劉家溝地層承壓能力低，頂替過程中易發生漏失，影響水泥漿返高[7-9]。

解決措施：對裸眼井段有針對性地安放套管扶正器，結合固井模擬分析軟件，根據井徑、全角變化率、巖性、目的層段、通井情況等因素綜合確定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%上，從而提高頂替效率和固井質量。扶正器的合理加放原則為：直井段4根套管加一只彈性扶正器；斜井段2根套管加一只彈性扶正器，井斜較大井段井適量加入剛性扶正器；表套距離井口約10 m，加一只剛性扶正器；表層套管鞋內10 m，加一只剛性扶正器。

2.4 水泥漿體系不夠完善

依據SY/T 6544—2017《油井水泥漿性能要求》要求，對水泥漿基本性能提出如下要求(見表3)，現場檢測發現，部分水泥漿體系在水泥漿韌性、降失水、防氣竄等方面，有些未達到相關標準，直接影響了固井質量。

解決措施：提高水泥漿的穩定性，確保低濾失量、低游離水，以防止氣竄的發生；增強固井前置液對套管壁上的濾餅和套管環空虛泥餅以及殘余鉆井液的沖洗效果，減少混漿，提高頂替效率。同時在沖洗液中加入KCl抑制泥頁巖水化膨脹[10-11]，防止頂替期間井壁坍塌，保障固井作業順利。同時，為了解決沖洗液、鉆井液和水泥漿密度、黏度相差大，注替過程中極易出現“竄槽”或混竄、氣侵等情況，達不到有效封隔的效果，在沖洗液與水泥漿之間加入高密度隔離液。

表3 水泥漿性能要求

2.5 施工參數不夠合理

施工過程中，現場實際水泥漿密度控制、注替排量，碰壓操作等施工參數控制不夠合理，導致固井過程中，未能充分實現固井設計效果，影響固井質量。

解決措施：為了充分保證固井作業效果，前置液與地層接觸時間要求大于10 min，保證水泥漿與地層的充分接觸；水泥漿密度波動范圍控制在±0.02 g/cm3； 注替排量確保環空返速達到1.2 m/s，達到紊流頂替(排量控制在0.9～1.2 m3/min)；替漿后期、碰壓前2 m3采取塞流頂替(排量控制在0.3～0.5 m3/min)[12-14]。

2.6 固井工具可能失效

由于施工壓力高，有可能導致工具失效出現替空現象或因為高壓蹩泵、水泥漿倒返等情況造成井底產生水泥塞，由于套管內部分井段存在水泥塞而無法壓裂或灌腸致使整個井筒報廢。

解決措施：為了保證固井結束浮箍以上套管內不留水泥塞，選用帶膠塞碰壓裝置，確保在回壓凡爾不起作用的情況下，膠塞碰壓后也能完全起到封隔水泥漿的效果。橡膠密封元件回壓裝置采用耐高溫(26 0 ℃)的彈簧驅動回壓橡膠自封圈，采用P110鋼級材質，承壓密封性能好，套管管串結構最終設計組合為114.3 mm浮鞋+114.3 mm套管1根+114.3 mm強制復位可鉆式浮箍+114.3 mm套管1根+114.3 mm強制復位可鉆式浮箍+11.4 mm套管串[15]。

3 現場應用

對小井眼井井身結構、水泥漿體系、漿柱結構、施工參數、固井工具進行改進后，現場應用表明，小井眼井固井質量合格率明顯提高，截止目前，山西致密氣區塊已鉆小井眼井超過50口，基本沒有發生固井漏失和固井不合格情況，固井合格率超過90%。

4 結論

針對致密氣小井眼井固井易漏失、固井質量不合格問題，開展了針對性的研究，對井身結構、水泥漿體系、漿柱結構、施工參數、固井工具進行了改進，現場作業表明，改進后，小井眼井固井質量合格率明顯提高，對后續致密氣小井眼井固井提供了一定的參考和借鑒。