影響長(zhǎng)慶油田固井質(zhì)量主控因素分析

馬立軍 文虎成 姚中輝

長(zhǎng)慶油田分公司工程監(jiān)督處 陜西西安 710018

1 長(zhǎng)慶油田固井質(zhì)量現(xiàn)狀

井身質(zhì)量、固井質(zhì)量是油氣田企業(yè)井筒工程建設(shè)的重要考核指標(biāo)，工程技術(shù)板塊制定了井身質(zhì)量和固井質(zhì)量不合格判定為“紅線”，其中井身質(zhì)量將定向井井身軌跡靶區(qū)和井身軌跡連續(xù)三點(diǎn)全角變化率作為紅線判定指標(biāo)；固井質(zhì)量將固井水泥返高，油氣水層段、尾管重合段、上層套管鞋處、上層套管分級(jí)箍處等固井質(zhì)量，全井固井水泥環(huán)一、二界面膠結(jié)質(zhì)量，入井套管質(zhì)量、附件及外加劑質(zhì)量，固完井套管柱試壓等方面作為紅線判定指標(biāo)。

2021 年長(zhǎng)慶油田鉆完井中，按照標(biāo)準(zhǔn)判定，固井質(zhì)量不合格井中涉及到“水泥返高不合格”的占比46.22%，“封固段質(zhì)量合格井段長(zhǎng)度小于70%”的占比5.52%。水泥返高不合格井中定向井占比82.74%，大斜度井占比7.96%，水平井占比3.11%，直井占比6.19%。油氣水層及上層套管鞋25m 范圍不合格井中定向井和水平井占比較大，分別占47.03%和38.98%，大斜度井占比6.78%，直井占比7.21%。由此可以看出，固井質(zhì)量不合格的井主要發(fā)生在定向井和水平井，主要表現(xiàn)為水泥返高不合格、油氣水層及上層套管鞋25m 范圍不合格、封固段質(zhì)量不合格，如何從技術(shù)層面提升固井質(zhì)量，是研究的主要方向。

2 影響固井質(zhì)量的主控因素分析

2.1 地層特性對(duì)固井質(zhì)量的影響

（1）洛河層承壓能力低。

鄂爾多斯盆地洛河組地層中，巖石顆粒一般為中砂、粉砂和細(xì)砂巖，地層厚度約100～300m，基巖顆粒度100μm 以上的占80%，巖石膠結(jié)強(qiáng)度差，高滲大孔隙地層松散，地層承壓能力低，地層漏失當(dāng)量密度在1.20～1.25g/ m3，固井過程中壓差作用發(fā)生漏失，導(dǎo)致水泥漿下沉，水泥返高達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，原有尾漿封固油層的，漏失后出現(xiàn)輕珠體系封固，油氣層段封固質(zhì)量受影響。鎮(zhèn)原、合水、姬塬區(qū)域尤為突出，在不合格井中均表現(xiàn)為“油氣水層及上層套管鞋25m 范圍不合格、水泥返高不合格”。

（2）盆地西部構(gòu)造復(fù)雜，微裂縫和斷層發(fā)育。

鄂爾多斯盆地西部為天環(huán)坳陷和西緣沖斷帶，斷層裂縫發(fā)育，成藏地質(zhì)條件復(fù)雜，儲(chǔ)層變化快，縱向多層系疊合。比如寧夏鹽池青石峁地區(qū)上古生界盒8 和山1 兩套砂體縱向復(fù)合疊置，橫向連續(xù)性差、非均質(zhì)性強(qiáng)，氣藏受砂體展布、儲(chǔ)層物性、構(gòu)造及斷裂等多重因素控制，多層系失返性漏失、塌漏突出，固井中漏失嚴(yán)重，造成水泥返高不夠，同時(shí)因水泥漿液柱壓力下降而壓不穩(wěn)氣層造成氣竄，影響固井質(zhì)量。

（3）盆地中部伊陜斜坡超前注水區(qū)域。

長(zhǎng)慶油田三疊系長(zhǎng)4+5—長(zhǎng)8 均采用超前注水開發(fā)，地下流體活躍，地層壓力高，區(qū)域存在溢漏同存，在定向井、水平井中溢漏層段相對(duì)較長(zhǎng)，尤其側(cè)鉆井在固井前套管與環(huán)空間壓力約為4MPa，致使水泥漿水浸密度下降，且密度窗口窄，巖石膠結(jié)強(qiáng)度差，堵漏后承壓能力不足，在固井施工及候凝過程中，壓差作用發(fā)生漏失，導(dǎo)致水泥漿下沉，造成水泥返高不達(dá)標(biāo)。特別在延安、合水等注水老區(qū)，注水層壓力異常，鉆井過程中溢流頻繁，上部水層活躍，常規(guī)早強(qiáng)體系水泥漿抗水侵效果差，影響后期膠結(jié)質(zhì)量造成油層以上25m 封固，固井施工中領(lǐng)漿低密度水泥漿不能有效抵抗地層水侵蝕，候凝期間影響水泥漿性能，造成上部油層固井質(zhì)量差。

2.2 井眼軌跡對(duì)固井質(zhì)量的影響

（1）易塌易漏對(duì)井眼軌跡的影響。

易塌井的主因是地層巖性和構(gòu)造狀態(tài)在地層水平引力作用下發(fā)生的，會(huì)導(dǎo)致井眼擴(kuò)大或縮小，部分井泥漿性能差，沖洗隔離效果不好，大肚子井眼存在“死泥餅”現(xiàn)象，污染水泥漿影響膠結(jié)質(zhì)量。鉆井過程中出現(xiàn)井漏為正常鉆進(jìn)而井眼不能承受額外液柱壓力作用的情況, 不能給固井創(chuàng)造一個(gè)較好的井眼條件。

（2）大斜度井造斜不符和設(shè)計(jì)要求。

大斜度井對(duì)井眼曲率控制、靶區(qū)的形狀和范圍受地質(zhì)結(jié)構(gòu)、油層位置和隊(duì)伍人員業(yè)務(wù)水平等因素影響，不能和設(shè)計(jì)要求相符合，致使井眼軌橫剖面出現(xiàn)不規(guī)則橢圓形或糖葫蘆型，縱剖面呈鋸齒形，固井過程中在井徑變化的地方會(huì)產(chǎn)生流體旋流，鉆井液驅(qū)替不干凈，鉆井液與水泥漿相容性差，影響固井質(zhì)量。

（3）水平井井眼軌跡的影響。

大平臺(tái)大井叢、水平段2000m 以上、長(zhǎng)7 頁巖油和致密氣等水平井，為保證油氣層鉆遇率，地質(zhì)導(dǎo)向?qū)︺@具調(diào)整使井眼軌跡“上翹下壓”，井眼軌跡復(fù)雜，受重力影響套管不易居中，頂替效率低，影響固井的質(zhì)量。

（4）側(cè)鉆井的井眼軌跡的影響。

側(cè)鉆井為小井眼鉆具，套管與地層間隙相對(duì)較小，套管與地層的間隙較小，且彎曲井眼影響套管不易居中，井內(nèi)流體的流動(dòng)阻力大，排量低，不易實(shí)現(xiàn)紊流頂替，會(huì)降低頂替效率。

2.3 入井材料對(duì)固井質(zhì)量的影響

固井入井材料、鉆井液性能等直接關(guān)乎整個(gè)固井作業(yè)的成敗，甚至?xí)l(fā)質(zhì)量事故，造成不可挽回的巨大損失。

（1）套管及套管附件質(zhì)量影響固井的成敗。

套管本體砂眼、防腐層破壞、絲扣損壞或絲扣密封不嚴(yán)，會(huì)造成套管脫扣落井或完井試壓不合格等質(zhì)量事故。套管附件質(zhì)量不合格也極易造成固井失敗等質(zhì)量事故事件，如扶正器質(zhì)量不合格會(huì)影響套管居中，甚至?xí)固坠苡鲎瑁瑹o法下放到預(yù)定深度，浮箍浮鞋質(zhì)量差，回壓閥無法打開或回彈，不能有效阻止水泥漿倒流，造成水泥塞過高（或灌香腸），環(huán)空返高不夠，甚至替漿過程無發(fā)碰壓，最終固井失敗。如XX 井浮箍回壓閥無法回彈，套管“灌香腸”，導(dǎo)致固井失敗。

（2）鉆井液質(zhì)量對(duì)固井質(zhì)量的影響。

鉆井液是固井作業(yè)中不可或缺的一部分，其密度、失水、粘度及切力每一項(xiàng)參數(shù)對(duì)固井作業(yè)都會(huì)產(chǎn)生很大影響。試驗(yàn)證實(shí)，鉆井液與水泥漿之間密度差足夠大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)明顯的浮力效應(yīng)，有利于提高頂替效率從而提升固井質(zhì)量，反之鉆井液與水泥漿密度差較小，浮力效應(yīng)減弱，頂替效率受到影響，固井質(zhì)量也會(huì)受到影響。因此，在保證井控安全的前提下，適當(dāng)降低鉆井液密度可以提升固井質(zhì)量。同時(shí)，鉆井液的失水量直接影響地層與水泥的膠結(jié)程度，一旦增加失水量就會(huì)降低膠結(jié)率。鉆井液的流動(dòng)性受到粘度影響，鉆井液的凝膠性能直接反應(yīng)切力，切力越高凝膠性能越高，因此控制好鉆井液的低切力、低失水量和低粘度是提升固井質(zhì)量的必要條件。

3 提升固井質(zhì)量的改進(jìn)措施

（1）不斷完善長(zhǎng)慶油田各區(qū)域地層漏失壓力數(shù)椐庫(kù)，加大區(qū)塊地層漏失資料的收集，完善漏失井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)，動(dòng)態(tài)分析各區(qū)塊漏失當(dāng)量密度，為固井設(shè)計(jì)提供依據(jù)，減少固井施工中水泥漿的漏失，提高封固率。不同區(qū)塊地層承壓能力如表1 所示。

表1 不同區(qū)塊地層承壓能力

（2）加大對(duì)入庫(kù)材料檢驗(yàn)- 配方優(yōu)選- 成品料復(fù)核試驗(yàn)，建立固井模擬體統(tǒng)，通過對(duì)固井施工設(shè)計(jì)、審批、頂替模擬和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程傳輸和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、匯總，分析套管在井眼內(nèi)的居中情況并優(yōu)化套管扶正器安放位置，尤其對(duì)定向井、大斜度井、水平井進(jìn)行下套管可行性分析、套管下放過程大鉤載荷預(yù)測(cè)及漂浮接箍位置優(yōu)化設(shè)計(jì)、下套管波動(dòng)壓力模擬，在斜井段盡可能使用滾珠扶正器，提高套管的居中程度，提高水泥漿頂替效率。套管柱居中分析如圖1 所示。漂浮接箍?jī)?yōu)化如圖2 所示。

圖1 套管柱居中分析

圖2 漂浮接箍?jī)?yōu)化

（3）統(tǒng)籌多方協(xié)作推動(dòng)井眼準(zhǔn)備技術(shù)措施有效實(shí)施，根據(jù)井下狀況不斷優(yōu)化鉆井液性能，提高頂替效率和降低漏失風(fēng)險(xiǎn)，充分循環(huán)洗井，重視入井鉆井液清潔，提高頂替效率，減少固井復(fù)雜，尤其對(duì)上層套管管鞋段刮壁能有效提高封隔效果，以充分井眼準(zhǔn)備為固井施工提供良好頂替環(huán)境。

（4）固井水泥及附件的核實(shí)。提高水泥及外加劑取樣比例、增加質(zhì)檢內(nèi)容，保證入井水泥及外加劑質(zhì)量達(dá)到行業(yè)要求。注水泥前核實(shí)環(huán)空水泥漿體系及封固段長(zhǎng)，保證液柱壓力及施工摩阻之和小于易漏層地層破裂壓力。對(duì)不同灰取樣送檢驗(yàn)證水泥稠化時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、游離液等綜合性能。對(duì)注灰起止、頂替起止、注入排量、碰壓、起壓等關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)第一手掌握，定期召開質(zhì)量分析會(huì)，對(duì)固井質(zhì)量不合格井認(rèn)真進(jìn)行原因分析，追根溯源，制定相應(yīng)質(zhì)量提升措施，尤其對(duì)長(zhǎng)期存在的漏失嚴(yán)重、多壓力體系、溢漏同存、老區(qū)注水等嚴(yán)重影響固井質(zhì)量的問題持續(xù)開展針對(duì)性的技術(shù)攻關(guān)。

4 結(jié)語

固井工程是油氣井建井的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，固井質(zhì)量直接關(guān)系到油氣井壽命和單井產(chǎn)量，關(guān)系到安全生產(chǎn)，關(guān)系到區(qū)域油氣藏的采收率。影響固井質(zhì)量的因素很多，既有主觀因素也有客觀因素，因此發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，超前科學(xué)分析研判，制定有效防范措施，選擇合適的水泥漿體系和科學(xué)的固井設(shè)計(jì)，避免固井事故事件發(fā)生，提高固井質(zhì)量，提升經(jīng)濟(jì)與效益，有力推動(dòng)油田“高質(zhì)量”發(fā)展。