川西地區(qū)須家河組氣藏深井固井的難點(diǎn)及對策

摘 要

摘要：川西地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組氣藏具有埋藏深，目的層斷層多，地層破碎，泥頁巖易坍塌掉塊，同一裸眼井段壓力系數(shù)差別大(須五段至須三段地層壓力系數(shù)接近2.0，目的層須二段地層的壓力
摘要：川西地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組氣藏具有埋藏深，目的層斷層多，地層破碎，泥頁巖易坍塌掉塊，同一裸眼井段壓力系數(shù)差別大(須五段至須三段地層壓力系數(shù)接近2.0，目的層須二段地層的壓力系數(shù)為1.5左右)，天然氣顯示活躍且氣層多，固井防氣竄難度大等固井難點(diǎn)。針對上述問題，提出了安全固井的對策：①對于易漏失地層的固井，可采用連續(xù)正注反擠固井作業(yè)；②對于長裸眼井段固井，如果地層承壓能力不能滿足單級注水泥，可采用多級注水泥方式，在條件允許的情況下可用雙膠塞注水泥；③對于表層大尺寸套管固井，采用內(nèi)插管固井；④對于油氣層尾管固井，盡量采用旋轉(zhuǎn)尾管固井，優(yōu)化設(shè)計水泥漿性能，以達(dá)到替凈井內(nèi)鉆井液進(jìn)而提高固井質(zhì)量的目的。
關(guān)鍵詞：四川盆地；西；晚三疊世；深井；地層壓力；固井；水泥漿；套管；四川；西
0 引言
    川西地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，目的層埋藏深，斷層多，地層破碎，泥頁巖易坍塌掉塊，上三疊統(tǒng)須家河組須三段含煤線，天然氣顯示層多而且高壓，同一裸眼井段地層壓力系統(tǒng)不完全一致，須五段、須四段、須三段地層壓力系數(shù)接近2.0，而目的層須二段僅有1.5左右，須家河組地層膠結(jié)性較差，井壁穩(wěn)定性差，給固井工作帶來許多困難。川西深井井眼條件復(fù)雜，深井裸眼井段長(Ø193.7mm技術(shù)套管的裸眼長度為2000～3000m甚至更長)；地層壓力高(在XC12井中鉆井液密度高達(dá)2.40g/cm3以上)，一般下技術(shù)套管和油層套管前，鉆井液密度都要加重至1.90～2.0g/cm3。且許多井地層壓力平衡關(guān)系敏感，鉆井液密度稍高則發(fā)生井漏、低則發(fā)生井噴(如X2井在須二段目的層鉆進(jìn)時)，固井施工過程中易發(fā)生漏失；地層裂縫多、斷層多，易破碎；有的井段易坍塌，井眼極不規(guī)則，井徑擴(kuò)大嚴(yán)重，“大肚子”井眼和“糖葫蘆”井眼普遍存在；深層CO2含量較高，根據(jù)氣井固井經(jīng)驗，各層套管水泥均要求返至地面，導(dǎo)致固井封固段長，采用一次固井，封固段通常達(dá)4700m，上下溫差大，水泥漿設(shè)計困難，固井施工時運(yùn)移段長，容易形成長的混漿段，同時環(huán)空液柱壓力大，兼固防漏與防竄，施工安全窗口較??；地層傾角大，軟硬變化多，部分井井斜角大；氣層多、氣顯示活躍等[1]。從固井質(zhì)量統(tǒng)計分析來看，深井固井質(zhì)量雖然有了較大程度的提高，但仍然還存在一些問題，分析總結(jié)這些問題，再采取有效措施提高深井固井質(zhì)量具有重要意義。
川西地區(qū)深井井身結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整，更利于提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。目前的井身結(jié)構(gòu)及固井方法見表1。
表1 井身結(jié)構(gòu)及固井方法表
鉆頭尺寸(mm)
套管尺寸(mm)
井深(m)
固井方法
設(shè)計水泥返深
406.4
339.7
300～350
內(nèi)插管/雙膠塞
通常地面
316.5
273.1
1900～2500
單級
通常地面
241.3
193.7
4500～4750
雙膠塞單級
通常地面
165.1
139.7
5100～5400
尾管
尾管至尾管頂部以上
采用的固井方式主要有大尺寸套管固井、尾管懸掛、雙級固井技術(shù)、長封固段雙膠塞固井技術(shù)及低密度水泥漿固井等，特別是長封固段雙膠塞固井技術(shù)成功應(yīng)用，基本解決了四川地區(qū)深井、高壓復(fù)雜井分級固井時分級箍位置固井質(zhì)量不好的問題，為后期作業(yè)提供了良好的井筒條件。
1 川西地區(qū)深井固井中存在的問題
    隨著鉆井技術(shù)的進(jìn)步，給固井提供的井眼條件有了明顯改善，同時由于在固井工藝、水泥外加劑、固井工具、固井裝備等技術(shù)方面均有了較快的發(fā)展，使得固井質(zhì)量有了大幅度的提高，施工安全順利，并且將環(huán)空氣竄等嚴(yán)重固井質(zhì)量問題大大減少。但由于川西地區(qū)氣藏內(nèi)在的復(fù)雜特性，受多種因素的制約，川西地區(qū)深井固井仍然還存在一些難題及問題，主要體現(xiàn)在如下幾方面。
1.1 地質(zhì)及地層原因?qū)е鹿叹|(zhì)量差
    川西地區(qū)深井中，部分井由于地層特性差，帶有井漏、井斜、局部縮徑、井壁穩(wěn)定性差，其中從上至下，在劍門關(guān)組、千佛崖組、白田壩組、須四段、須二段均存在不同程度的漏失，且蓬萊鎮(zhèn)組、上沙溪廟組、下沙溪廟組、千佛崖組、白田壩組、須四段、須二段均有較好的油氣顯示，也是目前開發(fā)的主力產(chǎn)層。同一裸眼段存在漏失層和氣層，固井時要兼顧防氣竄和防漏失，固井難度大，使得部分井固井質(zhì)量較差。
   大邑、新場地區(qū)的深井存在井斜，大邑地區(qū)最大地層傾角為9°左右，新場地區(qū)略小，尤其是邊緣區(qū)域、斷層附近的井，往往更容易井斜，DY7井最大井斜達(dá)到16.9°。若鉆井過程中不采取措施控制井斜，控制井身質(zhì)量，易導(dǎo)致井斜超標(biāo)，嚴(yán)重影響套管居中度，使頂替效率降低、固井質(zhì)量差。
    深層須家河組含泥巖、頁巖，難以選擇合適的鉆頭提高機(jī)械鉆速，導(dǎo)致鉆井周期長，且須五段、須三段存在煤線，易坍塌掉塊，形成“大肚子”井眼，使得固井時頂替鉆井液效率低，固井質(zhì)量難以保證。
1.2 井身質(zhì)量差導(dǎo)致套管難以下入到位甚至影響固井質(zhì)量
    由于地層易斜、煤線、泥頁巖的存在，部分井過于追求提高機(jī)械鉆速，而忽略對井斜的控制，使形成的井眼質(zhì)量差，X851井Ø177.8mm套管差20m未到位，DY5井下套管過程中出現(xiàn)了中途難以下放的復(fù)雜情況，不得不起出套管，重新通井后下入。另外井徑擴(kuò)大率差異較大，Ø241.3mm鉆頭的井徑擴(kuò)大率為10%～15%，有的井甚至存在“糖葫蘆”井眼，同時鉆井液的密度及黏切較高，造成固井頂替效率低、環(huán)空氣竄等。
1.3 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計難度大、單層套管封固段長，存在多個氣層，固井防氣竄難度大
    川西地區(qū)深井通常井深約5000m，部分井超過6000m，壓力梯度從1.0MPa/100m上升到1.95MPa/100m再下降到1.5MPa/100m，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計困難，考慮必封點(diǎn)設(shè)置及鉆井實踐，經(jīng)優(yōu)化后采用四開制井身結(jié)構(gòu)(見表1)。
表層大尺寸套管固井時，采用常規(guī)固井管內(nèi)混漿嚴(yán)重，影響水泥塞及套管鞋附近固井質(zhì)量；存在頂替效率不高，多數(shù)井聲波測井質(zhì)量不夠好，有的井還有環(huán)空氣竄問題。在X851、L150井都遇到該問題。
    技術(shù)套管固井時，裸眼段長2000～2850m，包含沙溪廟組、千佛崖組、白田壩組、須五段、須四段、須三段，同一裸眼段含多個氣層。采用單級注水泥時，水泥漿柱長，水泥漿候凝時“失重”嚴(yán)重，容易發(fā)生氣竄。上下溫差大，上部井段水泥漿不凝固或其強(qiáng)度發(fā)展極其緩慢，造成其固井質(zhì)量差；注入水泥量大，施工時間長，水泥漿性能不易調(diào)整；油氣層分布段長，氣層活躍、地層壓力高、防氣竄難度大，從上到下有的井達(dá)到10多個氣層。
    油層尾管固井環(huán)空間隙小，特別是小間隙環(huán)空井段長，施工壓力高，水泥環(huán)薄，水泥石抗沖擊力差，防氣竄難度大。Ø215.9mm鉆頭下Ø177.8mm油層套管(尾管)施工泵壓為15～22MPa。Ø165.1mm鉆頭下Ø139.7mm油層套管(尾管)施工泵壓也在20MPa左右，注替參數(shù)的選擇難度大。HF203井油層尾管固井后懸掛器位置氣竄，不得不進(jìn)行回接固井。
1.4 井下工具多，易出現(xiàn)復(fù)雜情況
    深井固井時，井下工具多，如尾管懸掛器、分級箍、封隔器、浮鞋、浮箍、回壓凡爾等，操作不當(dāng)易造成事故，在X851出現(xiàn)了封隔器提前座封的事故；DY4井中尾管固井丟手未成功，固井后尾管串全部被提出。
1.5 鉆井液與水泥漿污染，嚴(yán)重影響水泥漿性能，初凝時間短，導(dǎo)致水泥漿替不到位，甚至造成固井事故
    固井時由于在注水泥施工前長時間未活動套管，容易在環(huán)空形成固定流道(即形成死泥漿)，當(dāng)套管實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)(或上下活動)導(dǎo)致環(huán)空內(nèi)流體流向發(fā)生變化，改變了環(huán)空流道，其未替干凈的鉆井液與水泥漿有了直接接觸的機(jī)會，會造成水泥漿污染而影響其稠化時間，嚴(yán)重的會造成固井事故。在X8井就出現(xiàn)了該情況。
2 解決對策
    針對上述問題，提出如下的解決辦法[2～5]：固井前對該井的地質(zhì)資料如漏失層、氣層及井斜、鉆井液性能充分認(rèn)識，針對具體井況設(shè)計選取合理的固井方式。對于易漏失井固井，如果固井途中出現(xiàn)的漏失，一般采用連續(xù)正注反擠作業(yè)；對于長裸眼段固井，如果地層承壓能力不能滿足單級注水泥，可采用多級注水泥方式，在條件允許的情況下可采用雙膠塞注水泥的方式；對于表層大尺寸套管固井，采用內(nèi)插管固井；對于油層尾管固井，盡量采用旋轉(zhuǎn)尾管固井，優(yōu)化設(shè)計水泥漿性能，可防止氣竄發(fā)生，提高固井質(zhì)量。
3 結(jié)論與建議
    1) 建議鉆井施工方在控制井身質(zhì)量的同時，固井設(shè)計時盡量采用前置液紊流頂替技術(shù)，提高頂替效率，在井況、設(shè)備能力允許的條件下盡量提高注替排量，或者采用旋轉(zhuǎn)固井，以替凈鉆井液進(jìn)而提高固井質(zhì)量。
    2) 水泥漿性能要求低失水、低收縮、高的早強(qiáng)度，同時要進(jìn)行抗壓、抗折以及膠結(jié)強(qiáng)度試驗，調(diào)節(jié)外加劑加量，對于氣層采用防氣竄水泥體系、膨脹水泥漿體系，尤其是提高防氣竄性能，力爭最優(yōu)化水泥漿配方。同時，對配方的抗高溫穩(wěn)定性以及水泥石的塑性都有較高要求，避免因為射孔而產(chǎn)生裂縫影響油氣井壽命。
    3) 入井工具串設(shè)計時應(yīng)盡量簡單、可靠，避免因為工具原因造成復(fù)雜情況。針對鉆井液普遍污染水泥漿的情況，優(yōu)化隔離液性能或加大使用量，對鉆井液進(jìn)行相容性處理。
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(本文作者：嚴(yán)焱誠 肖國益 薛麗娜 中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院)