对提高易漏长封固段固井质量的认识

对提高易漏长封固段固井质量的认识李天群(大庆石油管理局钻井生产技术服务公司，163358)摘要：随着油田勘探开发一体化钻井逐步向深层迈进，一些特殊要求的开发井正逐年增多，特别是在大庆长垣杏树岗构造以南、葡萄花、凹包塔以及两江地区，扶杨油层广泛发育，油藏埋深一般在1500—1800m 之间，完钻井深1750—1850m ，呈现出埋藏深、油层薄、物性差等特点，对钻井完井固井全过程油层保护提出了严格要求。

由于在同一井眼内，自上而下分别要钻穿黑帝庙、萨葡高和扶杨等三套主力油层，要求全井封固良好，固井施工难度进一步增大。

采用常规固井，一次封固段1600m 以上，固井漏失成为突出问题，特别是葡萄花油层，地层破裂压力低，孔隙压力相对较高，固井施工中漏失风险大，固井后水泥候凝过程中难压稳。

突出的技术难点主要表现为“地层承压能力低、封固段长、注入量大、作业时间长、施工压力高”。

针对油田勘探开发的特殊要求，以及对上述技术难点的分析，研究开发了高强低密度水泥固井技术、DFZ-1防漏增韧水泥浆体系，应用了不钻胶塞双级注水泥工艺，配套实施了压力分析、压力预测及压稳固井施工技术，通过在肇源、葡南、朝阳沟等区块的应用与实践，固井质量明显提高，取得了良好的技术经济效益。

关键词：低压易漏；长裸眼封固段；固井；应用随着油田勘探开发一体化钻井逐步向深层迈进，一些特殊要求的开发井正逐年增多，一次性封固800-1500m 的长封固段固井正在成为大庆油田勘探开发的热点技术。

突出的技术难点主要表现为“地层承压能力低、封固段长、注入量大、作业时间长、施工压力高”。

针对油田勘探开发的特殊要求，以及对上述技术难点的分析，研究开发了高强低密度水泥固井技术、DFZ-1防漏增韧水泥浆体系，应用了不钻胶塞双级注水泥工艺，配套实施了压力分析、压力预测及压稳固井施工技术，通过在肇源、葡南、朝阳沟等区块的应用与实践，固井质量明显提高，取得了良好的技术经济效益。

1、固井难点分析（1）封固段长，要同时穿越不同压力层系的地层。

常规水泥固井最长达300～500m ，而特殊长封固段井固井段长达到800～1500m ，高压与低压并存，地层复杂。

（2）封固段长，如何防止水泥浆失重对固井质量的影响。

根据水泥浆失重机理研究的结果表明：水泥浆顶替后静置候凝，在很短的时间内，水泥浆柱的压力差(即底部压力-顶部压力)就降到零。

甚至使水泥浆柱底部的压力比顶部的压力还低。

如图1所示。

水泥浆柱越长，失重效应越严重。

一旦水泥浆柱的静液压力低于地层流体压力，水泥浆的胶凝强度尚未达到某一定值（500psi／100ft 2）时，地层流体就有可能侵入井眼或者水泥浆柱内，影响最终的固井质量。

（3）水泥量大，品种多。

考虑到常规水泥固井不能满足施工的要求，一口井就需要二、三种水泥同时使用，如不同密度的低密度水泥、纯水泥等。

一次性固井施工水泥量是常规注水泥的3～5倍。

（4）施工时间长，施工压力高。

根据钻井排量32～35 l/s ，为防止固井作业时发生漏失，因此注水泥施工排量为1.8 m 3/min ，替泥浆排量1.8 m 3/min ，这样施工时间80～100min,(不加附加时间)，施工压力达16～20MPa 。

（5）一次性封固800～1500m ，作业时间长，对水泥浆性能要求比较高。

①要求低密度水泥浆，但同时必须满足油气和水层等的封固要求及力学性能要求； ②水泥浆密度设计，既不能不压漏地层，又必须压稳地层； ③上下温度差大，上部水泥强度发展慢，无法满足要求。

图1 水泥浆失重曲线2、固井设计及技术对策2．1、施工压力校核2.1.1 井漏校核固井环空当量密度过大会导致地层破裂，环空失返，严重影响固井质量，损害油层，还可能引起环空堵塞等复杂事故。

固井环空压力计算：P环=P液+P压耗 .（1）式中： P环—固井环空压力，MPa；P液—环空液柱压力，MPa；P压耗—环空循环压耗，MPa。

经计算，水泥返至地面时，当全井环空当量密度低于地层破裂压力梯度，施工应不会发生井漏。

2.1.2 、压稳校核水泥浆凝固过程中结构力不断增强，部分重量悬挂于套管及井壁上，产生失重现象，水泥浆失重后，其当量密度相当于盐水密度 1.07g/cm3，因此可能导致环空压力小于地层孔隙压力而发生溢流或井喷。

安全条件是：P孔隙 ≤P自+P失.（2）式中： P孔隙—地层孔隙压力，MPa；P自—环空自由段钻井液液柱压力，MPa；P失—水泥浆失重后压力，MPa。

2.1.3、施工压力预测为了保证固井施工安全，应用固井施工压力软件对液柱压力、流体摩阻（考虑“U”型管效应），采用重浆顶替技术把施工压力控制在12.0MPa以内，从而保证了固井施工安全。

2.2设计遵循下列原则：（1）为了保证在固井中不漏失，满足水泥返至设计返高要求，全井拟采用常规+低密度水泥浆固井。

（2）为了提高泥浆顶替效率，采用高效冲洗液清除地层和套管壁的虚泥饼和泥浆。

（3）为防止水泥浆在凝固过程中“失重”引起井底压力不平衡，全井采用多段多凝制水泥浆固井。

以防止固井施工过程中的漏失和水泥浆凝固过程中“失重”。

（4）优化水泥浆性能，保证固井质量。

①缩短水泥浆过渡时间（失重时间）；②减少水泥浆的失水，避免失水桥堵；③提高水泥阻滞力和毛细管力，增加水泥浆的触变性，引入胀剂、泡沫等；④合理的流变性和顶替排量组合，提高泥浆顶替效率；⑤提高稳定性，减少介质聚集。

（5）为降低固井施工压力，采用先注轻泥浆、后替重泥浆技术，应用新型压胶塞液和不钻胶塞双级注水泥工艺，保证施工安全。

3、防漏固井技术根据大庆油田的地质特点，使用A级常规密度水泥浆固井极易发生漏失，使用现有的普通低密度水泥浆固井而又难以保证封固质量。

研究了ZJ102低密度高强度水泥浆体系和DFZ-1防漏增韧水泥浆体系。

3.1、低密度高强度水泥浆体系的试验与应用针对微珠低密度水泥易分层、失水量大、强度低等缺点，研发了ZJ102低密度防窜水泥浆体系。

1 水泥浆方案优选试验为了探索ZJ102低密度水泥浆体系的最佳方案，选用正交试验法，对同一水泥浆密度条件下，不同外加剂加量时的水泥浆性能进行试验对比，结果见表1—表4。

表1 同一密度、不同外加剂加量下水泥浆性能（ρ=1.50g/cm3）3表3 同一密度、不同外加剂加量下水泥浆性能（ρ=1.60g/cm3）3从实验结果对比可以看出，在同一实验密度条件下，ZJ102的加量越高，获得的水泥浆失水量越小、抗压强度越高，但流动度变差；在ZJ102加量不变的情况下，水泥浆密度越高，同样也是失水量越小、抗压强度越高，流动度变差；在加量7%时，各种密度下水泥浆的失水量较为理想、强度较高，流动度适中，可以满足现场要求。

水泥浆的稠化时间可以根据施工需要进行调节。

2 稳定性实验以密度为1.60 g/cm3的低密度水泥浆做稳定性试验，测得水泥柱上下各段密度数据见表5。

表5 稳定性实验数据表中数据系水泥浆在长方体柱状模具内凝固后取出锯断，精确测量每一段的质量和体积后计算得到。

由表中数据可知，水泥浆体系上下段密度差小于0.04g/cm3，体系稳定性好。

3 污染试验选用大庆钻井二公司常用的JGN泥浆体系，在温度为55℃条件下，分别对不同比例的混合液进行稠化试验和流变性试验，试验结果见表6、表7。

3.2 增韧水泥浆体系研究与应用针对调整井、开发井低压高渗层防漏、防渗问题以及油田开发方面对水泥环胶结强度、抗拉、抗冲击韧性方面的要求，由公司技术研究开发中心组织开展了DZF-1防漏增韧水泥浆体系研究。

经过近两年的研究，优选了以低弹矿物纤维为主的增韧防漏材料，运用正交实验方法对纤维几何尺寸、加量以及辅助外加剂的加量进行了优选复配，形成了DZF-1防漏增韧水泥浆体系，为提高复杂井固井质量、延长油井使用寿命提供了一项新的技术支持。

1、室内实验表9 DZF-1防漏增韧低密度水泥浆体系室内实验数据（促凝）压强度及应力/应变关系的测定，可定量地反映纤维材料的增韧效果。

测试结果列于表10。

表10 F27A增韧防漏剂对水泥石力学性能的影响间，48h后降低幅度更大（46-61%）。

抗冲击功比净浆水泥石提高28-59%，其抗折强度的增长幅度在16-33%之间，不同养护龄期水泥石的抗压强度均大于14.0MPa。

其断裂韧性也明显高于净浆水泥石。

2、防漏增韧剂堵塞试验：在实验室分别模拟裂缝地层和渗漏地层在压差为0.7MPa条件下进行10min 承压实验。

结果表明，防漏增韧剂对裂缝地层和渗漏地层堵漏效果十分明显。

表11 防漏增韧剂对裂缝的堵漏效果试验(25℃)不同尺寸混杂的纤维三维乱向分布，在水泥浆中能够形成一种交联垫层，在地层裂缝边缘起到搭桥作用，水泥浆体进入漏层时可以形成“滤网结构”，增加水泥浆体的流动阻力，借助于水泥浆的水化胶凝作用和未水化水泥颗粒的填充作用，并最终形成水泥浆硬化体，达到堵漏和提高易漏地层承压能力的目的。

3.3配套固井技术措施3.3.1 固井前的准备（1）下套管通井前，井队应按固井的动态压力当量密度1.55g/cm3对地层进行承压试验；（2）采用钻井时钻具组合进行通井，下钻遇阻卡后进行短起下划眼，确保井眼畅通无阻卡，并记录好遇阻卡井深，为下套管作业提出警示；（3）下至井底后，小排量开泵，同时转动钻具，破坏泥浆静切力，防止井漏。

正常后逐步增加至钻井排量循环通井2周，直到泥浆振动筛无砂子，保证井下干净。

控制起下钻速度，防止压力波动引起井眼坍塌。

3.3.2 固井前泥浆性能泥浆性能的好坏直接影响到固井质量。

如果泥浆粘度很大，很难顶替干净，将会造成窜槽，影响水泥胶结强度。

失水量大，会形成厚而松散的泥饼，在水泥浆候凝过程中水泥水化反应将从与其接触的泥饼中吸收水份，使原来为水饱和的泥饼收缩，干裂直至脱落。

这是造成固井质量不好的一个原因。

该井在固井前泥浆进行维护，其性能见表4。

表12 完钻时、固井前泥浆性能比较（1）针对地层的易漏问题，可以随钻在钻井液中加入堵漏剂，循环时使堵漏材料和较小的钻屑以及钻井液的固相颗粒在液柱压差作用下挤入岩石孔隙中，在井壁周围形成屏蔽层，从而提高地层承压压力。

下套管通井前，应对地层进行承压试验；（2）固井前泥浆性能。

如果泥浆粘度很大，很难顶替干净，将会造成窜槽，影响水泥胶结强度。

失水量大，会形成厚而松散的泥饼，在水泥浆侯凝过程中水泥水化反应将从与其接触的泥饼中吸收水份，使原来为水饱和的泥饼收缩，干裂直至脱落。

这也是造成固井质量不好的一个原因。

3.3.3 科学施工（1）在注水泥前，先注入8-10m清水，在环空形成足够长度的低粘切冲洗液柱，其目的：一是清水粘切小，流动性好，易达到紊流，从而提高顶替效率；二是稀释部分钻井液，冲洗蔬松泥饼，利于顶替。

（2）封固段长，灰量大，是注水泥结束后，采用重泥浆顶替，降低施工压力，保证施工安全。