超深井復雜地層固井技術研究與應用論文
摘要：在石油可采、易采儲量不斷減少的情況下，油田勘探開發已向海洋、復雜地層、深井、超深井方面發展。由于各種油藏分布情況不同，目的地層地質條件復雜，給固井工程帶來了許多難題和挑戰。本文針對超深井復雜地層的固井技術難點，從水泥漿體系、固井工藝等三個方面開發完善深井水泥漿體系技術、提高井下工具附件可靠性，并在現場中得到了良好應用。
關鍵詞：復雜地層；固井技術；固井工具；應用
在深井、超深井完井固井中，由于受到超高溫、超高壓、鹽膏層、復雜地層等諸多因素的影響，固井質量一直不盡人意，影響了新區或深層油氣的發現和油藏的評價。開發超深層、超高壓、高含硫、低滲致密等復雜油氣藏，目前還沒有成熟配套的技術，有些甚至屬于世界級難題。而井越深，井下越復雜，固井完井的難度也越大。
1 深井復雜地層固井難點
1.1 地層情況復雜
超深井固井地層情況復雜，多套壓力體系地層并存，存在固井防漏和防噴的難題。同一個井眼存在上涌下漏、地層易破碎、易垮塌等問題。部分地區高含硫化氫，存在固井防腐問題。
1.2 井底溫度高
井底溫度高對水泥漿抗高溫穩定性能提出更高的要求。水泥漿的流變性能與頂替排量等發生稍微的變化，就會導致環空窄間隙內鉆井液的頂替效率發生很大的變化，難以實現紊流頂替，水泥環薄弱，抗沖擊力差。
1.3 多壓力層、窄間隙固井
由于井身結構的限制，有許多井采用“非常規”的井身結構。這將帶來以下幾個問題：a.非常規尺寸，工具配套難度大；b. 下套管風險加大，容易引起粘卡和漏失，套管不易居中；c.水泥石強度降低，保證不了封隔效果。
1.4 間隙小難題
井眼環空間隙小，泥漿比重高，循環摩阻大，造成施工泵壓高，固井或替漿過程中，因泵壓過高而無法正常施工。
1.5 長封固段固井，注水泥量大
長封固段固井，水泥量大。易發生泥漿連續竄槽、砂堵蹩泵、易壓漏地層等問題。
2 技術措施
針對深井復雜地層在固井過程中這些存在的這些問題，根據現場實踐及試驗研究，提出了如下的解決措施。
(1)固井前井眼準備充分，除采取原鉆具組合通井外，還要模擬套管剛度進行通井，有效避免了套管的下入過程遇阻或下不到位。從統計資料看，近期完鉆的深井未出現套管下不到設計井深的情況。
(2)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。在滿足地層承壓能力條件下，應用雙膠塞固井質量，并且在目前這種固井工藝在深井中普遍應用。
(3)大尺寸套管固井多采用內插管固井方式，一方面減少了混漿段，同時還有利于提高頂替效率，有效控制水泥塞的高度。
(4)針對同一井段多套壓力體系，除對固井工藝進行優化外，還要保障水泥漿性能。通常要求低失水、低收縮、高的早強度，同時要進行抗壓、抗折以及膠結強度試驗，調節外加劑加量，優化水泥漿配方。
(5)針對井身質量差，采用前置液紊流頂替技術，盡量提高頂替效率，在井況、設備能力允許的條件下盡量提高注替排量，或者采用旋轉固井，較完全清出井內鉆井液，達到替凈，提高固井質量。 3、現場應用
3.1 勝科1井
勝科1井是中石化的一口重點科學探井，完鉆井深7026m。三開鉆進過程是最復雜、最困難的階段。鉆遇了大段的鹽膏層以及紫紅色軟泥巖層，地層十分復雜；鉆進過程中有太多的蹩鉆、蹩泵，起下鉆阻卡；鉆井液密度高達2.26g/cm3；而且井徑不規則，出現大肚子、糖葫蘆井眼，對固井質量造成極大的威脅。為防止套管擠毀和保證固井質量，采用抗高溫抗鹽抗污染高密度(2.30g/cm3)水泥漿體系和配套的工藝技術措施。
1、前導水泥漿：2720～3900m采用1.94 g/cm3抗溫抗鹽防污染水泥漿體系。
配方：勝G水泥593g+硅粉207g+SWH-1 2.4g+SWJ-1L 32g+SWJZ-1 6g+NaCL 57.6g+H2O 302g
性能：密度1.94g/cm3；失水16ml/90℃*6.9 MPa*30min；稠化時間274min/130℃*58MPa
2、正常水泥漿：3900～4250m采用密度2.30g/cm3的加重高密度抗鹽抗高溫體系。
配方：勝G484g+鐵礦粉440g+硅粉176g+SWH-1 8.0g+SWJ-3L 30g+SWJZ-11.6g+NaCL 48.6g+H2O270g
性能：密度2.30g/cm3；失水50ml/95℃*6.9 MPa *30min；稠化時間 234min/140℃*70MPa；強度 19.3 MPa/140℃*21 MPa *24h
3.4 豐深3應用情況
豐深3井是一口局級重點探井，主探濟陽坳陷東營凹陷北部陡坡帶豐深3砂體較高部位含油氣情況。鉆進中途測試油氣顯示較好，固井質量的好壞直接影響油氣層的評價。由于同地區井深4000m以上井，固井質量均較差。為此，公司經過深入分析和研究，優選了抗高溫高壓的井下工具附件，并建議采用抗高溫防氣竄膠乳水泥漿體系。
水泥漿配方如下：
勝濰G級水泥+5.0%SDJR-1+5.0%SWJ-3+0.4%SWJZ-1+0.25%SDW+12%鹽+現場水(150℃，60MPa)
水泥漿密度為1.88g/cm3，流動度為19cm，21MPa、150℃養護36小時后抗壓強度為23.4MPa，水泥漿稠度到達40Bc時間為235min，6.9MPa下30min的失水量為47ml。
現場配制藥品水3.92方，大樣復查合格；下完套管后循環洗井調整水泥漿性能，座掛后洗井排量0.65m3/min，泵壓13MPa，第二天倒扣后固井，注入隔離液4方，水泥漿5.3方(用藥品水3.2方)，替漿21.15方，泵壓0-16，碰壓20MPa；拔出中心管循環，候凝48小時。
4 認識與建議
(1)大尺寸套管固井技術(勝科1井)、分級固井、尾管固井、長封固段雙膠塞固井及低密度水泥漿固井工藝，能夠滿足目前深井固井需要。
(2)在鉆穿鹽膏層、膏巖層和軟泥巖以及低壓裂縫漏失層等多種復合復雜地層的情況下，采用了抗鹽抗高溫抗污染高密度水泥漿體系，完成了大噸位，高泵壓的擠注水泥施工。取得了滿意的效果。
(3)配套工藝技術措施的應用、工具附件的正確操作、高密度水泥(與外摻料、外加劑)的混拌質量以及與混拌用水的大樣復查，對于保證復雜井、深井的正常固井施工和保證質量十分重要。
(4)建議進一步加強水泥漿體系的合理設計。尤其是長尾管，確保尾管上部及重疊段的封固質量。以及由于長封固段溫差大，在保證施工作業安全的前提下，防止上部井段水泥漿可能出現凝結時間過程，或凝結強度發展太慢的情況。
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