复杂井况条件下的固井技术.doc

复杂井况条件下的固井技术陈向军方琴摘要：江汉钻井主要在建南地区、川东北地区及贵州官渡地区钻探，这些 区块的地质条件复杂，井况差，钻井、I古I井施工及候凝期间易发生井漏， 单级固井要求封固段较长，存在单级固井时需兼顾防漏、防气窜等诸多问 题主要地质特点是：断层多；地层倾角大；砂岩较多；地层压力系数变 化大；一般产层压力高；地层承压能力低；含浅层气及H2S；含膏盐层 主题词：复杂井况固井质量技术应用一、固井难点主要集中反映在固井优质率低，后期开采作业时井口冒气等问题具 体表现在：声幅值普遍较高（一般为25〜40%）,存在无水泥段、层间封 隔不很理想等方面其主要原因有如下几点：1、 气层多且压力系统不一气层多，压力系统不一，不论是固技套还是产层固井，裸眼地层一般 存在多个压力系统不一的气层新场2侧1井在7"套管固井时存在10个 气层、9个水层及多个产层官9井存在4个气层，跨距747mo2、 漏层多、漏失严重存在多层的漏失层段，且多段属于有进无出的裂缝性甚至溶洞性漏 失在钻井过程中发现漏失后采用多种方式堵漏但固井施工时因水泥浆 流动阻力较大，造成施工压力较高，会对漏失层造成强烈的挤压，有可能 再次发半漏失。

漏速快、漏失量大的特点导致大段的浆体漏失而形成空套管段同时在固井施工过程中，也发生过恶性漏失，导致下部井段套管环 空无水泥浆建平1井在①244.5mm技套固井过程中，一级|古|井施工时漏失15方, 循环时漏失20方二级固井时漏失60方；后采取反注水泥400袋补救普光3井在长兴组：5874〜6081m；飞仙关：5499〜5874m；须家河： 3635〜4247m存在漏层钻井液密度高于1・55g/cn?就发生井漏后通过 堵漏，地层可承受压力当量泥浆密度为1・68 g/cm3o但在尾管固井施工时 发生井漏，导致水泥浆返高不理想3、封固段长由于气层固井对封固要求高，封固段长；一般要求水泥返至地面（官 9井等）水泥封固段长度一般为2500〜3500m （普光3井尾管固井封固段 长为2664.25m,回接吋封固段长为3445.75m）,因此带来一系列问题1） 施工压力高，不利于安全施工，且易蹩漏地层，甚至蹩破地层 建平1井的技套管固井中，一、二级固井施工中共漏失水泥泥浆95方 后通过在井口反挤400袋水泥进行补救，但总体效果不好测声幅时发现 环空中空井段竟达400mo（2） 同体系水泥浆所处的候凝环境差异大，下部井段水泥浆所处环 境为高温环境，稠化、凝I古I、静胶过渡吋间均短，上部水泥浆所处环境温 度低（地温梯度为1.8C/100m,单级水泥浆跨度达2000时，上下温差36C ）, 因此缓凝，这种因素对固井质量的影响极大。

虽然可以通过使用两凝甚至多凝水泥浆来缓减这种恶劣影响，但这种 工艺技术首先增大了现场施工的复杂性，最主要的是如果上部水泥浆必须 流经井底上返到上部井段环空中，流经高温区，要求不速凝，但候凝在低温区而要求不超缓凝的这种水泥浆体系较难配制所以在该地区固井时，经常会发现在中部井段的声幅值过高，甚至是 空套管现象，但是中部井段并非都漏失空了，可能存在超缓凝水泥浆尚未 凝固其次，同一体系水泥浆所处的井温、压力环境差异大，稠化及凝固时 间差异相应大，处在较浅井段的水泥浆因环境温度相对低而导致超缓凝， 也影响到固井质量普光3井的低密度水泥浆流经井底高温区（井底温度 139C）,但却在85C温度下候凝4、 环空间隙小该地区常用的井身结构一般为二开用①311」mm钻头钻至 2500m〜3000m,然后下①244.5mm技套固井，封固上部易漏地层及浅层气, 同时为下部井段调整钻井液作好井眼准备技套周井吋环空间隙为 40mm〜50mm；随即用①215.9mm钻头三开，一般下0177.8mm产层套管 或O177.8mm + O139.7mm异径套管在该地区海相地层钻井过程中，井 径扩大率极小，环空间隙仅20~25mm。

在该地区周井还存在着环空间隙小，地层渗透率低、工艺复杂等困难 首先是施工压力高，其次是水泥环薄，难以对地层实现有效封固因此， 对于产层套管固井中，套管居中就显得尤为重要双庙1井在0193. 7mm无接箍尾管周井吋，环空间隙仅11. 1mm,后选 择部分井段采取扩径的办法，平均环隙为①23.7mm5、 井眼轨迹不平滑井眼轨迹平滑与否对周井质量的影响勿庸置疑，由于地理环境的局限 性，使得井位选择的余地较小，所以钻大位移井、侧钻井的居多，钻直井的较少同时，按井位移动原则选取的井位一般不具备钻井作业、后勤保 障及降低综合成本的条件所以很难实现按自然造斜、漂移规律来确定井 位这样导致的钻井结果是当方位漂移严重吋需扭方位来调整中靶另外 因该地区为山前高陡构造，对井斜及方位的控制难度较大，在中靶要求下 也需经常性地调整井眼轨迹所以该地区的大多数井井眼轨迹不光滑、平 缓，井斜角大，全角变化率大，影响套管居中，影响I古I井质量建68斜井在钻二开井眼吋，因中靶要求进行了三次定向，在三开钻井过程中又进行了一次定向施工建69侧平1井在较长井段的全角变化率居高不下，最高达到46/100mo新场2侧平1井在钻井过程中，因地层原因及多次下定工具管向，导致井眼全角变化率较大。

二、针对各种复杂井况采取的固井措施近年来江汉油田在这些地区主要完成了以下十几口井的固井工作，其 中包括茶园1井、新场2井、新场2侧1井、太1井、建68斜井、建69 井、建69侧平1井、建44援1井、建44援1侧平1井、建46侧1井、 建46侧平2井、建平1井、黄金1井等近期又完成了双庙1井、官9 井、普光3等井下面选取几口有代表性的井进行汇报1、新场2侧1本井在新场2井老井筒内侧钻出的一口侧钻井，老井技套 ①244.5mmx2051.02m ； 钻 头 ① 215.9mmx4180.01m ； 套 管 (D177.8mmx4179.74mo (1)本井气层多，共有10层，且从井深1777m至 3637m分散地存在；(2)井径极不规则，最大为①355.6mm,最小为 O152.4mm； (3)井斜变化不大，井深3800m至井底为井斜22增至36.94)全角变化率较大对于气层多,;层间距大的井，固井难度较大，要将所有的气层全部封固好，可以采用多凝水泥浆由下而上逐段封周，以防止水泥浆候凝期间 失重而导致气窜但这种工艺仍无法完全杜绝气窜的发生，需要从工艺方 面及水泥浆体系方面进行优化主要采取了以下技术措施:(1) 分级注水泥由于本井①177.8mm产层套管固井要求水泥浆返至地面，所以封I古I段 长要求达到4100多米，采用了分级注水泥方式固井。

分级箍井段： 1995.46m〜1996.20m有效地降低了固井施工压力，不仅保证了安全施工, 尤其是减轻了水泥浆候凝期间因失重而引起的气窜2) 水泥浆体系一级：三峡G级水泥75t+G309・l(防气窜降失水剂)x+USZ+FRY+GH・l主要性能：初始稠度17BC、稠化时间226n)in、失水124ml、抗压强 度 39MPa使用6方清水作隔离液，水泥浆平均密度为1.90 g/cm3o二级：三峡 G 级水泥 45t+G301+USZ+FRY+GH・l主要性能：初始稠度7BC、稠化时间215min.失水433mk抗压强度29.7MPao使用8方清水作隔离液，水泥浆平均密度为1.9 g/cm3其优点为：•具有很好的流动性，降低了施工吋的循环压力；•合理的稠化吋间，既保证施工安全，同吋水泥浆在候凝期间可尽快形成强度防止气窜;•较低的高温失水，保证施工安全，同时防气窜•较高的水泥石强度•隔禽液在环空中可达300m以上，可充分冲刷井壁、稀释泥浆，提 高水泥浆对泥浆的顶替效率3) 顶替排量在固井施工中，预计水泥浆岀套管鞋时，加大顶替排量至1.8方/min 水泥浆上返速度达到2.45m/s,实现了水泥浆对泥浆的紊流顶替，紊流顶替 时间也足够长。

固井质量：候凝6天后测声幅，合格2、双庙1井本井较特殊的井况为固井时环空间隙小，双庙1井在①193.7mm无接 箍尾管固井吋，环空间隙仅11.1mm,后选择部分井段采取扩径的办法，平 均环隙为23. 7mm本井的井身结构为:技套①244. 5mm套管(壁厚TP110TTSS Xll. 99mm) X 1951. 97m 后，用钻头 0215. 9mmX 3400m；用① 241. 3mm 扩 眼工具在井段2500~2650m及3250〜3400m扩眼下技套①193. 7mm尾管 X (1750m〜3400m)本井的主要复杂井况为：(1) 存在较多的漏失层，漏失井段为：老井眼内：2083m； 2231m； 2769mo新井眼内:2253m； 2267m； 2272m； 2275m； 2276m； 2387m； 2394m； 2740m； 2788mo(2) 环空间隙小，在扩眼井段的环空间隙为：23.7mmo未扩眼井段的环隙仅为11.1mm根据上述的复杂情况，本井采取的固井技术措施为：(1) 水泥浆配方：采用两段水泥浆，井段1600m〜2600m采用低密度 (1.60-1.65 g/cm3 )水泥浆；井段2600m〜3400m采用常规密度(1.85—1.88 g/cm3 )水泥浆。

两段水泥浆的初始稠度控制在16BC以内，保持良 好的流动性两段水泥浆的失水均控制在50ml以内，防止因环空间隙较小而导致施 工压力过高引起水泥浆失水过大两段水泥浆之间的稠化吋间相差为 138min,保证实现两凝的目的水泥浆良好的流动性为控制施工压力提供了较好的前提条件，为降低 水泥浆失水及防止井漏创造了条件2) 前置液因本井存在300m的扩眼井段，为提高顶替效率，设计使用了前置液 •冲洗液1方密度 1. 1 g/cm3,粘度 35s•隔离液4方(加入堵漏材料)密度 1.68 g/cm3,粘度 65s3) 顶替排量的控制为提高顶替效率，同时乂必须控制施工压力，所以本井在低密度水泥 浆出套管鞋吋仍然维持原排量，在常规密度水泥浆出套管鞋吋立即降低顶 替排量，将上返速度控制在1.6m/s以内，施工压力最高为lOMPao固井质量：合格3、官9井本井井身结构为：技术套管①244.5mm (J55X10. 03mm) X302. 89m,二开钻头①215. 9mmX 1882m；①177. 8mm套管X 1768m,下至主力气层顶部本井的复杂情况为:1774. 2m~ 1788m气层压力为当量钻井液密度1. 47g/cm3。

另外，1041. 0m〜1044. Om 气测异常；1453. Om〜1453. 3m 含气 层；1699. 4m〜1704. 62m含气层泥浆密度提高至1. 70g/cm3可压稳气层， 但仍有气侵现象，泥浆密度持续降低，但较缓慢在气层未压稳的情况下, 本井要求立即完井，水泥浆要求返至地面，且水泥浆不能污染气层针对本井存在的复杂，采取的主要固井技术措施为：（1） 两凝水泥为防气窜，本井采用两凝水泥，封气层的速凝段的稠化时间120min, 缓凝水泥浆稠化吋间为256mino速凝段稠化时间极短，但是施工完后水泥 浆可迅速稠化、凝固，对于有效封固高压气层及防气窜有显著效果两段 水泥浆的失水均控制在80ml以内，对于防气窜及提高I古I井质量有良好效 果两凝水泥浆的分段较科学，缓凝段封固井段为：井深1400 m至井口， 速凝段封固井段为1400m至井底本方案有利于在速凝段水泥浆失重的情 况下，上部井段的缓凝水泥浆仍然以液体状态存在，可有。