LN-X井碎屑岩水平井固井实践.pdf

2023年第9期西部探矿工程*收稿日期：2022-09-02修回日期：2022-10-10第一作者简介：杨川(1988-)，男（汉族），四川泸州人，工程师，现从事固井技术研究及现场技术服务工作。LN-X井碎屑岩水平井固井实践杨川*，罗森，陈曦（川庆钻探工程有限公司井下作业公司，四川 成都 610051）摘要：LN-X井是塔里木油田轮南区块一口水平开发井，完钻井深5409m、水平段长411m。该井油层段井径扩大异常、极不规则；油层段发育两套油层和一套水层，油水隔层只有30m，固井要求油水层良好层间封隔。针对该井大排量施工与地层漏失矛盾突出的难点，通过优化浆体流变、附加水泥量变排量顶替的方法解决了油层段固井顶替问题，同时采用自愈合水泥浆体系降低了层间窜流风险。该井固井施工顺利、固井质量合格，技术措施可为老区调整井固井、复杂油水关系井固井提供借鉴。关键词：水平井；固井；漏失；水泥浆中图分类号：TE2 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)09-0070-04LN-X井是塔里木油田轮南区块一口二开二完水平开发井。如图1所示，一开井深800m，采用244.5mm套管封固；二开目的层为三叠系碎屑岩油藏，井深5409m、造斜点4450m、A点4998.57m、水平段长411m，井底静止温度106。目的层采用215.9mm钻头钻进、泥浆密度1.27g/cm3，177.8mm+139.7mm复合套管全井封固、变径短节位于 3500m，直井段平均环容20L/m、造斜段及水平段平均环容 56L/m 且井径不规则。水平段发育两套油层、造斜段发育一套水层，油水隔层30m，两套油层隔层70m，要求油水层良好层间封隔。该井环空上小下大，受地层漏失压力限制，常规固井工艺难以兼顾目的层固井质量和一次上返；同时油水隔层薄，候凝期间层间水窜风险高。1固井技术难点分析1.1固井顶替难点LN地区三叠系地层较为疏松、水平井钻进井径扩大率较大，造斜段平均井径扩大率40%，环容56L/m，是直井段环容近3倍。根据碎屑岩水平井一般固井经验和固井软件模拟结果，在井径较为规则的条件下，若保证水泥浆对钻井液较好的驱替，目的层环空返速应达到1.0m/s。此时上部直井段环空返速已达到2.8m/s，变径处钻井液流动产生的动压力达到1.78、超过LN地区一般漏失压力系数1.7（见表1），固井顶替效果和一次上返难以兼顾。同时，造斜段井径规则程度较差，进一步加剧了顶替的困难。图1LN-X井井身结构图表1目的层不同环空返速模拟顶替效率关键参数上部平均环空返速（m/s）井底动压力系数3500m（套管变径处）动压力系数目的层顶替效率油层段平均环空返速（m/s）0.82.241.651.7082%0.92.521.711.7690%1.02.81.731.7895%注：模拟参数：泥浆YP=3Pa、PV=25mPas；水泥浆k=0.4Pasn、n=0.84；冲洗时间20min。702023年第9期西部探矿工程1.2固井压稳难点LN地区长期注水开发导致油水层压差较大1-2，本井水层压力系数1.2、油层压力系数0.8，油水隔层30m，层间压差16MPa，层间封隔要求高。本井3500m以上采用177.8mm封固、属于窄间隙固井，根据Sutton D等人提出的失重计算方法3，窄间隙条件下水泥浆液柱失重较大环空明显，水层存在压不稳的风险。此外，由于轮南地层三叠系孔渗较发育、一般渗透率（100300）10-3m2，即便固井及候凝过程压稳，地层水与水泥浆之间的质量交换也可能导致油水层窜通。1.3界面胶结难点按照碎屑岩固井一般技术要求，固井水泥浆壁面剪应力达到30Pa才可以有效清除井壁虚泥饼、保证界面胶结质量。在大环空条件下，单纯依靠增大排量来提高壁面剪应力效果不明显（见表2），需要提高水泥浆稠度以获取更高的壁面剪应力。采用稠浆则固井摩阻高，进一步加剧固井漏失，且稠浆一般触变较强、易造成环空失重过大而压不稳水层。2关键技术措施2.1井眼准备要求为提高目的层管柱居中度，造斜段点以下1根套管一只扶正器，斜井段及水平段居中度仅40%50%。由于水平井管柱居中度较低，固井前调整泥浆屈服值，保证固井过程在1m/s的返速下偏心环空泥浆全部参与流动，见图2。2.2浆体结构及顶替设计为防止井漏，浆柱结构设计为1.03g/cm3冲洗型隔离液+1.35g/cm3领浆+1.86/cm3尾浆（封固至 A 点以上300m）。本井固井过程最高动压力当量在上部窄间隙井段，上部井段较下部油层段漏失风险高，见图3。因此，可采用大排量顶替保证油层段顶替效率，在水泥浆领浆大排量冲洗油层段足够时间后降低排量、控制漏速，实现一次上返封固全井。2.3水泥浆性能设计（1）领浆设计。以保证环空完全填充和减小失重程度为主。控制水泥浆稠度系数小于0.4Pasn可达到100%的环空填充率，如表3所示。同时，低稠度水泥浆流动性好，更易于与不规则井眼段中残存的泥浆发生质量交换，最大程度提高顶替效率；低稠度领浆结构力较小，可有效减小液柱失重程度，保证候凝压稳水层。（2）尾浆设计。尾浆性能主要以保证低返速下壁面剪应力和减小水侵风险为主。参照表2计算结果，在尾浆中使用自愈合剂，控制尾浆稠度系在1.5Pasn以表2目的层不同环空返速和浆体对应的壁面剪应力（Pa）水泥浆幂律指数0.850.790.73水泥浆稠度系数（Pasn）0.30.91.5油层段平均环空返速（m/s）0.4821300.71330411.0184155图2LN-X井环空1m/s的返速下不同泥浆屈服值环空流速分布（从左到右泥浆屈服值分别为6Pa、5Pa、4Pa）图3排量3m3/min循环时全井环空动压力分布表3浆体流变对应的环空填充程度（1m/s环空返速）水泥浆幂律指数0.850.840.830.82水泥浆稠度系数（Pasn）0.30.40.50.6环空填充程度（%）1001009591712023年第9期西部探矿工程上，可保证尾浆在固井后期小排量顶替条件下的壁面剪应力。同时，水泥浆稠度系数较高时水泥浆浆态较稠，可增加地层水侵阻力、降低水侵风险。3浆体性能评价3.1前置液及低密度领浆（1）冲洗液直接采用配浆水，具有一定粘度，减小冲垮地层的风险。（2）领浆配方：水泥100g+微硅10g+减轻材料27g+水79g+防气窜剂5g+缓凝剂0.1g+减阻剂3g+消泡剂0.5g。领浆在保证沉降稳定性的同时，将水泥浆稠度系数控制在0.4以下，有效降低候凝过程中环空液柱压力损失，降低水层窜流风险。具体性能见表4。表4水泥浆领浆性能密度（g/cm3）1.35稠化（min）357上下密度差（g/cm3）0.02n0.86K（Pasn）0.27失水量（mL）48游离液（%）0顶部48h强度（MPa）18泥浆领浆7 3污染（min）400（未稠）3.2尾浆在碎屑岩固井中使用自愈合水泥浆体系4-5，通过紧密堆积设计形成密度1.86g/cm3的水泥浆，进一步提高油水隔层封固把握性。具体配方：水泥100g+硅粉35g+自愈合剂5g+水49.5g+防气窜剂5g+胶乳5g+缓凝剂0.1g+减阻剂1.5g+消泡剂1g。（1）封堵性能。根据碎屑岩目的层一般典型物性特点渗透率（100300）10-3m2，制备渗透率115.1010-3m2和 285.2010-3m2的人造岩芯两组。每组两块，分别浸泡于普通水泥浆和自愈合水泥浆后测试岩芯渗透率，对比不同水泥浆对岩芯的封堵效果，测试结果见表5。对于不同渗透率的岩芯而言，自愈合水泥浆平均可使人造岩芯的渗透率下降约70%80%，对地层孔渗的封堵效果明显优于普通水泥浆体系，可进一步提高油水层的封固把握。（2）防窜性能。通过水泥浆静胶凝过渡时间评价浆体防窜性能，过渡时间越短则防窜性能越好6。图4为胶乳自愈合水泥浆在100条件下的静胶凝强度发展曲线，从图中可以看出浆体胶凝强度从48Pa发展到240Pa仅用时10min，体系具有良好防窜性能。表5自愈合水泥浆封堵性能评价岩芯编号1#2#原始渗透率（10-3m2）115.10285.20普通水泥浆封堵后渗透率/变化率（10-3m2/%）99.80/13.29227.42/20.56胶乳水泥浆封堵后渗透率/变化率（10-3m2/%）26.54/76.9455.25/80.63图4胶乳自愈合水泥浆体系100静胶凝曲线（过渡时间9min）（下转第75页）722023年第9期西部探矿工程摩阻扭矩，实现钻井施工工作的顺利开展。井眼的净化、岩屑床的破坏，可以对井壁与钻柱之间的摩擦系数控制在最小值，达到有效控制扭矩及摩擦阻力的目的。扭矩及摩擦阻力的变化是最直观反映钻井施工过程中井眼净化程度变化的，通过观察扭矩及摩擦阻力的变化可以对井眼净化采取科学合理的措施。3.2.3井壁稳定技术井壁围岩在大斜度定向井钻井施工过程中，会受到来自切向、径向、垂直方向上各种力的作用，同时还会受到抽吸压力及剪切应力的影响。我们以某油田大斜度定向井施工为例，在实际的钻井施工过程中，我们将井眼失水量进行科学合理的控制，保持在4mL的范围内，在此时的施工环境下，井壁上会形成泥饼，而泥饼有着薄而韧的特点，同时控制起下钻的施工速度，我们需要将每柱起钻时间控制在3min以上，避免因为快速起钻造成钻井施工过程中井壁出现失稳问题。4结束语经过以上的研究和分析发现，钻井施工过程中，大斜度定向井钻井施工难度比较大，所以靶区的形状和范围需要进行严格的控制，我们再对钻井施工进行优化设计的时候，需要参照整个流程，科学合理地选择钻井参数及钻具组合，在钻井施工的不同阶段，需要采用不同的井眼轨迹控制技术，实现科学合理地对井眼轨迹进行准确控制，促进大斜度定向井钻井施工质量和施工进度的有序开展。参考文献：1王学友.大斜度定向井钻井设计优化分析及其应用探讨J.西部探矿工程,2020,32(10):47-48，52.2何鑫.大斜度定向井钻井优化设计J.中国石油和化工标准与质量,2020,40(9):226-227.3王成实.大斜度定向井钻井的优化设计研究J.石化技术,2018,25(11):216.4吴德山,董振国,崔春兰.大斜度定向井钻井设计优化及应用实践J.煤炭科学技术,2018,46(4):58-64.5陈涛,赵思军,常小绪,汪勇,李勇政,朱旭.四川盆地川东地区复杂地层大斜度超深定向钻井技术J.天然气勘探与开发,2018,41(1):101-107.（上接第72页）4现场实施2021 年 6 月 17 日，LN-X 井固井施工。固井前1.5m3/min排量循环不漏失，并按此排量充分循环钻井、调整钻井液性能后，提高排量至固井需要的3.6m3/min测试漏失速度。在 3.6m3/min 的排量下漏失率达到70%，1.5m3/min的排量下则停止漏失，漏失率与排量有较好的对应关系，见表6。测漏速后开始施工，主要施工步骤如下：车注密度1.03g/cm3前置液10m3，排量1.5m3/min；车注密度 1.35g/cm3领浆 120m3，排量 1.5m3/min；车注密度1.86g/cm3胶乳自愈合水泥浆 42m3，排量 3.3m3/min；泵替密度1.60g/cm3加重泥浆30m3，排量3.3m3/min；泵替密度1.27g/cm3泥浆60m3，前期排量3.6m3/min、按漏点 3500m 控制水泥浆漏失量 35m3后降排量至 1.50.9m3/min。替浆最后20m3混浆返出地面，固井施工正常碰压。碰压后关井环空压力11MPa，48h后放压降为0。胶结测井结果显示尾浆段合格率 94%、优质率66%，油水层得到良好封固。5结论针对LN-X井油层段井径异常扩大、油水层间窜流风险高的难题，通过变排量，克服了固井漏失与全井封固之间的矛盾，解决了该井生产套管油层段固井顶替问题；使用自愈合水泥浆体系实现对水层的封堵和防窜，有效降低层间窜流风险。该井固井施工顺利、固井质量合格，技术措施可为老区调整井固井、复杂油水关系井固井提供借鉴。参考文献：1康玉柱.塔里木盆地油气藏（田）特征J.石油实验地质,2000,22(2):115-120.2陈秀艳,罗平,贾进华,等.塔北中部石炭系东河砂岩物源及沉积体系J.海相油气地质,2013,18(2):23-30.3Sutton D,Sabins L.New Evaluation for Annular Gas Flow PotentialJ.Oil Gas 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