查干花深层气尾管固井技术

摘要：查干花区块以开发深层气为主，主要完井方式为尾管悬挂完井。由于该地区井下条件复杂，井深且地温梯度高，气层多且气显示活跃，封固段长且环空间隙小，施工压力高且地层易漏。文章通过有针对性的采用完井预堵漏，下套管前通井划眼、双密度水泥浆、紊流顶替、动态加回压等一系列措施，很好地解决了该地区尾管固井中存在的难点，对今后保持和提高查干花地区深层气井固井质量具有现实意义。

关键词：查干花；尾管固井；施工技术

中图分类号：TE256 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）06-0197-03

吉林松原查干花地区位于松辽盆地长岭断陷中部凸起带，该区块以深层气为主，井深一般在4300～5000米之间，多采用在9-5/8″技术套管内挂5-1/2″尾管完井，根据后续开采情况决定是否回接至井口。由于上部地层容易掉块、发生井漏，所以技术套管一般相对较浅，在3400米左右，这就导致尾管固井封固段较长。尾管固井除了必须解决小间隙易堵卡、高压、顶替效率低、浮箍易失灵等技术问题，还必须解决好封固段长、漏失、高温、防气窜等难点。在近几年的固井施工中，我们针对查干花区块尾管固井所具有的特点，研究总结出了一套适合该地区尾管固井的技术措施。

一、查干花区块尾管固井存在的难点

（一）尾管封固段长，施工压力高，易发生漏失

查干花区块井深一般在4500米左右，个别探井达到近5500米。由于上部地层容易出现掉块卡钻、青山口组地层薄弱，容易发生裂缝性漏失，技术套管受地质条件所限，一般都相对较浅，下深在3400米左右，这就使得完井尾管封固段较长，最长达到2100米。封固段长，环空液柱压力高，加之重合段环空间隙小，注替过程中容易产生憋压，在固井替浆时压力经常达到20MPa以上，给工程施工带来了很大的不安全因素，由于井底高压力，就使得尾管固井容易发生

井漏。

（二）地层易掉块、井径大且不规则，顶替效率低

查干花地层岩性以细砂岩、砂砾岩、泥岩、流纹岩、玄武岩等为主，岩性比较脆，容易掉块，加之采用欠平衡钻进，使得掉块更多，井径大且很不规则，形成小间隙与大肚子并存的糖葫芦井眼。而顶替排量受到尾管坐挂后小间隙高泵压的制约，难以用大排量紊流顶替，顶替效率低，造成大井径段和大肚子井眼泥浆滞留，形成泥浆窜槽，严重影响固井

质量。

（三）油气层分布广且较分散，容易发生气体窜槽

查干花区块以天然气为主，从3200米左右进入泉头组后即有气层显示，断断续续一直到营城组完井都有气显示，油气分布段长且很分散，固井中采取防窜措施也难以兼顾到各个层位，固井后部分油气层位因难以压稳容易发生气体窜槽。

（四）井底温度高，水泥浆性能调配困难

查干花区块地温梯度在3.3℃～3.5℃/100m，由于井较深，井底温度高。龙深1井4965米，井底静止温度达到169℃、腰深5井4669米井底静止温度165℃。由于尾管小间隙固井水泥浆在注替过程中受热要比常规固井快，水泥浆化验温度都在120℃～140℃之间，如此高的温度给水泥浆性能调配带来困难。我们所使用的缓凝剂GH-2B和GH-9在温度超过130℃后即难以和G306等降失水剂相配伍，增大加量亦达不到延长稠化时间的效果；水泥浆在高温下失水难以控制，稳定性差；而且由于封固段长，水泥浆柱上下温差达40℃以上，按井底温度进行室内水泥浆化验，现场施工中上部水泥浆因温度低容易出现超缓凝现象。

（五）尾管悬挂器及浮箍总成容易出现问题

尾管悬挂器及浮箍总成出问题在尾管固井中经常发生，尤其是在深井、超深井以及长封固段的尾管固井中更容易发生。查干花区块尾管固井中就因浮箍总成失灵水泥浆回流到套管内造成固井失败。所以从固井技术方面尽量预防这些问题也是我们在固井设计时应该考虑的重要环节之一。

二、主要研究方向

针对上述施工难点和影响固井质量的因素，从以下几个方面进行研究制定综合性的措施：一是提高地层抗破能力、降压防漏；二是从扶正器、隔离液和顶替排量等入手提高顶替效率；三是搞清主力油气层位置，缩短稠化时间，加回压达到压稳防止气窜；四是研究水泥浆性能，采用双密度水泥浆体系固井解决稠化时间问题；五是采用加重顶替液防止浮箍失灵水泥倒返。

通过以上几个方面的研究，要使查干花区块尾管固井做到降低泵压、防漏、防窜、防止浮箍失灵造成环空油气层漏封。使一次性成功率达到100%，固井合格率达到100%，优良率达到70%以上。

三、主要技术措施

（一）提高地层抗破能力，降低施工压力，预防漏失

1．完井进行预堵漏，做好地层承压实验。近几年在查干花区块的尾管固井中，油气分公司、钻井队，固井施工方都高度重视井漏问题。固井队制定出提高地层抗破能力的措施，积极与各方沟通，通过甲方协调，由钻井方负责具体执行落实措施。主要是完井通井时在钻井液内加入超细堵漏剂，注入井筒内进行憋压预堵漏，然后根据施工压力做地层承压实验，如果压力达不到计算的固井施工中地层所需承受压力，不能下套管固井。

2．划眼扩大裸眼段小井径，扩大过流面积防止堵卡憋压。由于井径不规则，部分井径小，这在替浆时容易在窄小的地方憋压，容易憋漏地层；在尾管和上层套管重合段环空间隙较小，坐挂后间隙更小，容易产生堵卡憋压。为了解决小间隙憋压堵卡问题，我们要求钻井队通过划眼扩眼消除裸眼段小井径，通过高粘稠浆携砂净化井筒防止堵卡。对于尾管坐挂后的小间隙高泵压问题，我们也曾尝试通过采用丢手式不悬挂坐挂器来扩大环空过流面积，由于套管是坐在井底的，套管串太长，管串自身重量容易导致套管弯曲变形，所以丢手式尾管坐挂器在长封固段的尾管固井中并不适用。

3．采用低密度水泥浆封固非主力段油气层以降低环空压力。查干花区块尾管固井采用低密度水泥浆封固非主力段油气层，一是降低了环空液柱压力，起到了防漏的作用；二是解决了水泥浆稠化时间调配问题、利用其良好流变性不同于高密度水泥浆来改善环空流态提高顶替效率。

（二）从扶正器、隔离液、顶替排量等方面采取综合措施以提高顶替效率

1．合理设计套管扶正器安放位置。查干花区块由于井径大且不规则，存在大肚子井眼，为了提高顶替效率，我们选择单弓旋流扶正器和双弓弹性扶正器组合使用。根据地层、井径变化确定扶正器的安放原则：在主力油气层段和大肚子井段的套管上交替使用双弓弹性扶正器和单弓旋流扶正器。在非主力油气层的套管上，以3根为基数，间隔加入双弓弹性扶正器和单弓旋流扶正器。这样不但能保证套管居中度，还能因为旋流扶正器迫使流过的钻井液和水泥浆改变流向和流态，产生旋流达到驱除大井眼的钻井液和死泥饼的效果，能有效防止泥浆窜槽，大大提高了顶替效率以保证主力油气层段及大肚子井段的固井质量。

2．合理设计使用不同类型的隔离液。查干花区块的生产层钻井一般采用欠平衡钻进，为了防止掉块卡钻，钻井液中都混有油性材料作为剂。在尾管固井中，为了有效清除附着在套管壁和井壁上的油性成分，最大限度的驱除干净钻井液，我们采用冲洗隔离液、加重隔离液和配浆缓凝水的复合隔离液体系，主要利用密度和流变性能的差异来达到清除钻井液和泥饼的目的。冲洗隔离液用表面活性剂CW-600水溶液，其密度在1.05g/cm3左右，使用量一般占环空300米，能够使井壁和套管壁由亲油性变为亲水性，而且具有较低的紊流临界排量（小于20L/s）对泥饼有较强的侵透力，能降低钻井液粘度、切力，稀释效果好，冲刷井壁、套管效果好。加重隔离液采用CW-700与石灰石粉的混合液，密度高于钻井液0.2～0.25g/cm3，具有良好的悬浮性和稳定性，因其密度和悬浮力大于泥浆，能有效悬浮岩屑和固相颗粒、有效驱除大井眼中的钻井液，达到提高顶替效率的作用。在注水泥前，一般先注入配浆缓凝水5m3左右，这样不但能达到和水泥浆很好的相容性，而且还能起到进一步清洗井眼的作用。通过合理使用复合隔离液来有效提高顶替效率，达到防止泥浆窜槽的目的。

3．采用紊流+塞流复合顶替技术。尾管固井由于注替压力高，完全采用紊流顶替无法实现，所以选择紊流+塞流复合顶替技术。开始替浆时使用1.8m3左右紊流排量顶替，当井口压力达到15MPa时降低排量采用塞流顶替。既能保证顶替效率，同时又可以避免环空动压过大导致井漏。

（三）提高水泥浆防窜能力，采用动态加回压等技术措施达到防气窜目的

1．优选非渗透防气窜水泥浆，缩短水泥浆初终凝过度时间提高防窜能力。对于气井固井，水泥浆的防窜性能至关重要。针对气体运移的三种途径，我们优选了非渗透防气窜水泥浆体系，控制水泥浆滤失量在40mL以下，降低自由液达到0mL；缩短水泥浆30BC到100BC的过度时间，做到水泥浆的直角稠化。同时在水泥浆配方中加入微硅粉，提高水泥石的致密性来达到防气窜的目的。

2．采用双密度双凝水泥浆提高防气窜能力。为了防止水泥浆凝结失重引起的气窜，采用双密度双凝水泥浆。在上部采用1.55～1.60g/cm3的高强低密度水泥浆，主力油气层段采用密度1.90g/cm3的加砂高密度水泥浆；低密度水泥浆稠化时间在保证施工安全的基础上附加90分钟，高密度水泥浆附加40分钟，这样在高密度水泥浆凝结失重时，上部的低密度水泥浆能有效传递液柱压力达到压稳地层防止气窜的效果。

3．采用环空动态加回压技术防止气窜。尾管固井中，碰压结束后要上提钻具洗出多余水泥浆，在查干花区块的尾管固井中，这个过程一般需要1小时左右，从高密度快凝水泥浆的稠化时间考虑，此时正是快凝水泥浆凝结产生失重，最容易发生气侵的时刻，为了更有效地弥补水泥浆失重的压力损失，我们采用大排量不间断循环洗井，利用大排量洗井产生的循环压力对套管环空进行动态加回压。循环排量根据立管泵压控制，立管压力要求达到8MPa左右，通过理论计算，其有效作用于下部水泥浆的压力大概在1.5～2MPa。

（四）采用加重套管内顶替液平衡套管内外压力防止浮箍失灵

在高温高压井、深井、超深井尾管固井中经常会因浮箍总成失灵造成环空水泥浆低返，导致喇叭口无水泥，严重的会露封产层导致固井失败。为了预防浮箍总成失灵，我们采用了套管内顶替液加重法和悬挂器顶部留上水泥塞法。加重顶替液的入井数量应少于套管内容积2m3，这样在上提钻具时可以保证上水泥塞水泥浆不会被顶替液污染。套管内顶替液加重不但能防止浮箍总成失灵水泥浆回流，也能有效降低施工泵压，保证施工安全。预留上水泥塞保证了尾管喇叭口处的封固质量，一般上水泥塞长度要求在100米

左右。

四、深层气尾管固井配套措施的应用效果

通过近年来在查干花区块的尾管固井，我们总结经验、逐步完善技术措施，总结出了这套适合查干花区块尾管固井特点的配套措施，通过在腰深202井、腰平9、腰深5井等十几口尾管固井中进行应用，固井施工顺利，固井质量有了大幅提高，特别是高密度封固段质量均达到了良好，尾管喇叭口处未出现露封现象，尾管固井一次性成功率达到了100%，固井质量合格率达到了100%，主力油气层封固段优良率达到了70%以上。

五、结论与认识

1．高温深层气尾管固井是一项复杂的系统工程，需要我们针对其特点和难点制定科学的配套措施。

2．查干花区块深层气尾管固井质量的提高证明目前制定的配套技术措施是科学有效的，但仍有需要完善改进的地方，特别是低密度水泥浆体系，需要解决其超缓凝和强度问题。

3．动态加回压是尾管固井防气窜的一项重要措施，在具体操作中应考虑到压漏地层的问题。

4．加重套管内顶替液防止浮箍总成失灵，虽然有效但其副作用很明显，被清水置换后容易造成水泥环与套管之间产生微间隙影响固井质量。因此，加强和改进浮箍总成质量才是关键。

5．尾管固井中，在悬挂器顶部留上水泥塞能有效解决因水泥浆失水、水泥石体积收缩等造成的喇叭口露封问题。

参考文献

[1] 万仁溥．现代完井技术[M]．石油工业出版社，2000．

[2] 刘崇建，黄柏宗，等．油气井注水泥理论与应用[M]．北京：石油工业出社，2001．

作者简介：刘高军，中原石油勘探局固井工程处东北项目部经理，工程师。