元坝地区深井干法固井应用

【摘要】本文主要对深井干法固井存在的问题难点及实施条件进行了浅析，对干法固井工艺及水泥浆体系进行了总结，在此基础上进行了现场应用，现场应用效果良好，为目前川东北地区干法固井实施井深最深的一口井，为促进深井干法固井技术的进一步成熟及节约钻井时效，缩短钻井周期、降低钻井成本提供可借鉴的经验。

【关键词】干法固井 正注水泥浆 吊灌水泥浆

元坝地区海相超深井设计井深均超过7000m，目前采用5开制井深结构，每口井的钻井周期均在一年以上；陆相深井接近或超过5000m，为缩短钻井周期，各开次钻完井均采用了针对性技术措施。在固井方面，由于二开实施空气钻进，完钻井深均在3000m左右。以前空气钻井完钻后均在井内灌满（置换）钻井液才下套管固井，而在空井内灌满钻井液后常引起的井壁掉块、垮塌、漏失等二次井眼复杂问题，造成通井、下套管困难。而现在直接实施的干法固井缩短了中完时间，较好的解决了空气钻井后转换钻井液引起的复杂问题和以往干法固井的不足。

1 深井干法固井存在难点及实施条件

1.1 深井干法固井存在的难点

1.1.1？固井井壁失稳和岩屑清除问题

采用气体作为循环介质钻成的井眼，井壁干燥，井内流体柱压力极低，井眼周围岩石应力得到充分释放，井壁岩石既存在天然孔缝又存在破碎岩石产生的应力释放缝，在受到入井钻头、管串震荡，循环压力波动及入井水泥浆滤液引起泥页岩水化膨胀影响时容易引起井壁失稳。在下套管过程中发生井壁，最终导致井底大段岩屑不能清除干净，使套管不能顺利下入到位；若注水泥浆过程中发生井壁失稳，极易引起环空憋堵，又不能根据井口压力判断井下情况，易导致 “灌香肠”固井事故。1.1.2？井漏问题

由于井眼是在气体介质条件下形成的，井内没有承受过高压力的验证，固井注水泥浆过程，井底承受压力不断上涨，容易导致漏失情况的发生。在空气条件下，固井注水泥过程中压力不能及时反映到井口，地面不能掌握到井是否发生漏失，若漏失，水泥浆返高过浅，替浆碰压后，管内压力高于管外还易引起套管鞋处替空等固井事故发生。

1.1.3？对水泥浆体系的综合性能及关键性能要求高

气体条件下干燥井壁的润湿性需求，使水泥浆中自由水的大量失去，会影响水泥浆的稳定性、水化性能及流变性能，从而影响固井胶结质量；如果水泥浆失水量过大流经渗透率大或孔隙、裂缝发育的井段可能因大量失水，而影起桥堵造成施工安全问题。由于在注水泥浆过程中水泥浆直接吊灌入井，这段时间水泥浆在井内流动较慢，基本可考虑成静止，所以在实验温度选取上应考虑成井底静止温度（吊灌段的底部）；在水泥浆密度上，由于在干燥井眼中失水，水泥浆密度上升，在实验室中测定水泥浆稠化时间上必须在密度高点上作更高要求，以保证施工安全。

因此，用于气体介质条件下固井的水泥浆体系，应对保证注水泥安全的关键性能提出特殊要求，如自由水、滤失量、流变性和稳定性等。另一方面，气体介质钻井井段，常易遇到易漏失井段，水泥浆应具有防漏或堵漏特性。

1.2 干法固井实施条件

1.2.1？所钻遇地层无油气水显示

空气钻井有油气水显示时，进行干法固井无压稳条件，有产生井下及井口燃爆危险。有水层时井壁与套管被钻屑粉末糊壁，下套管时，井眼不能清洁、井壁垮塌、摩阻大而下不到位，若出水量较大，且干法固井不能一次正注到位时，候凝至环空吊灌时，环空已聚集一段水柱，不能满足气井全封固的要求。

1.2.2？井眼基本稳定

空气钻井过程中井眼基本稳定，无大量掉块、垮塌现象，井眼能够有效清洁，保证套管能够顺利下放到位。

2 深井干法固井工艺及水泥浆体系

2.1 固井工艺技术

2.1.1？固井方法

元坝地区二开空气钻完钻井深，均在 3000m左右，使用插入固井可能引起插头密封不严，且不易发现，即使插头密封，注水泥浆之前及注水泥过程中均需在套管与钻杆的环形空间灌入钻井液，施工较为复杂，并且施工结束后还会增大回压凡尔的反作用力和底部套管所受的外挤压力，影响管柱安全。因此，本地区深井干法固井通常使用常规单胶塞固井。

2.1.2？封固段长的确定

由于封固段长，若一次性将水泥浆正注到位，水泥浆返出地面，易导致井漏，所以本地区一般不一次性注水泥浆返至井口，而采用正注反灌的方式，第一次正注具体水泥浆返高根据以下方式确定：

（1）确保替浆结束后管内压力低于管外液注压力，防止套管鞋替空。

（2）控制管外压力与管内压力差小于套管抗外挤强度80%，以免发生套管挤毁。

（3）根据相邻井的承压能力情况，尽量一次水泥浆返高足够，但不压漏地层。若承压能力不足，一般采用清水替浆，较小一次返高，防止井漏发生。

2.1.3？浆柱结构设计

附：其它井应用情况

元陆1：套管：244.5m m；下深：2822m；正注封固：2822-800m，反灌封固：0-800m；固井质量：优

元陆5：套管：244.5m m；下深：2862m；正注封固：2862-1000m，反灌封固：0-1000m；固井质量：优

元陆8：套管：244.5m m；下深：2676m；正注封固：2862-1000m，反灌封固：0-1000m；固井质量：优

元陆9：套管：244.5m m；下深：2898m；正注封固：2898-800m，反灌封固：0-800m；固井质量：优

4 结论

（1）采用干法固井新工艺，采用正注水泥浆压胶塞替浆，然后环空吊灌，减小了一次注水泥浆到位的施工井漏风险；根据元坝地区及邻井井径数据作参考，计算好水泥浆量，为控制好管内外压差和防止施工替浆起高压，保证了施工安全，并顺利完成施工。

（2）针对于元坝地区的研究的干法固井水泥浆体系能有效应用于现场施工，避免施工可能出现的井壁失稳，环空憋堵等复杂情况。

（3）形成了气体介质条件下井眼不置换钻井液固井成套工艺技术，满足了气体介质条件下井眼不置换钻井液注水泥作业要求，缩短了固井周期，为元坝地区深井、超深井安全、优质、快速建井奠定了技术基础。

（4）相对于以往的转换成泥浆条件下的固井，干法固井质量有明显提高。节约了钻井周期及钻井液损耗。

（5）解决了空气钻井完钻后，置换钻井液时引起的井壁掉块、垮塌、漏失等二次井眼复杂问题。

作者简介

范海林1979年参加工作。1979年至2006年3月从事固井工作。2006年3月至今从事固井监督工作。持中石化二级监督证书。