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1、吉林油田长深 5 井固井工艺技术王顺利 毛靖勋 孙富全 袁志军（吉林石油集团公司钻井工艺研究院）摘 要 长深 5 井是吉林油田最深的一口天然气预探井，设计井深 5400 米，实际完钻 5321 米，生产套管固井存在着井 深温度高、全封温差大和酸性气体腐蚀等技术难点，固井需要考虑防漏、防窜和防腐。根据改井基本情况和难点分析，确定 固井方案，研究开发抗高温前置液和水泥浆体系，优化固井工艺参数，成功完成了长深 5井固井作业，固井质量合格率100%， 优质率 96.46%。关键词 抗高温 前置液 水泥浆 固井工艺 施工作业1 地质特征和钻井概况长深 5 井位于松辽盆地南部长岭断陷北部洼陷乾安北1 号火
2、山岩顶面构造较高部位，目的层发育有两种类型的储层，分别是常规的碎屑岩储层和火山岩储层。该构造泉一段、登娄库组储层埋深31004700m, 岩性以粉、细砂岩和砂砾岩为主，储层物性较好；火山岩岩性以流纹质晶屑凝灰岩为主，间夹溢流相流纹岩，储层孔隙度311%，具有较好的储集能力，油气水层位置为怀德气层（36905310m）。长深5井一开：0 444.5mm钻头钻至1202m，下入0 339.7mm表层套管固井，水泥浆返至地面；二开：0 311.2mm钻头钻至3375m，入0 244.5mm技术套管，双级注水泥，水泥浆返至井口；三开：0 215.9mm钻 头钻至5321m，下入0 139.7mm油层套
3、管，双级注水泥，全井封固。三开井段采用近平衡钻井， 33754000m 继续使用二开聚磺钻井液， 40004300m 转换成抗高温钻井液，密度1.201.28g/cm3，黏度5070s，动切力518Pa，钻井液设计中考虑防漏。实际完井钻井液密 度1.30g/cm3，粘度110s。地层孔隙压力系数1.121.16g/cm3，破裂压力系数约2.4g/cm3。2 生产套管固井难点2.1 井深，温度高长深5井设计完钻井深5400m，预期井底静止温度高达220，循环温度180C，接近目前国内固井最 高温度。固井最大的难点是固井前置液和水泥浆的抗高温性能，要求水泥浆在高温下性能稳定并具有良好 的可调性。该
4、井实际完钻井深 5321 米，根据电测温度和临井实测温度，考虑施工安全性，确定井底循环 温度为144C，静止温度180C，地温梯度3.1C/100m。表 1 松辽盆地地层温度情况顺序地区井号项目井深循环温度静止温度地温梯度(m)(C)(C)(C/100m)1大庆油田徐深22固井53201701903.32吉林油田长深1固井39051081353.13吉林油田长深1测试38101121403.34吉林油田长深5实验54001441803.45吉林油田长深5电测53211281602.736吉林油田长深5固井53211441803.12.2 连续连续，双级注固井采用双级注水泥工艺，封固井段长，中间
5、不留空段，固井水泥浆在满足一级固井施工要求的基础上，还要满足双级箍打开和循环出多余水泥浆的要求，水泥浆必须具有良好的流变稳定性和安全的稠化时 间。2.3 封固段长，温差大油层套管下深5320m,要求水泥浆返出井口。技术套管下深3370m,油层套管裸眼段长达1950m,分级 箍位置2850m, 一级注封固段长2470m,二级注封固段长2850m，两级注水泥封固段上下温差较大（分别为 77C和88C）,水泥环顶部强度发展较慢，固井质量难以保障。2.4 多套油气，易漏失油层套管裸眼段长且含有多套油气水层，进入营城组气层压力较高，该地区长深1 井实测地层压力系 数达1.13，同时地层裂缝发育，钻井液密
6、度窗口较窄，存在钻井液和水泥浆漏失危险，需要同时进行防漏 和防窜。另外，储层中含有高浓度的co2酸性气体，水泥石还要考虑防腐蚀问题。3 固井工艺设计原则3.1 前置液体系前置液和钻井液及水泥浆相容性好，具有稀释、驱替和隔离钻井液作用，避免混浆影响固井安全施工。前置液在高温条件下性能稳定，隔离液动切力518Pa。3.2 水泥浆体系油井水泥、外掺料、外加剂材料和水泥浆性能满足井底循环温度144C和静止温度180C的要求，具 有防漏、防窜和防腐性能，水泥浆稠化时间可调、体系稳定、流变性能优良、水泥石渗透率低，有利于长 封固段固井作业，能够主力气层保障封固质量。3.3 注水泥方案一级注水泥固井封固段较
7、长，上下温差大，同时还要考虑到打开分级箍，冲洗多余水泥浆，要求领浆 的稠化时间较长。因此，一级注水泥采用双凝双密度水泥浆结构，尽量缩短尾浆的稠化时间，保证长封固 段水泥石的强度，同时还要防止漏失、失重和气窜。二级注水泥固井封固段长，水泥浆全部在技术套管内， 采用高强低密度水泥浆，实施一次上返作业，以降低静液柱压力，提高界面胶结质量。两级固井均采用冲洗液和隔离液进行冲洗与隔离（密度1.01.08g/cm3,冲洗效率达90%以上），有效 冲洗井壁泥饼，隔离钻井液和水泥浆，给水泥浆提供一个清洁干净的胶结环境，防止泥页岩膨胀、减少油 气层污染，提高水泥浆顶替效率和固井质量。4 抗高温前置液和水泥浆体系
8、4.1抗高温高效冲洗液（JSS-2）JSS-2 抗高温冲洗液由清水、高聚物、降失水剂和抑制剂组成，具有低失水的特点，能够防止油层受 到污染，有效冲洗井壁泥饼，隔离钻井液和水泥浆，给水泥浆提供一个清洁干净的胶结环境，提高水泥浆 顶替效率和固井质量。该冲洗液对泥浆具有明显的稀释作用，和钻井液或水泥浆相容性好。表 2 冲洗液性能项目密度塑性粘度滤失量热稳定性g/cm3mPa.smlC性能1.0338251604.2抗高温粘稠隔离液（NCH-2）NcH-2 高密度隔离液由清水、高聚物、降失水剂、抑制剂、悬浮剂和加重材料组成，能够高效携带残 留泥浆泥饼和沉淀岩屑，隔离钻井液和水泥浆，防止泥页岩膨胀、减少
9、油气层污染，压稳下部水泥浆液柱 防止发生气窜。该隔离液和钻井液或水泥浆相容性好。表3隔离液性能项目密度塑性粘度滤失量热稳定性g/cm3mPa.smlC性能1.0755381604.3 抗高温水泥浆体系（1）一级注水泥一级注水泥抗高温水泥浆体系的关键在于降失水剂、缓凝剂、分散剂和防窜材料等外加剂的抗高温性 能。哈里伯顿、斯仑贝谢和菲利浦斯等国外固井公司均有抗高温外加剂系列产品，如哈里伯顿的 Halad-314L 和 SCR-100L，斯仑贝谢的 GASBLI0CK-D700 等。一级固井封固段较长2470m,基于防漏防窜和保护油气层考虑，固井采用双凝双密度水泥浆结构，上 部为密度1.401.45
10、g/cm3的胶乳高强度低密度防漏水泥浆，下部为密度1.831.88g/cm3的常规密度胶乳 防窜水泥浆。上部胶乳高强低密度领浆封固段长1370米，下部胶乳常规密度尾浆封固段长1000米，全井 的井底当量密度为1.49g/cm3 （钻井液密度按1.24g/cm3计算）。水泥浆采用胶乳材料的目的是为了防窜。胶乳是用于描述一种乳化聚合物的通用名称，这种材料通常 是以很小的球状聚合物颗粒的乳状悬浮液的形式提供的，胶乳中聚合物胶粒的粒径在0.050.5“m范围， 大多数乳胶悬浮液含有大约50%的固相。1957年Rouins和Ddalidson研究胶乳水泥浆体系在固井中的应 用，他们提出的胶乳水泥浆体系具
11、有以下几个优点：减小水泥环体积收缩，改善水泥环与套管、地层间 的胶结情况；降低射孔时水泥环的破裂度，水泥石韧性性能好；具有良好的防气窜性能；降低水泥 环失水量；延长油井寿命。胶乳水泥的代表体系主要是苯乙烯一丁二烯胶乳体系，1985年Parcevaux等 证实苯乙烯丁二烯胶乳可作为防止环空气窜的有效填加剂。国外胶乳水泥浆广泛应用于分支井、天然气井等疑难井固井中，斯伦贝谢公司为大庆古深1 井和徐深 22 井设计的水泥浆方案以及四川气井固井水泥浆方案均为胶乳水泥浆体系。据统计，仅在2004年，斯伦 贝谢公司就应用胶乳水泥浆实施了约102次固井作业。（ 2）二级注水泥二级注水泥水泥浆体系采用高强度低密
12、度水泥浆体系。虽然二级固井全部在技术套管内，不存在漏失 等疑难问题，但考虑到一次封固段较长（2850米），钻井液密度为1.24g/cm3（固井水泥浆密度应高于泥浆 密度0.20.3 g/cm3时才能有效进行顶替），同时考虑到水泥石强度发展需要，确定采用密度为1.45g/cm3 的高强低密度水泥浆一次上返至地面。高强低密度水泥浆体系的开发基于紧密堆积理论，相对于普通低密度水泥浆来说具有以下特点：早 期抗压强度高，可与正常密度的水泥浆相媲美，且后期强度不衰退；水泥浆沉降稳定性好，游离液为零； 水泥石渗透率低，具有较强的抗腐蚀能力；具有良好的防气窜能力；水泥浆失水量低，可控制在50mL 以下；水泥浆
13、流变性能良好，流变指数n20.7。该水泥浆技术已在国内外欠平衡钻井、长封固段井、低 压易漏井固井中得到大量应用，均取得良好效果。4.4 水泥浆组分和功能表 4 抗高温胶乳水泥浆的组分和功能材料功能备注胶乳 BCT-800L防气窜防腐蚀湿混降失水剂BXF-200L控制水泥浆失水量湿混消泡剂D50、G603消除水泥浆中气泡湿混缓凝剂 BXR-300L、BXR-300EX调节水泥浆稠化时间湿混漂珠降低水泥浆密度干混增强材料PZW-A提高水泥浆稳定性和水泥石强度、降水泥石低渗透率干混4.5 水泥浆配方和性能表 5 水泥浆配方和性能井况 条件套管/分级箍下深，m5320/2850压力，Mpa60BHST
14、,C180200BHCT, C144160水泥浆 组成材料种类牌号领浆尾浆领浆尾浆水泥嘉华G级100100100100硅粉微硅20352034.61.5减轻材料增强材料悬浮剂水胶乳降失水剂高温缓凝剂消泡剂漂珠PZW-ABCT-800LBXF-200LBXR-300LBXR-300EXG603D50水泥浆密度，g/cm3游离液，mlAPI失水量，ml初始稠度，Be稠化时间，min流变性n流变性K Pa.ST稳定性,g/cm324h抗压强度,MPa43509106410 整2.640.40.41.410.04024450口0.60.0214.94.254636U1.320.40.41.870.030243100.70.50.0519.6365677.614164.6836.512.52.79L2L21.430.044284800.50.51.850.014282800.0217.40.05314.6 高温缓凝剂的缓凝性能图 1 高温缓凝剂加量对稠化时间影响（胶乳常规密度尾浆）2二13. i-高温缓凝剂在高温下具有较强的缓凝性，水泥浆稠化时间可
