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1、吉林油田双坨子地区气井固井技术研究与应用齐奉忠1 申瑞臣1 王顺利2 步云鹏3（1中国石油勘探开发研究院廊坊分院完井所，河北廊坊 065007；2吉林石油集团钻井工艺研究院，吉林松原 138000；3吉林油田分公司钻采工程处，吉林松原 138000）摘 要：吉林油田双坨子地区天然气资源非常丰富，具有极佳的开发应用前景。但是该地区气层多、分布井段长、气水层间互，固井时易发生层间互窜，同时上部地层低压易漏，保证固井施工安全及固井质量的难度大，前期固井质量差的问题严重制约了该地区天然气的勘探与开发工作。针对该地区的地质特点及固井难点，筛选出了具有良好防窜性能的水泥浆体系G302，制定了合适的固井施工
2、方案及配套措施。通过室内研究与现场试验，寻找出了解决该地区多层系、长封固段条件下防气窜及提高顶替效率的方法，形成了一套指导双坨子地区气井固井的综合配套技术。2005年在双坨子地区综合应用上述技术后，现场共施工4口井，固井质量全部优质，层间封隔良好，解决了该地区气井固井的技术难题，为该地区天然气的经济高效开发奠定了基础。关键词：吉林油田；气井固井；固井质量；防窜；添加剂；顶替效率吉林油田双坨子地区天然气资源非常丰富，并已发现深层气藏，预测天然气地质储量为3050108m3，是吉林油田增储上产的重点区块之一。但是该地区固井中存在的漏失及环空气窜技术问题，一直阻碍着该地区天然气的勘探与开发工作。为此
3、，廊坊分院完井所和吉林油田共同承担并开展了“双坨子地区气井固井技术研究与应用”课题，在分析与研究双坨子地区环空气窜原因的基础上，筛选出了具有良好防窜性能的水泥浆体系G302，经性能测试及防窜性能评价表明，该体系具有失水量低、过渡时间短、防窜性好等特点。结合双坨子地区固井状况及G302水泥浆体系的特点，研究出了与之相配套的现场工艺措施，形成了一套以G302水泥浆体系为核心的综合防窜固井技术，成功解决了长期困扰该地区的环空气窜技术问题。该技术的成功应用也为解决类似的气井固井问题探索出了一条有效的技术途径。一、双坨子地区气井固井的难点1固井时易发生气窜双坨子地区气层多（4060层）、分布井段长、间隔
4、近、气水层间互、活跃性高，固井封固段一般为12001400m，固井中防窜困难，对水泥浆配方及综合防窜性措施要求高。2保证安全施工的难度大双坨子地区上部地层低压易漏，180550m井段井壁稳定性差，易垮塌，提高顶替效率困难；泉头组2500m以下地层承压能力低，易发生漏失，固井过程中如果环空返速高、压耗大，很容易发生漏失，不但会漏封气层，还会对储层造成很大伤害，这也给安全施工提出了较高的要求。3保证上部浅层气固井质量的难度大双坨子地区的浅层气主要集中在400600m之间，而技术套管下入浅（约1200m左右），浅层气段井底温度低，低温下水泥浆水化速度缓慢，防窜难度大，并且上部地层低压易漏，固井过程中
5、易发生漏失，固井施工的危险性大。4水泥浆配方设计困难满足双坨子地区固井的水泥浆配方要求失水量低（小于50mL）、过渡时间短，水泥浆流动性好、稳定性好、防窜性好，并且有利于保护储层，能满足多层系、长封固段固井的要求，室内筛选适合此要求的水泥浆配方难度大。前期应用了7种水泥浆体系、9种外加剂均没有解决该地区的固井质量问题。由于双坨子地区特殊的地质特点及固井难点，前期固井质量问题一直没有得到解决，也严重影响了该地区天然气的勘探开发工作。2000年该地区共完井10口，有3口井固井质量不合格；2003年共完井5口，合格井2口，有4口井口冒气，不仅技术套管固井冒气，而且生产套管固井也冒气；2004年完成的
6、坨深6井除两个气层封固好以外，其余井段固井质量差。二、双坨子地区气井固井对策分析双坨子地区气层多、分布井段长、间隔近、气水层活跃，因此防止候凝过程中的气水窜问题是要首先考虑的问题。综合分析已有的固井资料，要保证双坨子地区的固井质量，除采取有效措施提高顶替效率外，还必须在保证“三压稳”的情况下提高水泥浆的防窜能力。因此，首先要在水泥浆体系上下功夫，使水泥浆具有较短的过渡时间、较快的强度发展，水泥浆失重时基质内部阻力大、渗透性低，主要的技术措施如下：（1）优选适合双坨子地区固井的防窜水泥浆体系；（2）长封固段条件下提高顶替效率的技术措施；（3）以“三压稳”为前提，同时防止固井施工中井漏的综合配套措
7、施。三、适合双坨子地区气井固井的水泥浆体系研究1防气窜水泥浆体系应满足的条件（1）水泥浆可泵性好，密度控制在1.881.93g/cm3之间，流动度大于23cm；（2）所选择水泥浆体系的过渡时间小于20min，最好低于15min；（3）水泥浆具有较小的滤失量，失水量小于50mL/6.9MPa,30min；（4）施工结束后，水泥浆的胶凝强度迅速增长，使之越过临界胶凝强度；（5）水泥浆处于失重状态时，水泥基质渗透性低，内部阻力大，能抵御气体的窜入；（6）在保证固井质量、实现对气层及层间有效封隔的前提下，水泥浆及固井施工对储层的伤害小。2防窜降失水剂的选择根据国内现有外加剂的性能、使用状况及双坨子地区
8、钻井完井的特点、环空气窜的特性，经过大量室内试验及分析对比，考虑采用G302作为防窜水泥浆的降失水剂比较合适。G302是一种以高分子化合物为主的材料，水泥水化后能降低水泥基质的渗透率，改善水泥浆的胶凝特性。加入G302后能大大提高水泥浆的防窜能力。作为一种高分子化合物，G302能改变混合水的性能，在不妨碍水泥正常水化的前提下，控制其“聚合”与“交联”的物化速度，能增加游离水的粘滞力，堵塞水泥内部网架结构间的孔隙，达到增强水泥抵抗油气水侵入的阻力。当水泥凝固后，G302能堵塞水泥基质中的孔隙，降低水泥石的渗透率，减少了气体窜入的可能性，也可以有效抗击射孔的冲击。3防窜膨胀剂的选择为了更好地满足双
9、坨子地区气井固井的要求，在筛选G302防窜降失水剂基础上，还选用了膨胀剂F17D作为防窜水泥浆的辅剂，来补偿水泥浆固化过程中产生的体积收缩，改善水泥石的微观结构，提高水泥石的抗压强度并降低渗透率，进一步优化水泥浆的整体性能。F17D不含CaCl2，对水泥石后期强度无不良影响，与其他外加剂配伍性好，温度适用范围宽（30350）。4适合双坨子地区气井固井的防窜水泥浆性能评价根据双坨子地区对水泥浆性能的要求，在室内进行了大量的配方筛选工作，确定了适用于技术套管及生产套管固井的水泥浆配方，并且在现场进行了成功应用，证明筛选的防窜水泥浆能有效防止环空的气水窜，保证层间的封隔质量。（1）技术套管固井水泥浆
10、性能表1 技术套管固井水泥浆主要性能水灰比密度g/cm3失水量mL游离液mL初始稠度Bc30Bc时间min稠化时间min24h抗压强度MPa0.441.913001512414024注：试验温度41，压力20MPa。（2）生产套管固井水泥浆性能表2 生产套管固井水泥浆主要性能水灰比密度g/cm3失水量mL游离液mL初始稠度Bc30Bc时间min稠化时间min24h抗压强度MPa0.441.922501810912226注：试验温度68，压力35MPa。（3）G302防窜水泥浆稠化特性在大量室内试验的基础上，通过优化水泥浆配方，在稠化时间满足施工要求的基础上，井底循环温度下基本实现了“直角”稠化
11、，水泥浆稠化时间从30Bc过渡到100Bc的时间一般小于15min。图1 生产套管固井水泥浆稠化曲线（4）G302水泥浆防窜性评价水泥浆能否防止气水窜，最关键的性能是水化阶段该体系对油气水窜的相对渗透率及内部阻力变化的大小。水泥浆对气体不渗透能力形成越快，气窜的机率就越小；另一个要考虑的因素是水泥浆的失水特性。评价水泥浆防窜性能参数SPN计算式为： 式中API失水水泥浆30min/6.9MPa条件下的失水量，mL；水泥浆达到100Bc的时间，min；水泥浆达到30Bc的时间，min。 应用SPN值，可以对水泥浆进行防窜性评价，SPN值越小，水泥浆防窜能力越强，评价标准见下表。表3 水泥浆性能系
12、数评价标准SPN值13377评价标准较好中等差表4 生产套管固井水泥浆的SPN值项目失水量mLminmin过渡时间minSPN速凝水泥浆25145160152.77缓凝水泥浆25110122122.54采用水泥浆性能系数对生产套管固井的水泥浆防窜性进行评价，可以看出水泥浆具有较好的防窜能力，配合其他的防窜措施，能满足固井时防窜的要求。四、适合双坨子地区气井固井的防窜配套技术1采用G302防窜水泥浆采用防窜降失水剂G302配合膨胀剂F17D，来缩短水泥浆的过渡时间，使水泥浆达到低失水、短过渡、防窜性好的目的，降低水泥浆在气水窜最薄弱环节即过渡状态发生气水窜的几率，满足多层系、长封固段固井的要求。
13、2采用两凝水泥在双坨子地区气井固井中，为保证水泥浆失重时对气水层的压稳，防止层间互窜，在技术套管及生产套管固井中采用了两凝水泥。速凝水泥浆与缓凝水泥浆在环空中的高度约为1:1，在速凝水泥浆初凝后，缓凝水泥浆才开始凝结，从而保证水泥浆在失重时对气水层的压稳，避免气水窜的发生。3采取“三压稳”技术要保证双坨子地区多层系、活跃气水层的固井质量，防止层间互窜，必须采取“三压稳”技术，即固井前的压稳、固井过程中的压稳及水泥浆失重时上部压力不能传递时的压稳。为保证在水泥浆失重、上部压力不能往下传递时对气水层的压稳，主要采用G302配合F17D来优化水泥浆性能，优化水泥颗粒级配，增加水泥浆在水化过程中的内部
14、阻力，使水泥浆从液态到完全固化后，始终使P气P环P阻，来保证气层与气层、气层与水层间的良好密封。五、适合双坨子地区低压易漏条件下提高顶替效率的技术措施1保证套管的居中度根据电测数据和实钻资料综合考虑扶正器的加入数量，在主要气层段每根套管加一只扶正器，其他封固段每两根套管加一只扶正器。采用固井软件模拟，大部分井段套管的居中度在85%以上，部分井段在95%以上。2冲洗液、隔离液（1）JSS-1冲洗液JSS-1冲洗液由清水、高聚物、降失水剂和抑制剂组成，对钻井液具有明显的稀释作用，能有效冲洗井壁泥饼，隔离钻井液与水泥浆，给水泥浆提供一个清洁干净的胶结环境，JSS-1冲洗液与钻井液及水泥浆相容性好。表
15、5 JSS-1冲洗液的性能项目密度g/cm3塑性粘度mPa.s滤失量mL热稳定性性能1.001.034050080（2）NCH-2隔离液NCH-2粘稠型隔离液由清水、高聚物、降失水剂、抑制剂、悬浮剂组成，能够高效携带残留泥饼或沉淀岩屑，隔离钻井液与水泥浆，防止泥页岩膨胀，减少污染，该隔离液与钻井液或水泥浆相容性好。表6 NCH-2隔离液的性能项目密度g/cm3塑性粘度mPa.s滤失量ml热稳定性性能1.01.3540805001503顶替排量的确定双坨子地区气井固井施工中，由于受井下状况、地层耐压强度、现场设备及水泥浆性能的限制，很难达到紊流顶替。开始替浆时排量一般控制在1.01.2 m/min左右，然后逐渐将排量提高到1.51.80 m/min，如果排量再高，就会导致水泥浆漏失。在排量达到1.80 m
