四川盆地八角场构造沙溪庙组致密油气防气窜固井技术

王纯全 黄 伟 严海兵 瞿云华

中国石油川庆钻探工程有限公司井下作业公司

0 引言

四川盆地八角场构造前期以上三叠统须家河组致密砂岩开发为主，气层垂深2 700～3 200 m[1]，近几年以大斜度井、水平井进行开发垂深1 800～2 200 m中侏罗统沙溪庙组致密油气藏。上部地层压力系数1.00～1.08 g/cm3，目的层地层压力系数1.06～1.14 g/cm3；上部地层破裂压力系数1.60～1.90 g/cm3。为快速优质钻进，采用1.30～1.40 g/cm3油基钻井液。固井常遇到下套管困难、常规水泥浆固井施工发生漏失、固井质量不好等问题，通过推广应用井眼清洁、漂浮接箍、旋转下套管、微膨胀防漏防窜水泥浆、高效冲洗性隔离液、调整钻井液性能、活动套管、预应力固井等提高固井质量的技术措施，油层套管固井质量大幅度提高。

1 固井技术难点

1.1 套管安全顺利下入困难

沙溪庙组致密砂岩目的层垂深1 800～2 200 m，水平位移在1 000～2 300 m，大斜度及水平井井段套管易贴井壁，随着水平位移增加，沿程摩阻显著增加，套管有效重量低，靠套管自身重量难以克服下套管过程摩阻[2]。钻井液密度直接影响钻屑的有效重力[3]，钻井液密度低，钻屑与钻井液密度差大易形成岩屑床，影响套管下入到位。

1.2 地层易漏失影响固井质量

上部地层破裂压力低于1.90 g/cm3,常规水泥浆密度在1.85～1.90 g/cm3，大排量顶替易压漏上部地层，小排量顶替的顶替效率低而影响固井质量。

1.3 油基钻井液应用对固井质量影响大

井壁和套管表面附着一层油膜和油浆后水泥的胶结基本为零，严重影响油气井固井的质量及后期的开发[2]，水泥浆与油基钻井液相容性差，影响顶替效率甚至施工安全。

1.4 套管居中度差对固井质量影响大

考虑弹性扶正器在受压时，弹簧片接触面增大，增加了下套管的摩阻[3]，实际居中度更低[4]。目的层每2根套管加放1只弹性扶正器或刚性扶正器的套管居中度低于40%，每根套管加放1只扶正器的套管居中度低于67%，严重影响水泥浆的顶替效率。

2 固井技术措施

2.1 下套管技术

2.1.1 井眼清洁技术

水平井套管下放摩阻较大[5]，增加循环排量，增加钻井液密度，钻具转动都对大位移井的井眼清洁有帮助[6]，完钻起钻前，以35～40 L/s排量和110～120 rpm旋转钻具循环2周以上，并采用一定量高密度钻井液携砂清除岩屑床，通过起钻至造斜点后再下钻到底的摩阻判断是否正常。

2.1.2 漂浮接箍

大位移井下套管采用漂浮下套管工艺可以降低上提拉力和下放阻力，提高下套管的施工安全性[7-8]，漂浮接箍在套管内构成临时屏障，漂浮接箍以下的套管内注入一定量的空气，实现下套管过程中处于漂浮状态，降低下套管阻力，有利于套管顺利下到位。采用密封短接、碰压座、碎片收集器等组成（图1）。下套管到位，开泵剪断销钉环，密封半圆下行至倒角处破裂，碎片由收集器收集，建立循环后固井[9]。由于无需胶塞剪切密封套，可靠性高。

图1 漂浮接箍示意图

2.1.3 旋转下套管

采用顶部驱动工具、液压卡盘、扭矩监控系统、电源系统、液压动力系统等，通过旋转套管柱，减小与井壁接触的侧向力，减小套管下入摩阻[10]，增加大钩有效载荷，使套管顺利下入到位。

2.2 微膨胀防漏防窜水泥浆体系

按照固井施工井底最大动当量密度小于1.80 g/cm3和上层管鞋处最大动当量密度小于1.60 g/cm3设计常规密度+低密度早强微膨胀防窜水泥浆体系，既防止井漏发生，又解决因水泥浆体积收缩和脱水失重造成的流体窜流和胶结不好的微间隙。密度1.90 g/cm3的微膨胀防窜水泥浆封固目的层，上部井段根据紧密堆积理论优化出，嘉华G水泥+漂珠+超细水泥+微硅的密度1.50 g/cm3的水泥浆体系，具有较高的稳定性和强度，水泥石微膨胀、渗透率低等优点[11-12]。稠化时间可调，从40～100 BC过渡时间小于15 min，具有良好的防气窜性能。

2.3 高效冲洗性隔离液技术

采用表面活性剂+悬浮剂+重晶石为主要成分组成冲洗性隔离液，表面活性剂是由多种非离子和阴离子表面活性剂复配而成，彻底改变井壁和套管壁润湿性使从亲油变亲水[13]，解决了油基钻井液的界面清洗和接触污染难题，冲洗5 min的冲洗效率大于95%，改善界面胶结质量。

2.4 提高固井质量的配套技术

2.4.1 调整钻井液静切力

下套管到位后，逐渐加大至1.5 m3/min排量循环2周以上，控制钻井液动切力小于6 Pa。当井眼条件差，通过降低钻井液静切力可以大幅降低钻井液在偏心环空窄边的滞留，从而降低隔离液顶替钻井液的界面长度，提高固井顶替效率[14]。

2.4.2 活动套管

旋转活动套管加速了环空宽间隙附近流体与窄间隙附近流体的质量交换，而上下活动套管使滞留钻井液处于剪切状态，有利于消除滞留的钻井液[14-16]。固井前循环调整钻井液性能时，采用上下和旋转活动套管消除滞留的钻井液，提高了隔离液、水泥浆的顶替效率。

2.4.3 预应力固井技术

固井施工采用全井完井液顶替，大压差顶替,降低或减弱套管的伸缩扩张带来的微间隙,提高一、二界面固井胶结质量[17]。

2.4.4 水马力设备配置技术

根据工作负荷超过60%的工作时间不超过5 min的原则，进行固井设备水马力配套[18-19]，2台双机泵水泥车完成泵注水泥浆和顶替完井液均能达到20 MPa压力下，1.5 m3/min的排量要求。

3 现场应用

3.1 J70-2H固井实例

井深3 100 m，起钻电测后不通井下套管，套管有效重量431 KN顺利下到位。漂浮浮箍设计打开绝对压力38 MPa，位置井深1 983 m（垂深1 800 m），减少下套管摩阻105 KN，逐渐开泵至压力14.5 MPa，打开漂浮浮箍，建立循环调整钻井液。

泵注1.45 g/cm3的隔离液15 m3，冲洗液4 m3，1.50 g/cm3的低密度水泥浆17 m3，1.90 g /cm3水泥浆45 m3，顶替1.01 g /cm3完井液34.7 m3，碰压。设计封固井段250～3 054 m电测固井质量优质率94%，合格率99.8%（图2）。

图2 J70-2H CBL+VDL+SBT电测固井质量（注：1ft=0.304 8m）

3.2 固井质量大幅度提升

2013 2015年共完成6口井，采用CBL+VDL测井，固井质量平均优质率66%，平均合格率78%，通过技术推广应用，2016 2019年2月完成12口井，采用CBL+VDL+SBT测井，特别是上部低密度水泥浆封固段提高明显，固井质量平均优质率92%，平均合格率98.5%，整体固井质量大幅提高。

4 结论

1）四川盆地八角场构造沙溪庙组致密气固井通过应用井眼清洁、漂浮接箍、旋转下套管、微膨胀防漏防窜水泥浆、高效冲洗性隔离液、调整钻井液性能、活动套管、预应力固井等提高固井质量的技术措施，油层套管固井质量大幅度提高，为八角场构造沙溪庙组致密气开发提供技术支撑。

2）套管居中度差的条件下，固井前循环时活动套管、降低钻井液静切力能提高固井时隔离液和水泥浆的顶替效率。

3）漂浮接箍可靠性高，能减少下套管摩阻，有利于套管顺利下入到位，建议在长水平段的水平井中推广使用。