准噶尔盆地南缘超高密度水泥浆固井工艺技术应用

孙栓科，胡 磊，陈 勇

（西部钻探固井压裂工程公司，新疆克拉玛依834009）

准噶尔盆地南缘超高密度水泥浆固井工艺技术应用

孙栓科*，胡 磊，陈 勇

（西部钻探固井压裂工程公司，新疆克拉玛依834009）

针对准噶尔盆地南缘山前构造高压等地质特点，对该地区重点探井霍101井Ø244.5mm技术套管高密度固井进行了总结和剖析，从如何防止井漏和环空气窜等问题进行了分析，设计了防气窜性能较好的胶乳水泥浆体系，对水泥浆失水性能及要求、套管居中以及顶替排量等注水泥工艺及配套工艺技术进行了研究，为了提高顶替效率，除了使用旋流刚性扶正器外，还对固井参数进行了优化设计，保证在替浆过程中水泥浆出套管后达到塞流顶替，实际现场应用中也均取得了良好的效果。

高密度；环空气窜；胶乳；顶替效率

霍101井处于准葛尔盆地南缘山前构造，高压高密度固井难度较大，固井质量得不到保障，然而通过选用胶乳水泥浆体系、保证套管居中度、设计最优的固井施工参数、优化水泥浆性能等措施，能极大地提高固井质量。

1 霍101井基本情况介绍

1.1 井身结构（表1）

表1 霍101井井身结构

1.2 三开地质分层（表2）

表2 霍101井三开地质分层

1.3 钻井液性能（表3）

表3 油基泥浆体系钻井液性能

2 固井难点及对策研究

2.1 固井难点

（1）2600～2800m短提划眼过程中多次挂卡，井眼稳定性差，下套管阻卡风险大。

（2）本井地层压力高，气测值大，对水泥浆防窜性能要求高。

（3）泥浆密度高，塑性粘度高，触变性大、施工风险大；

（4）水泥浆密度高，加入矿粉，对水泥浆稳定性等性能要求高，超高密度水泥浆现场混配加重难度大。

（5）超高密度固井，流体中固相含量高，对下部结构及井口工具抗冲刷能力要求高。

（6）施工排量受地层承压能力低及防止管内外浆体窜等因素的制约，影响顶替效率和固井质量。实际地层承压1.7MPa，密度2.46g/cm3,折合地层当量密度2.52g/cm3。

2.2 对策研究

针对存在的固井难点，本井采用了密度2.56g/cm3胶乳水泥浆体系，优选GM矿粉和水泥外加剂；做好隔离液、泥浆与水泥浆的相容性试验、稳定性试验等，优化隔离液性能、采用塞流顶替提高顶替效率；为防止漏失，严格控制注替排量，保持施工排量和压力稳定，确保施工和候凝整个过程的压力平衡。

3 主要技术措施

3.1 井眼准备

（1）根据电测情况模拟静止40h，模拟完成单扶钻具组合带310mm扶正器通井，通井钻具组合的刚度不小于套管刚度，井下正常方可进行下套管作业；通井时有阻卡现象则认真划眼，提钻至2000m重新模拟、再次通井。

（2）通井时调整好泥浆性能，进出口密度均匀，控制好泥浆流变性和稳定性，保证井下压稳；通井到底后以最大钻井排量（38L/s）循环洗井，固井施工排量以最大钻井排量循环的环空返速为依据，固井排量小于30L/s。

3.2 扶正器选择及安放位置

套管居中度是影响固井顶替效率和封固质量最重要的因素之一，下入套管后扶正器要承受较大负荷，因此选用加焊双弓弹性扶正器来保证套管居中度大于70%；要保证水泥浆有较好的流态，提高大肚子井段顶替效率，因此优选了旋流刚性扶正器。安放位置：封固段2650～2920m每2根安放一只加焊双弓弹性扶正器，1800～2650m每3根套管一只加焊双弓弹性扶正器，共计安放38只，在大肚子井段安放了2只刚性旋流扶正器。

3.3 隔离液应用

为了有效的隔离高密度钻井液和水泥浆，本井优选D系列GM矿粉加重隔离液密度2.50g/cm3，用量15m3，占环空484m。

3.4 水泥浆应用

该井采用密度2.56g/cm3胶乳水泥浆体系水泥浆体系封固，优选矿粉和水泥外加剂，沉降稳定性上下密度差小于0.03g/cm3，并且做好停泵试验、顶部强度试验、相容性试验、密度和温度波动实验。要求水泥浆静胶凝时间在8h左右，低失水，能有效的防止环空气窜，提高封固质量。

3.5 固井施工排量设计

根据流变学设计方法合理确定顶替流态，确定合理的顶替排量，最大替浆排量为1.5m3/min，此时的井底当量密度为2.57g/cm3，小于地层破裂压力当量密度。水泥浆出套管鞋采用塞流（0.4m3/min）顶替既能降低施工压力也提高了水泥浆的顶替效率，有效减小水泥浆上窜。

4 固井水泥浆性能指标

4.1 水泥浆配方

水泥+25%石英砂+120%镉锰铁矿粉+7%微硅+ (33%道威尔胶乳+3.32%分散剂+2.5%稳定剂+0.5%消泡剂+2.25%缓凝剂）+62%液灰比。

4.2 水泥浆性能（见表4、图1）

表4 水泥浆性能

4.3 水泥浆析水及稳定性要求

水泥浆注入井内后，由于重力作用，难以保持原有的稳定性，水泥浆颗粒易下沉凝结，稳定性发生变化，自由水析出，易在套管上侧形成自由水通道。同时处在套管上侧的水泥浆密度降低，凝固后的水泥石强度降低渗透率增大很容易形成油气水窜通，不能实现完全封隔的目的，因此降低水泥浆析水也是固井质量的关键。固井要求水泥浆析水越小越好，零析水为最理想。

4.4 水泥浆失水量要求

由于本井裸眼段长，水泥浆与油层接触面积大，控制水泥浆失水能够确保施工的安全性，降低水泥石的体积收缩，保证水泥浆封固质量。要求水泥浆失水量小于50mL。

4.5 水泥浆流变性与稠化时间的要求

固井水泥浆设计时，依据水泥浆性能要求的特殊性,为了保证水泥浆具有好的稳定性和抗污染能力，还应具有良好的流动性。在保证施工安全的前提下，缩短水泥浆的稠化时间，要求水泥浆稠化曲线具有短过渡性能，以减少因水泥浆失重而引起的环空气窜，此次稠化时间附加60min。

5 现场应用

在性能优良的防气窜胶乳水泥浆体系、充分的固井前准备、完善的固井施工工艺等一系列技术措施的保障下。霍101井封固质量好，满足下一步施工要求。

图1 水泥浆稠化时间

6 结论

霍101井Ø244.5mm技术套管超高密度固井技术的成功应用为今后准葛尔盆地南缘山前构造固井施工提供了很好的借鉴：（1）性能良好的胶乳水泥浆体系；（2）扶正器的合理选择和安放位置有利于套管的顺利下入和提高套管的居中度及顶替效率是提高固井质量的重要措施；（3）合理的选用施工参数，在不能达到紊流的条件下，水泥浆出套管时采用塞流顶替既能降低施工压力，也能提高顶替效率。

[1]刘崇建，等.油气井水泥理论与应用[M].北京：石油工业出版社，2001.

[2]罗长吉，王允良.固井水泥环界面胶结强度试验研究[J].石油钻采工艺，1993（3）.

[3] 刘永健.宾汉流体偏心环空轴向结构流量和压降的计算[J].大庆石油学院学报，1989（3）：23-24.

[4]徐惠峰.钻井技术手册·固井[M].石油技术出版社，1988．

[5] 现代固井技术[M].刘大为，田锡君，廖润康，译.辽宁科学技术出版社，1994．

TE256

B

1004-5716(2015）10-0044-03

2014-03-06

2014-03-06

孙栓科（1966-），男（汉族），陕西扶封人，高级工程师，现从事钻井技术工作。