1、玉門(mén)油田深井固井技術(shù)肖華段保平殷洋溢 陳杰（吐哈石油開(kāi)發(fā)指揮部工程技術(shù)研究院）摘 要：玉門(mén)油田勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域拓展，青西和酒東區(qū)塊是目前玉門(mén)油田主要勘探開(kāi)發(fā)的主戰(zhàn)場(chǎng)。青西、 酒東區(qū)塊深井普遍存在春高濕、高壓、背層與鹽水層、井深結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題，需要長(zhǎng)封固段封固，給固井 工藝技術(shù)提岀了挑戰(zhàn)，通過(guò)對(duì)難點(diǎn)的分析，優(yōu)選水泥漿體系、優(yōu)化同井工藝技術(shù)和套管附件，形成了一套 玉門(mén)油田深井固井技術(shù)。關(guān)鍵詞：深井 水泥漿固井固井質(zhì)量一、前言玉門(mén)油dj深井主要分布在青西區(qū)塊和新勘探開(kāi)發(fā)的酒東區(qū)塊。這兩個(gè)區(qū)塊都具有油層埋 藏深、裸眼段（封固段）長(zhǎng)、溫度高、油氣活躍和井眼復(fù)雜等特點(diǎn)。近兩年來(lái)，青西區(qū)塊的 生產(chǎn)井逐步由三層井

2、身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為兩層井深結(jié)構(gòu)，下入復(fù)合套管，由于套管附件存在質(zhì)量問(wèn) 題。替量超過(guò)了設(shè)計(jì)量，膠塞不能下行到阻位導(dǎo)致不能碰壓，致使q2-38、q2-39套管腳替 空。由于石膏層的蠕動(dòng)，酒參1井、長(zhǎng)101井、長(zhǎng)2井套管過(guò)早擠毀變形，針對(duì)這兩個(gè)區(qū) 塊的固井難度，開(kāi)展了大量的技術(shù)調(diào)研和室內(nèi)研究、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了較好的成績(jī)。二、玉門(mén)油田深井固井技術(shù)難點(diǎn)1、溫度高，水泥漿配方設(shè)計(jì)困難玉門(mén)地區(qū)恒溫層深度為25m,地表年平均溫度為7.3°c。由青西等井儲(chǔ)層實(shí)測(cè)溫度計(jì)算, 窟窿山構(gòu)造地層溫度梯度為2. 512. 75°c/100m,靜止溫度在140°c左右；酒東地區(qū)長(zhǎng)沙嶺 構(gòu)造地層溫度梯

3、度為3. 183. 52°c/100m,靜止溫度在175°c左右。由于井底靜止溫度與循 環(huán)溫度高，給固井水泥漿外加劑的選擇與水泥石抗高溫性能帶來(lái)一定難度。2、高壓給固井帶來(lái)的影響“高壓”即高壓水層，由于高壓水層的影響，酒東區(qū)塊完井鉆井液密度基本在 1.9-2. lg/cm3,因此要求水泥漿密度相對(duì)應(yīng)在2. 1-2. 25g/cm多個(gè)高壓水層之間的壓力系 數(shù)不同，固井及候凝過(guò)程中容易造成水層之間、油層與水層之間竄槽。3、石膏層與鹽水層帶來(lái)的影響酒東地區(qū)柳溝莊組地層（3300m左右）含石膏，長(zhǎng)2井3250m石膏含量41.2%,且下部 4800m左右存在高壓鹽水層，施工時(shí)石膏層與

4、鹽水層污染水泥漿，使水泥漿性能變壞，易造 成固井施工事故。酒東地區(qū)中溝組地層存在套管擠毀現(xiàn)象套管損壞時(shí)間距套管下入時(shí)間在300400天。 套管擠毀破壞時(shí)間：（酒參1井：309天；長(zhǎng)101井：341天；長(zhǎng)2井：368天）；4、長(zhǎng)裸眼、長(zhǎng)封固段難點(diǎn)長(zhǎng)裸眼套管下入困難長(zhǎng)封固段造成水泥底部與頂部溫度差值大，易出現(xiàn)頂部水泥漿超緩凝的現(xiàn)象：封固段長(zhǎng)，要同時(shí)穿過(guò)不同壓力層系的地層；水泥漿失重明顯，容易引起竄流。5、井身結(jié)構(gòu)復(fù)朵油層套管串采用177. 8mm+139. 7mm復(fù)合套管，其特點(diǎn)是套管與井壁環(huán)空間隙下大上小， 對(duì)原始井眼的質(zhì)量和下完套管的環(huán)空凈化要求更高，否則極易在替漿過(guò)程中環(huán)空堵塞，造成 固井失

5、敗。套管附件的選擇困難。三、深井固井技術(shù)研究與形成的技術(shù)系列1、高溫水泥漿技術(shù)研究(1) 高溫穩(wěn)定劑優(yōu)選加砂水泥是指在g級(jí)油井水泥屮加入一定量石英砂的混合物，使水泥石具有防止高溫衰 退的特性。配方：夾江g級(jí)(hsr) +石英砂+降失水劑+減阻劑+緩凝劑r w 級(jí)肚刖的 i/vilrk fl (fk罔2 rxx )02 .級(jí)凝和的抗溫性能表1石英砂摻量對(duì)水泥石強(qiáng)度的影響序號(hào)石英砂 加量抗壓強(qiáng)度，mpa24hr48hr72hr96hr120hr144hr168hr1020. 6832. 3338. 8038. 8330. 5225. 4318. 442301&7629. 3635. 603

6、4. 602& 0026. 101&7233517. 8528. 1231.9631.5632.8631.0031.2343817. 0028. 3532. 8232. 1033. 7434. 3233. 94硅粉摻量必須達(dá)到一定量(25. 93%),水泥石才具有抗高溫強(qiáng)度衰退；硅粉摻量低于 25.93%,無(wú)論硅粉的加量是多少，水泥石都不具備抗高溫強(qiáng)度衰退的性能。玉門(mén)油出目前所用的加砂水泥是在夾江g級(jí)(hsr)水泥屮加入38%硅粉混合而成的混合物。表2加入38%石英砂水泥石的抗壓強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)時(shí)間hr抗壓強(qiáng)度，mpa90 °c100 °c110°c120

7、°c130°c150°c2426. 8037. 3043. 8044. 1337. 8029. 204831.5043. 5044. 6043. 8739. 0021.00724& 3046. 8040. 1242. 3237. 9028. 0016836. 0037. 8041.0040. 2834. 7725. 00(2)高溫水泥漿體系的優(yōu)選1)常規(guī)高溫水泥漿性能及其體系評(píng)價(jià)表3水泥漿高溫下稠化時(shí)間評(píng)價(jià)油井水泥油井水泥外加劑加量，%稠化時(shí)間,min試驗(yàn)溫度°ctw200stw401tw30240bc70bcg級(jí)加砂(hsr)1.00. 700

8、. 30188194105g級(jí)加砂(hsr)1.00. 700. 20165171105g級(jí)加砂(hsr)1. 00. 700. 45203206110g級(jí)加砂(hsr)1.00. 700. 35167169110g級(jí)加砂(hsr)1.00. 700. 60192194117g級(jí)加砂(hsr)1.00. 700. 50146148117g級(jí)加砂(hsr)1.00. 700. 70258261117通過(guò)試驗(yàn)評(píng)價(jià)，該體系所配制的加砂水泥漿在高溫下性能完全滿足設(shè)汁性能要求，可以滿足青西油層固井需要。溫度大于110°c吋使用高溫緩凝劑tw306lo2)抗鹽高溫水泥漿性能及其體系評(píng)價(jià)抗鹽降失水

9、劑可在很大的溫度范圍內(nèi)使用，適用溫度為30180°c,摻量一般為2.06. 0%bw0c, api濾失量通常小于loomlo較高溫度時(shí)通常要求摻量加大一些以達(dá)到相同的濾 失量。對(duì)于玉門(mén)油田的鹽膏地層與鹽水層來(lái)說(shuō)，溫度范圍在80120°c,所以一般選擇抗鹽降 失水劑的加量在2.5%,失水可控制在100沁以內(nèi)，對(duì)于水平井等特殊井，抗鹽降失水劑的 加量在3. 0%。圖3水泥漿失水隨溫度的變化備注：夾江g級(jí)（iisr）水泥+抗鹽降失水劑+硅粉，密度1.87g/cm3, 130°c以上另加緩凝 劑 3.0%bxro表4加有抗鹽的不同配方水泥漿高溫下性能表配 方硅粉 加量%外

10、加劑加量%水泥漿 密度g/cm3失水 溫度 壓力°c x mpa濾 失量ml稠化溫度壓力°c x mpa稠化 時(shí)間 min養(yǎng)護(hù)溫度 壓力°c x mpa24h 抗壓 強(qiáng)度 mpabxfbxr1382. 30. 351.9085x6. 97585x45298121x20.721.223810. 201.9085x6.93985x45278121x20.71&233850. 201.9093x6.93493x45237130x20.722.04卅50. 301.90110x6. 966110x50188130x20.722.053850. 601.90110x

11、6.966110x50202130x20.722.063850. 901.90130x6.996130x60133161x20.721.073851.831.90130x6. 996130x60240161x20.721.08氷52. 51. 9()150x 6.9130150x70241174x20. 718.093852.81.90150x6.9130150x70285174x20.71&0注:外加劑及外摻料加量均為占水泥重（bwoc）o2、高壓固井技術(shù)研究（1）高密度水泥漿固井技術(shù)研究由于需要有效封隔酒東區(qū)塊高壓鹽水層與油層的需要，開(kāi)展了加重水泥漿技術(shù)研究, 分別選用了鐵礦粉與重

12、晶石粉進(jìn)行了大量的試驗(yàn)。鐵礦粉加量（%）202530水泥漿密度（g/cm3）2. 082.152.2漿體穩(wěn)定性能（靜止20min）表5密度為2. 12g/cm3抗鹽加重水泥漿性能項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)杲試驗(yàn)條件95°c/60mpaw/c0. 54水泥漿密度，g/cm32. 1295°c、6.9/30min 濾失量 ml70初始稠度,be (95°c, 60mpa)1840bc 稠化時(shí)間，min (95°c, 60mpa)150抗壓強(qiáng)度,mpa （90°c,常壓，48h）15.8 (15. 7+15.9)抗壓強(qiáng)度,mpa (110°c, gompa

13、, 48h)21.3流變性能,90°c,常壓164/95/68/38/4/2n二0. 83k=0. 27配方：夾江g級(jí)水泥（hsr） +石英砂+鐵礦粉+kq-d+bxf-200l+bxr-200l+tw501試驗(yàn)推薦：鐵礦粉加量在20%-35%之間。鐵礦粉（密度在4. 7g/cm3以上）加量在35%左 右，配方密度在2. 25 g/cm3左右，而2. 10-2.2左右密度時(shí)，水泥漿體是非常理想的。表6污染試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)條件95°c/60mpaw/c0. 44純水泥漿密度，g/cm31.8995°c、6. 9/30min 濾失量 ml20污染試驗(yàn)：5%cac1

14、2溶液 1： 1>180min 未稠污染試驗(yàn)：10%cac12溶液1： 1>180min 未稠污染試驗(yàn)：15%cac12溶液1： 165min t 20abc漿體有點(diǎn)稠配方：夾江g級(jí)水泥（高抗硫）+bxe-200l+bxr-200l（2）防氣竄水泥漿固井技術(shù)研究1）防氣竄控制劑的發(fā)氣原理及性能評(píng)價(jià)作為水泥漿的發(fā)氣材料品種很多，如鋁粉、鋅粉、雙氧水以及漂白粉都可以作為發(fā)氣材料，但是從效果、來(lái)源以及成木等綜合考慮，鋁粉是較理想的材料。鋁粉在水泥漿中的化學(xué)反應(yīng)式為：2al+ca （oh） 2+2h，o-*ca （alo2） 2+3h2 t國(guó)內(nèi)使用的防氣竄劑kq是用氧化劑與鋁粉發(fā)牛化學(xué)反應(yīng)

15、制成。化學(xué)作用使鋁粉表面 生成一層薄而致密的保護(hù)膜，保護(hù)膜的特性決定了水泥漿的初發(fā)和持續(xù)發(fā)氣時(shí)間，調(diào)節(jié)緩蝕 劑含量，反應(yīng)時(shí)間等不同因素，就可得到不同初發(fā)時(shí)間的氣竄控制劑，形成用于不同井深的 系列產(chǎn)品。防氣竄劑kq分為a型、b型、c型及d型4種，d型發(fā)氣速度最慢，b型發(fā)氣速度次之, c型最快，其初發(fā)時(shí)間分別大于45min> 40min、30miri和20min,不同井深條件下注水泥作 用。加量一般在0.31.5%范圍內(nèi)。合理的加量應(yīng)根據(jù)井深、井溫、地層壓力、水泥漿密度 和水泥石的收縮率來(lái)確定。表7充氣水泥漿與原漿的水泥石特性試驗(yàn)溫度、壓力養(yǎng)護(hù)時(shí)i'可75°c x （57m

16、pa） x48h漿體類(lèi)型水泥漿 密度kq加量%滲透率10x mif強(qiáng)度(mpa)膨脹率，抗壓膠結(jié)常壓試驗(yàn)壓力g級(jí)原水泥漿1.9000. 0027130. 51.24-1. 3-2.4g級(jí)充氣 水泥漿0. 50. 0025938. 51.3510.52.40.20. 0029637.01.409.02.0從表8可知，在相同條件下，充氣水泥漿的抗壓強(qiáng)度和連接強(qiáng)度分別比一般原水泥漿高 2126%和913%。一般水泥漿都具有收縮特性，而充氣水泥漿即使在壓力作用下，仍具有 膨脹和孔隙壓力變化不大的特點(diǎn)，這有利于防止水泥漿在凝固過(guò)程的油、氣、水竄問(wèn)題。3、長(zhǎng)封固段固井技術(shù)研究（1）雙級(jí)固井工藝解決了封固段

17、長(zhǎng)大灰量施工問(wèn)題解決了高壓層與漏失層的共存固井問(wèn)題。分級(jí)箍選擇原則與要求采用常規(guī)非連續(xù)式雙級(jí)注水泥工藝，選用重力式雙級(jí)固井工具，要求開(kāi)孔、關(guān)孔壓力較 低，開(kāi)關(guān)孔可靠，玉門(mén)油田引進(jìn)top-co、weatherford公司的分級(jí)篩，滿足深井作業(yè)條件。（2）低密度水泥漿固井技術(shù)玉門(mén)油田的持續(xù)開(kāi)發(fā)，對(duì)低密度水泥漿提出了更高要求，長(zhǎng)封固段、低壓油層固井需要 的水泥漿密度更低。針對(duì)這些油田深井長(zhǎng)裸眼段固井的特點(diǎn)和難點(diǎn)，為提高固井質(zhì)量，開(kāi)發(fā) 出一套穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高、其他性能滿足施工要求的低密度高強(qiáng)度水泥漿體系。密度對(duì)控制 在1.201.50g/cm3z間，有效降低作業(yè)壓力與靜液柱壓力。低密度固井明顯提高了玉

18、門(mén)油 田長(zhǎng)封固段固井的一次成功率，提高固井質(zhì)量，延長(zhǎng)油氣井壽命，給原油穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)提供了有 力的保障。滿足填充段固井低密度水泥漿性能要求見(jiàn)表8水泥漿配方夾江g級(jí)（hsr） +減輕劑+ 鎖水劑+降失水劑+緩凝劑常用密度范圍1. 45-1. 55g/cm3api失水范圍20-70ml強(qiáng)度范圍9-14mpa (常壓/48hr)漿體穩(wěn)定性上下無(wú)分層30-120°c適應(yīng)溫度范圍滿足油層段固井低密度水泥漿性能要求見(jiàn)表9水泥漿配方夾江g級(jí)(hsr) +減輕劑+ 增強(qiáng)劑+石英砂+降失水劑+防氣竄劑+緩凝劑常用密度范圍1. 45-1. 55g/cm3api失水范圍20-70ml強(qiáng)度范圍14-20mpa （

19、常壓/48hr）漿體穩(wěn)定性上下無(wú)分層適應(yīng)溫度范圍30-120°c(3) 釆用雙凝水泥漿體系采用雙凝水泥漿體系既能使環(huán)空液柱壓力降低，起到保護(hù)油氣層的作用，又能使油氣層 段水泥漿先凝，有效地封固油氣層。4、固井工藝技術(shù)措施(1)優(yōu)化固井附件復(fù)合工具從中心桿、膠腕、尺寸上做了優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)后成功率達(dá)100%。(2) 壓穩(wěn)固井工藝技術(shù)完鉆過(guò)程壓穩(wěn)。從完鉆電測(cè)、通井到固井這一過(guò)程，井筒處于靜止的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，鹽膏層鹽水層容易 進(jìn)入井筒濃集，發(fā)生侵污甚至井涌，都將會(huì)改變井眼系統(tǒng)平衡狀態(tài)，所以做到完鉆一次成功, 實(shí)施該過(guò)程壓穩(wěn)，降低含鹽量，減輕污染程度十分重要。固井過(guò)程壓穩(wěn)。在洗井、注替過(guò)程中，

20、要設(shè)汁合理的液相密度組合和水泥漿體系，使其當(dāng)量壓力梯度 能平衡住鹽層壓力。候凝過(guò)程壓穩(wěn)。采用注多凝水泥漿、超高密度水泥漿和井口加回壓等技術(shù)，彌補(bǔ)水泥漿膠凝“失重”造 成的壓力損失，防止出現(xiàn)欠平衡造成水泥漿被鹽水稀釋的不良后果，影響膠結(jié)質(zhì)量。(3) 紊流頂替技術(shù)根據(jù)井眼尺寸、套管尺寸、鉆井泵參數(shù)、注水泥參數(shù)，利用固井模擬軟件，合理設(shè)計(jì)沖 洗液、隔離液、前導(dǎo)漿的流變性能，使其在頂替排量范圍內(nèi)達(dá)到紊流狀態(tài)，并通過(guò)沖洗液、 隔離液、前導(dǎo)漿的量，使得冃的層段的紊流接觸時(shí)間達(dá)到lomin以上，保證目的層段的膠結(jié) 質(zhì)量。四、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果1、柳9井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況井號(hào)：柳9井井深：設(shè)計(jì)井深6000米，完鉆井深5

21、850米技術(shù)套管下深：4850米，是玉門(mén)技術(shù)套管下深z最，套管重量達(dá)320噸，同時(shí)裸眼長(zhǎng) 3300多米，套管下入風(fēng)險(xiǎn)很大，套管下入前優(yōu)化下套管措施，從套管柱力學(xué)分析、鉆機(jī)承 載能力等方面進(jìn)行了論證，制定了全面詳細(xì)的下套管和固井施工方案，固井施工順利完成, 固井質(zhì)量合格。尾管井深：5848米，玉門(mén)油最深的井，井底循壞溫度在110°c,是高溫水泥添加劑 屮、高溫的過(guò)渡區(qū)間，實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性差，溫度提高或降低5°c,稠化時(shí)間就有縮短或增長(zhǎng)1 倍，因此優(yōu)化水泥漿配方非常重要，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選高溫水泥漿配方，采用雙凝水泥 漿（高溫加砂水泥漿+低密水泥漿）固井，固井施工順利。2、q2-32井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況q2-32井，完鉆井深4500m,油層套管下深4498m,封固段長(zhǎng)2800m,青西區(qū)塊為有效保 護(hù)油氣層，防止油氣層被壓死，全井要求1. 45g/cm3低密度