中國石化復(fù)雜地層深井超深井固井技術(shù)

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1、中國石化復(fù)雜地層深井超深井固井技術(shù)丁士東桑來玉周仕明（中國石化石油勘探開發(fā)研究院德州石油鉆井研究所,山東德州253005）摘要：深井超深井復(fù)雜地層固井面臨著高溫、高壓、高含腐蝕性氣體、壓穩(wěn)與防漏、鹽膏層、頂替效率低等固井技術(shù)難題，固井難度大。為此，采用了“封”、“堵”、“壓”、“快”和“新”等綜合固井技術(shù)措施，應(yīng)用新型非滲透和膠乳防氣竄水泥漿體系，提高了水泥漿本身抗竄能力，減低CO2和H2S對(duì)水泥石的腐蝕；采用纖維堵漏水泥漿，提高了水泥漿堵漏能力和地層承壓能力，擴(kuò)大了鉆井液安全密度窗口；建立了動(dòng)態(tài)循環(huán)承壓試驗(yàn)方法，采用分段壓穩(wěn)設(shè)計(jì)模型分析固

2、井后環(huán)空壓力，實(shí)現(xiàn)壓穩(wěn)和防漏的協(xié)調(diào)統(tǒng)一；采用雙凝雙密度水泥漿設(shè)計(jì)，確保主力氣層快速形成早期強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)“以快制氣”，有效控制氣層氣體；采用旋轉(zhuǎn)尾管固井新技術(shù)，在洗井和注水泥過程中旋轉(zhuǎn)尾管，提高了洗井質(zhì)量和水泥漿頂替效率。通過上述技術(shù)措施，為解決中國石化復(fù)雜壓力深井超深井固井技術(shù)難題作了有益的嘗試，取得了較好的現(xiàn)場應(yīng)用效果。主題詞：中國石化深井超深井復(fù)雜壓力水泥漿體系固井應(yīng)用近年來，隨著中國石化油氣勘探開發(fā)的不斷深入，鉆井技術(shù)水平的提高，出現(xiàn)了越來越多的深井超深井，完鉆井深大多超過了6000m，主要集中在新疆塔里木盆地、川東北地區(qū)等區(qū)域。在鉆井

3、中過程中，經(jīng)常遇到高壓地層，如塔河油田秋南1井、巴楚區(qū)塊，川東北地區(qū)河壩等區(qū)塊；以及遇到低壓易漏失地層，如塔河油田二疊系，深部奧陶系，川東北地區(qū)海相地層，這些復(fù)雜地層都增加了固井的難度。中國石化塔河油田2008年產(chǎn)能建設(shè)超過600萬噸，川東北盆地海相層系油氣勘探也取得了很大進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了目前國內(nèi)最大的海相整裝氣田-普光氣田，在其外圍也相繼發(fā)現(xiàn)了清溪、河壩等高產(chǎn)氣田，元壩等外圍區(qū)塊準(zhǔn)備進(jìn)一步加快，以普光氣田為主體的川氣東送已列入國家“十一五”重點(diǎn)工程并正式開工建設(shè)，川東北海相油氣勘探開發(fā)展示了良好的前景。塔里木盆地、川東北地區(qū)海相氣井井深、溫度

4、高，地層壓力高，特別是川東北地區(qū)、塔河雅克拉氣田，很多氣井含有酸性或腐蝕性氣體H2S和CO2，給油氣田安全勘探與開發(fā)帶來了巨大挑戰(zhàn)。2006年的羅家2井泄漏出含H2S的天然氣，都造成了對(duì)周圍生命、財(cái)產(chǎn)和環(huán)境的極大破壞，分析認(rèn)為這與其固井質(zhì)量差有很大關(guān)系；在普光氣田先期8口探井中，有6口井正是主要由于固井質(zhì)量不好和沒有充分考慮井下CO2和H2S氣體對(duì)水泥環(huán)以及套管柱腐蝕問題，不能直接轉(zhuǎn)化生產(chǎn)井，造成了數(shù)億元經(jīng)濟(jì)損失。1主要固井技術(shù)難題分析深井超深井固井受到的影響因素眾多（如井眼條件、鉆井液性能、地層漏失和地層流體等），技術(shù)難度大，風(fēng)險(xiǎn)非常高。

5、(1)氣層壓力高，氣層活躍，固井后易發(fā)生環(huán)空氣竄。由于氣體可壓縮，易膨脹，控制難度大，固井后如何防止環(huán)空氣竄是所有氣井必須要解決的技術(shù)難題。在川東北地區(qū)的毛壩、河壩、元壩等構(gòu)造，塔里木盆地巴什托等區(qū)塊，其油氣層壓力梯度達(dá)到2MPa/100m以上，加之井深（一般大于5000m）、封固段長（一般超過2000m），計(jì)算其潛氣竄因子（GFR）達(dá)到7～9，根據(jù)相關(guān)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，屬于固井后環(huán)空氣竄高危險(xiǎn)井，控制環(huán)空氣竄和提高固井質(zhì)量難度大。(2)地層壓力系統(tǒng)復(fù)雜，壓穩(wěn)和防漏矛盾突出。塔里木盆地、川東北地區(qū)儲(chǔ)層多為碳酸鹽巖裂縫型氣藏，油、氣、水顯示層位多，可

6、交互出現(xiàn)靜水壓力和異常高壓多個(gè)壓力系統(tǒng)，地層縱向的壓力梯度變化很大（壓力系數(shù)1.2～2.30g/cm3），在鉆遇高壓氣層的井眼內(nèi)，同時(shí)存在低壓易漏甚至裂縫型的漏失層，要壓穩(wěn)高壓氣層，就有壓漏低壓層的危險(xiǎn)，鉆井液密度安全窗口窄，壓穩(wěn)和防漏矛盾十分突出。川東北河壩1井在進(jìn)入飛三段(4870m-5018m)后，多次發(fā)生井涌、井漏。不壓井時(shí)發(fā)生氣侵，壓井時(shí)又產(chǎn)生井漏，鉆井液密度由2.19上升到2.35g/cm3勉強(qiáng)建立平衡。壓穩(wěn)是固井防氣竄的前提，采用密度為2.35g/cm3水泥漿固井，固井時(shí)有發(fā)生了漏失，導(dǎo)致不能壓穩(wěn)氣層，固井過程中就發(fā)生了環(huán)空氣

7、竄。塔里木盆地塔河油田二疊系地層分布不均勻，由于地層的激烈運(yùn)動(dòng)，與上下地層呈不整合接觸，造成地層破碎，地層易跨塌，造成地層承壓能力低，從而發(fā)生固井漏失；塔河油田奧陶系屬于裂縫性灰?guī)r，地層承壓能力低，固井易發(fā)生漏失。(3)防止H2S、CO2腐蝕固井技術(shù)難題塔河油田雅克拉氣田、川東北地區(qū)大部分高壓氣層富含H2S或CO2或二者混合的有害氣體，而且含量較高。如普光氣田天然氣的H2S含量達(dá)到180g/m3，CO2含量達(dá)到80g/m3；位于開江的羅家寨氣田天然氣的H2S含量達(dá)到150g/m3，CO2含量達(dá)到100g/m3，雅克拉凝析氣田部分井含有豐富的

8、CO2。CO2、H2S都屬于腐蝕性酸性氣體，國外研究表明，CO2和H2S氣體在井底高溫高壓條件下將與水泥石中的水化產(chǎn)物如Ca(OH)2和CSH凝膠等發(fā)生反應(yīng)，從而降低水泥石的強(qiáng)度