【正文】 鄂爾多斯水平井固井工藝技術(shù)研究中期報(bào)告中國石化集團(tuán)華北石油局井下作業(yè)公司二〇一三年三月目 錄1 項(xiàng)目的基本情況 .......................................................1 合同（任務(wù)書）約定的目標(biāo)、研究內(nèi)容和預(yù)期成果 .......................1 項(xiàng)目進(jìn)展情況 ......................................................22 項(xiàng)目開展的研究工作及取得的主要成果 ...................................3 調(diào)研分析水平井固井技術(shù)與難點(diǎn) .......................................3 優(yōu)化固井設(shè)計(jì)方案 ..................................................3 水平井固井工具的選擇 ..............................................3 水平井固井前置液體系及水泥漿體系研究 ..............................4 固井技術(shù)措施 .....................................................15 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 .........................................................183 存在的主要問題及建議 ................................................344 今后的工作安排 ......................................................351 / 381 項(xiàng)目的基本情況《鄂爾多斯盆地水平井固井工藝技術(shù)研究》于 2022 年 6 月立項(xiàng)匯報(bào)，確定為局控科研項(xiàng)目后，全面啟動(dòng)了項(xiàng)目研究工作。2022 年 6 月2022 年 2 月，按照研究工作計(jì)劃，完成了水平井固井所需工具、附件的可靠性調(diào)研和優(yōu)選,針對(duì)水平井段固井對(duì)水泥漿部分性能的特殊要求進(jìn)行了水泥漿配方優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，緊密結(jié)合三開井身結(jié)構(gòu)二開技套固井水平段裸眼或篩管、簡化結(jié)構(gòu)井A 點(diǎn)以上套管封固水平段裸眼和水平段套管固井三種完井工藝，從井眼準(zhǔn)備、管串結(jié)構(gòu)、扶正器安放，漿體結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)過程控制等方面進(jìn)行了探索研究，并分別在鄂南和鄂北工區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，為提高固井質(zhì)量發(fā)揮了較好的作用。三開井身結(jié)構(gòu)二開技套固井水平段裸眼或篩管完井固井工藝應(yīng)用成熟，固井優(yōu)良率 100%；簡化結(jié)構(gòu)井 A 點(diǎn)以上套管封固水平段裸眼完井工藝，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 7 口井，4 口井固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)，3 口井出現(xiàn)非封固質(zhì)量問題（NP15 井套管未下到設(shè)計(jì)位置， NP11 井、NP13 井目的層有水泥） ；水平段套管固井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 7 口井（鄂南 5 口、鄂北 2 口） ，2口優(yōu)質(zhì)（JH2PJH32P4）,2 口水平段封固質(zhì)量不理想（JH32PJH32P1） 。3 口固井質(zhì)量未測(cè)（JH74P8DP56H、DPH47） 。 合同（任務(wù)書）約定的目標(biāo)、研究內(nèi)容和預(yù)期成果 任務(wù)目標(biāo)通過外出調(diào)研、室內(nèi)研究、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得出一套行之有效、適合鄂爾多斯盆地油氣田水平井開發(fā)的配套固井工藝技術(shù)。提高水平井技術(shù)套管固井質(zhì)量，確保水平段尾管固井質(zhì)量，為鄂爾多斯盆地油氣田長期有效開發(fā)提供有力的技術(shù)支撐。 主要研究內(nèi)容（1）油氣田儲(chǔ)層特性及水平井固井技術(shù)難點(diǎn)①進(jìn)一步認(rèn)識(shí)紅河油田和大牛地氣田儲(chǔ)層特性。②認(rèn)真總結(jié)紅河油田和大牛地氣田水平井技管固井經(jīng)驗(yàn)與不足。③分析紅河油田和大牛地氣田水平井尾管固井技術(shù)難點(diǎn)，研究制定有效措施，并不斷改進(jìn)完善。（2）水泥漿體系研究①前置液體系研究。②后置液體系研究。③低密度水泥漿體系研究。④微膨脹強(qiáng)韌性防竄水泥漿體系研究。（3）水平井固井工藝技術(shù)研究①井眼準(zhǔn)備工藝技術(shù)優(yōu)化2 / 38②特殊固井工具附件優(yōu)選（尾管懸掛器、滾輪扶正器、浮箍、引鞋等） 。③優(yōu)化管柱結(jié)構(gòu)，對(duì)水平段套管下入長度可行性分析。④優(yōu)化水泥漿漿體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。⑤研究如何有效驅(qū)替水平段偏心環(huán)空窄間隙鉆井液。⑥尾管注水泥工藝研究（井眼準(zhǔn)備、下套管與座掛、泵注壓力與排量控制、頂替效率等） 。（4）現(xiàn)場(chǎng)施工過程控制研究①注漿排量與施工壓力的控制。②替漿排量與施工壓力的控制。③現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)井漏、異常憋壓等復(fù)雜情況的應(yīng)急技術(shù)方案研究。 預(yù)期成果（1）優(yōu)選出高強(qiáng)低密度水泥漿體系配方；（2）優(yōu)選出微膨脹強(qiáng)韌性防竄水泥漿體系配方；（3）提交鄂爾多斯水平井固井工藝技術(shù)研究成果報(bào)告。 項(xiàng)目進(jìn)展情況合同（任務(wù)書）約定序號(hào) 研究內(nèi)容及指標(biāo) 時(shí)間安排 實(shí)物工作量完成情況指 標(biāo)完成情況1油氣田儲(chǔ)層特性；水平井固井技術(shù)難點(diǎn)分析；設(shè)計(jì)優(yōu)化2022 年 68 月對(duì)鄂北、鄂南的地質(zhì)狀況進(jìn)行整理，通過查閱資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研了解國內(nèi)水平井固井技術(shù)和工藝方法，分析鄂爾多斯區(qū)塊水平井固井的難點(diǎn)，依據(jù)后期開采方案要求優(yōu)化固井設(shè)計(jì)。水平段套管固井設(shè)計(jì)由尾管固井并回接固井方式改變?yōu)橐淮稳等夤? （后）置液體系研究；；系研究；竄水泥漿體系研究；漿體系配伍性研究及評(píng)價(jià)；，優(yōu)選適合鄂爾多斯水平井固井的入井附件。2022 年 911 月分別選擇了長慶、中石化研究院的水泥漿體系及前（后）置液進(jìn)行了配方調(diào)整，并對(duì)不同區(qū)塊進(jìn)行了配伍性分析；優(yōu)選減輕效果較為明顯的西安時(shí)凱和新鄭減輕材料配置低密度水泥漿。經(jīng)過調(diào)研分析，選擇了長慶固井所研制的剛性滾珠螺旋扶正器（樹脂）、旋轉(zhuǎn)引鞋、套管關(guān)閉閥、加長和進(jìn)口膠塞。微膨脹強(qiáng)韌性防竄水泥漿中石化研究院（濕混）其效果優(yōu)于長慶所（干混）3 水平段套管固井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 2022 年 12 月2022年 1 月 在鄂南工區(qū)完成水平井固井 5 口；鄂北工區(qū)完成水平井固井 2 口。水平井固井工藝技術(shù)基本形成并得到一定完善4 技術(shù)總結(jié)，收集資料，完成項(xiàng)目研究報(bào)告 2022 年 2 月3 月 完成固井資料的收集整理，分析形成中期報(bào)告，為完善完成項(xiàng)目提供技術(shù)支持。3 / 382 項(xiàng)目開展的研究工作及取得的主要成果 調(diào)研分析水平井固井技術(shù)與難點(diǎn)(1)水平井套管固井難點(diǎn)1)水平段較長，套管下入困難。如果井眼準(zhǔn)備不充分，很有可能發(fā)生卡套管事故。2）水平段、斜井段套管居中困難，套管易貼井壁。 3）井壁泥餅、斜井段環(huán)空巖屑不易被清除干凈。4）在泥漿頂替水泥漿過程中，水泥漿易沿寬邊推進(jìn)，將與泥漿混竄，造成竄槽。5）水平段環(huán)空間隙小，易形成沙床，導(dǎo)致固井施工壓力高或者環(huán)空憋堵，6）解決提高頂替效率和固井防漏所產(chǎn)生的矛盾；7）井斜段、水平段因重力作用水泥顆粒下降，井眼頂部自由水析出形成橫向通道，形成竄流；固相顆粒沉降導(dǎo)致上部水泥膠結(jié)疏松，強(qiáng)度下降，導(dǎo)致封固失敗。8）阻流環(huán)（回壓凡爾）易密封失靈，水平段留長塞，常規(guī)國產(chǎn)膠塞在長水平段磨損易導(dǎo)致水泥漿后竄形成較長半塞。(2)大牛地氣田特有固井難點(diǎn)1)延長組及劉家溝組地層承壓能力低，易漏失(漏失當(dāng)量密度均值順序：劉家溝()延長()和尚溝()紙坊()) 2)目的層段多煤層（山西、太原及本溪組，單層厚 110 米） 、并有泥巖和砂巖互層情況，垮塌嚴(yán)重，井徑大并不規(guī)則，水泥一、二界面膠結(jié)質(zhì)量難以保證。(3)紅河油田特有固井難點(diǎn)紅河油田目的層延長組存在高于常規(guī)的地層流體壓力，延安組地層流體壓力較為正常；上部地層破裂壓力低，存在易發(fā)生漏失的直羅組地層；井筒上半段存在多個(gè)出水層，包括環(huán)河至洛河的各層組，跨度近1000米，存在嚴(yán)重的漏失和水侵風(fēng)險(xiǎn)；產(chǎn)層含水現(xiàn)象較為普遍。 優(yōu)化固井設(shè)計(jì)方案2022 年 6 月8 月，主要對(duì)鄂南和鄂北的《鉆井工程設(shè)計(jì)》進(jìn)行了詳細(xì)的查閱，結(jié)合鄂爾多斯盆地不同區(qū)塊的地質(zhì)特點(diǎn)，分析了該地區(qū)水平井固井施工的難點(diǎn)，以國內(nèi)先進(jìn)的固井工藝方法為指導(dǎo)，優(yōu)化固井施工設(shè)計(jì)。水平井固井設(shè)計(jì)變更：原設(shè)計(jì)采用三開井身結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)層固井（水平井段）采用尾管懸掛固井技術(shù)，然后再采用套管回接固井技術(shù)完成非目的層的固井施工。后來考慮到該類型水平井設(shè)計(jì)垂深與常規(guī)井一樣，而鉆井施工中所用的鉆井液比重和低密度水泥漿的比重接近（不會(huì)因?yàn)殪o液柱壓力的增加而壓漏地層） ，因此，經(jīng)過專家領(lǐng)導(dǎo)討論分析認(rèn)為，固井方式改為一次上返全井封固工藝，既可以節(jié)約生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)4 / 38效率，且能避免尾管回接固井時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。 水平井固井工具的選擇水平井固井工具主要考慮了工具加入套管串以后對(duì)整個(gè)管串剛度的影響是否能保證管串的正常下入；附件（扶正器）主要考慮其對(duì)套管的支撐能力，保證套管的居中度，選用帶旋流槽的剛性扶正器還可以改變頂替流態(tài)，有利于提高固井質(zhì)量；水平井段的浮鞋、浮箍容易造成關(guān)閉球錯(cuò)位導(dǎo)致替漿碰壓后回壓凡爾不能正常關(guān)閉，關(guān)井候凝易使套管內(nèi)替漿液在水化熱的作用下致使套管膨脹，水泥漿凝固后放壓則使第一界面產(chǎn)生微間隙影響固井質(zhì)量。由于以上原因，我們通過市場(chǎng)調(diào)研在鄂南油井固井中選擇了長慶固井研制的浮鞋（旋轉(zhuǎn)引鞋） 、浮箍 、加長膠塞 、關(guān)井閥、樹脂旋流（滾珠）扶正器等特殊工具、附件；鄂北固井選用的是江蘇常熟生產(chǎn)的普通浮鞋、浮箍 、膠塞和扶正器。見圖 21，22。 A－滾珠；B－頂絲； C－銷軸；D－本體。圖21 滾輪扶正器圖22 關(guān)井閥 水平井固井前置液體系及水泥漿體系研究 前置液體系考慮到為保持井壁穩(wěn)定，固井前的泥漿性能調(diào)整較小，泥漿粘度偏大，為了提高頂替效率及水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量，研發(fā)了具有良好的相容性及配伍性,能夠起到?jīng)_洗、稀釋、緩沖、隔離及潤濕效果的 CXY 沖洗液。該沖洗液易于溶解鉆井液形成的泥皮，有利于5 / 38對(duì)井壁泥皮進(jìn)行有效沖刷從而提高二界面的膠結(jié)質(zhì)量。(1)前置液基本性能沖洗液 CXY 化學(xué)成份由表面活性劑、纖維素、無機(jī)鹽按一定比例和特定工藝制成的混合物，CXY 沖洗液性能如下：前置液：清水+5%CXY 性能：ρ:(60℃) T Y:(60℃)前置液中的表面活性劑，改善泥漿與水泥漿的相容性，提高水泥石與套管及井壁的膠結(jié)質(zhì)量。(2)前置液油溶性性能測(cè)試前置液：清水+5% CXY （ρ：） ，每次取配制好的沖洗液 50ml，測(cè)試對(duì)油的溶解能力及溶解速率，結(jié)果如表 21：表 21 前置液油溶性性能實(shí)驗(yàn) 溶解油的量(ml)溶解速度 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19溶解時(shí)間（min） 溶解速率(ml/min) 10 20 25 30 31 35 29 29 25從測(cè)試結(jié)果可以看出，CXY 沖洗液對(duì)油有很好的溶解能力。(3)前置液與水泥漿的相容性實(shí)驗(yàn) 表 22 前置液與水泥漿的相容性檢測(cè)數(shù)據(jù) 流體比例 φ600 φ300 φ200 φ100 φ6 φ3 N 值70%隔離液+30%水泥漿 8 6 4 3 2 1 50%隔離液+50%水泥漿 9 6 4 3 3 3 30%隔離液+70%水泥漿 17 10 9 8 2 1 （4）前置液設(shè)計(jì)利用固井設(shè)計(jì)軟件合理設(shè)計(jì)前置液的高度，確保紊流接觸時(shí)間。根據(jù)流變性計(jì)算，施工排量在 15～221/s 或環(huán)空返速達(dá) ～；實(shí)驗(yàn)表明接觸時(shí)間在3min 以上洗油效率達(dá) 100%，理論計(jì)算沖洗液量為 ～ m3，前置液設(shè)計(jì)注入量≥6m 3，從而提高水泥石與套管及井壁的膠結(jié)質(zhì)量。 水泥漿體系 水平井固井對(duì)水泥漿體系的要求(1)井斜段、水平段因重力作用水泥顆粒下降，井眼頂部自由水析出形成橫向通道，形成竄流；固相顆粒沉降導(dǎo)致上部水泥膠結(jié)疏松，強(qiáng)度下降，導(dǎo)致封固失敗。水泥漿沉降穩(wěn)定性是提高水平井固井質(zhì)量的關(guān)鍵。(2)水平段環(huán)空間隙小，水泥漿自由水、失水和穩(wěn)定性的細(xì)微變化對(duì)于水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量影響很大，要求水泥漿綜合性能非常高，特別要求水泥漿具有微膨脹性能，避6 / 38免水泥漿凝結(jié)期間體積收縮影響一、二界面膠結(jié)質(zhì)量；(3)水平段環(huán)空間隙小，水泥環(huán)薄，在試采及實(shí)施增產(chǎn)措施時(shí)，容易造成水泥環(huán)一、二界面二次竄流（微間隙、微裂縫） ，要求硬化后水泥石（環(huán)）動(dòng)態(tài)力學(xué)性能沖擊韌性要高；(4)水平段環(huán)空間隙小，并易形成沙床，導(dǎo)致固井施工壓力高或者環(huán)空憋堵，水泥漿在小井眼窄環(huán)空中（高剪切狀態(tài)、高壓差）迅速失水脫水，發(fā)生橋堵蹩泵（井眼較小位置或者安放扶正器位置） ，造成固井失敗。因此水平井水泥漿失水控制嚴(yán)格，要求小于 50ml。 防漏固井水泥漿體系研究(1)復(fù)合減輕材料的化學(xué)成分研究復(fù)合減輕材料是由膨脹珍珠巖、微粒硅、有機(jī)材料和無機(jī)填充材料復(fù)制而成，外觀為灰色固體粉末。① 膨脹珍珠巖是珍珠巖礦砂經(jīng)預(yù)熱、瞬時(shí)高溫焙燒膨脹后制成的一種內(nèi)部為蜂窩狀結(jié)構(gòu)的白色顆粒狀的材料。決定膨脹珍珠巖原料工業(yè)價(jià)值的，主要是它們?cè)诟邷乇簾蟮呐蛎洷稊?shù)。膨脹倍數(shù)：k0515 倍,容重：80kg/m 3200 kg/ m3， 莫氏硬度：，密度（比重）：，耐火度：13001380℃，折光率：。質(zhì)量要求：A 玻璃質(zhì)純潔，透明度好，顏色淺。B 沒有或有輕微脫玻璃化作用。C 不含或少含晶質(zhì)物。D 化學(xué)成分：表 23 膨脹珍珠巖的化學(xué)成份 礦 石 類 型 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO K2O Na2O MgO H2O珍 珠 巖 6874