石楼西区块致密砂岩气固井实践与认识

薛飞

胜利石油工程有限公司固井技术服务中心  山东 东营 257000

摘要：中海沃邦公司为了实现石楼西致密砂岩气的高效开发，切实提高产量，相继分批部署了一系列致密砂岩气水平井，并大力推广分段压裂储层改造技术，对固井施工安全、水泥环封固质量、井筒完整性等方面提出了更高的要求。针对诸多技术难题，本文通过地质储层特性对固井封固质量影响因素分析，优化前置液和水泥浆体系，合理设计配套固井技术措施。管串结构采用“水力旋转浮鞋+螺旋树脂扶正器+弹性扶正器交替安放”工艺；前置液的采用高效复合隔离液，根据现场循环情况针对性采用节流控压固井等技术方案，确保施工安全和固井质量。现场应用19口次，固井质量合格率100%。

关键词：砂岩气；水平井；塑性膨胀水泥浆；节流控压；固井质量

1 地质概况

石楼西区块位于山西省永和县、石楼县和隰县交界处，面积 1524km2，该井区地处山西黄土梁峁区，地表侵蚀强烈，沟壑纵横，地形起伏较大。构造位置：鄂尔多斯盆地晋西挠褶带。钻井目的层段山西组山2-3段。平均地温梯度为3.27C/100m，气层段温度在66.4℃～74.2℃之间，基本属于正常温度系统。气藏压力系数在0.72～0.93之间，平均值0.84，山2段平均地层压力为19.5MPa，地层压力系数范围较大，为0.71～1.08，平均地层压力系数为0.87。流体性质本区天然气组分分析结果：甲烷含量90.432%～98.849%，不含硫化氢，相对密度0.5860～0.5960，地层水水型为CaCl2型，气藏类型山23 亚段为纯气藏，以复合叠置砂体为主，单砂体厚度较薄，复合砂体厚度较大、连通性较好，有效气层主要发育在2100～2500m，单井钻遇砂层厚度 7.2-30.2m，气层厚度 7.2-14.2m。

2 基本情况

石楼西区块有效气层主要发育在2100～2500m，设计井深在3500-4000m左右。根据开发要求，均为三开井，二开套管鞋附近是A靶位置，三开为水平段。下面以 YH30-55-2H为例，介绍区块基本情况。

151.55°，位移：1688.48m，垂深：2222.83m。最大井斜3170.01m处 93.82°，裸眼最大狗腿度3122.18m处5.803°，钻进过程正常，通井循环过程中有较多掉块返出，通井时在 3270、3560m有遇阻显示。

2.4地质资料

泥岩段：2718-2725、2776-2785、2910-2907、2943-2965、2984-3506、3138-3143、3153-3164、3269-3295、3367-3387、3421-3443、3718-3772、3780-3804、3810-3845、3848-3879m共 14段。碳质泥岩段：2716-2718、2763-2776、3764-3765、3883-3834m共 4段。煤层段：3359-3362、3383-3384、3711-3718、3750-3753、3758-3759、3804-3810、3845-3848m共7 段。

主要气层：2561～2650m，厚度 89m；2515～2555m，厚度40m；2675～2716m，厚度41m；2733～2763m，厚度30m；2801～2716m，厚度41m；3080～3120m，厚度40m；3165～3206m，厚度41m；3215～3238m，厚度23m；3238～

3254m，厚度16m；3295～3359m，厚度64m；3392～3421m，厚度29m；3444～3528m，厚度84m，3529～3702m，厚度173m，3879～3921m，厚度20m；3925～3998m，厚度 73m；共计15段。

水平段定向钻时：10-55min/m，复合钻时：9-29min/m；气测值：2.947%-99.99%；伽玛：33-252API

3 固井技术难点

3.1地质因素影响的难点

3.1.1碳质泥岩、煤层段地质脆、激动压力易产生掉块，下套、循环、固井施工过程易发生掉块憋泵事故。

3.1.2砂岩段与泥岩段、碳质泥岩和煤层段交替存在，易形成“糖葫芦”井眼，在水平段掉块沉砂不易清除，水泥浆携砂能力强，施工过程易发生憋泵事故。

3.1.3气层分布广，且比较活跃，容易干扰水泥环胶结，发生气窜，造成窜槽，影响固井质量。

3.2施工因素影响的难点

3.2.1套管下入、居中困难。大斜度井段和水平段的套管所受的重力方向不再是轴向而是径向，导致套管极易偏心，套管底端的钻井液驱动困难，影响水泥浆的顶替效率。

3.2.2钻井液性能为了防止井壁失稳，保证有效的携岩效率，钻井液密度、黏度一般比较高，流动性差，固井时严重影响顶替效率。

3.2.3水泥浆与 KCL复合盐钻井液的相容性差。复合钾盐钻井液因其具有良好的稳定性和抑制防塌性，被广应用于水平井钻进中，但其与水泥浆相容性差，两者接触会严重影响浆体的流变性能，严重时造成憋泵事故。

3.2.4对水泥浆性能要求高。致密砂岩气井的水平段固井对水泥浆体系的稳定性、防窜抗干扰性以及后期压裂对水泥石密封完整性提出更高要求，水泥浆除了具有低失水、微膨胀、塑性零游离液等性能，还要求水泥石具有“高强低模”的性能。

4 固井工艺技术研究

4.1井眼准备

强化井眼准备，通井措施采用双扶管串+分段循环措施，通井钻具组合的刚度不低于套管串刚度，调整好钻井液性能，从井底开始，分井段、最大钻进排量循环；遇阻点多次短起消除键槽，保证井眼轨迹光滑；优化通井钻井液性能，提高携砂能力，确保井壁稳定、井底干净。

4.2下套措施

针对井眼轨迹复杂套管下入困难，居中困难，使用“水力旋转浮鞋+螺旋树脂刚性扶正器”的工艺，遇阻避免猛提猛放，适当开泵循环，确保顺利到底。

4.2.1下套管时将水力旋转浮鞋连接到套管底部，在套管下入过程中，遇阻开泵循环，依靠水流带动旋转头自由旋转，并且端部是偏心设置，可以有效避开障碍，使套管顺利下到设计深度。

4.2.2螺旋树脂扶正器重量轻、刚性小，摩擦系数比常规材质的扶正器低，减小了下套管阻力。采用高分子树脂材料非粘附性能力强，粘附能力仅为金属材料的 1/5～1/6，常作为涂层在生活中广泛应用，因此在下套管过程中能产生较好的自洁能力，粘附钻屑、泥饼较少，下套管减小摩阻效果明显。独特的螺旋设计，旋流在环空中改变流道，使液体螺旋上升，提高了钻井液流速，增大了携砂能力，其环向流速增加了附加切向力，更易于冲刷井壁上的虚泥饼，提高顶替效率和二界面胶结质量。保证井下安全、套管顺利下入，按设计要求下入扶正器。

4.3优选前置液体系

前置液与钻井液、水泥浆的相容性要好。不仅要有良好的冲刷效果，能够有效的驱替残留钻井液、虚泥饼，提高顶替效率；还具有较好的悬浮性能，可以避免钻井液固相颗粒和冲蚀下来的虚泥饼沉降和堆积；同时协助水泥浆压稳地层。前置液包括冲洗液和隔离液两部分。

4.4优选水泥浆体系

水泥浆体系设计的原则，采用双凝水泥浆体系，领浆封固上部套管内井段，尾浆封固水平段气层，严格控制失水、游离液、稳定性，缩短水泥浆稠化过渡时间，提高水平段固井质量。

4.5节流控压固井技术

采用节流控压固井技术可以较好的控制环空返速，降低“U”型管效应，保障固井作业的成功率。原理就是通过节流管汇控制出口压力形成向内环空压力，控制 U型管效应下的整个井筒压力平衡，从而达到控制环空返速的目的。使环空返速不高于循环时的环空返速。

4.6清水替浆采用紊流-塞流复合顶替技术

由于环空间隙小，流动摩阻较大，泵压与排量的关系十分敏感。为了提高顶替效率，采用紊流-塞流复合顶替技术。压胶塞后，替浆开始以紊流排量顶替，当立管压力达到预定值时降低排量，改用塞流顶替。环空截面流速分布较为平均，浆体均匀推进，有效提高效率。

5 现场应用

2020.03-2021.07，在石楼西30、45、18三个区块，共施工19 口水平井，在工作中吸取兄弟单位的经验教训，不断完善固井技术措施，在保障固井施工安全的前提下提高固井质量。

6 结论及认识

6.1石楼西区块山西组山22段，砂岩夹煤层、碳质泥岩，砂岩层地质坚硬井眼规则，井径扩大率小，煤层、碳质泥岩段容易掉块，井径较大，水平段形成的岩屑床很难清除，这样会影响固井施工安全和固井封固质量。

6.2调整好通井钻井液性能，执行双扶通井、大排量分段循环洗井的技术措施，能有效破坏岩屑床，清除沉砂和掉块，保障井壁稳定，井眼干净。

6.3复合型前置液的冲洗、隔离效果对提高固井二界面固井质量有积极的作用；抗盐降失水剂、塑性膨胀剂的使用，有效保障水泥浆具有良好的防窜抗干扰性能。

6.4大斜度井、长水平段井的下套管作业，使用水力式旋转浮鞋和螺旋树脂扶正器，能提高下套成功率。

6.5节流控压技术在特定情况下是一种有效的应急技术措施，

参考文献：

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[2]史为纪，卢亚峰，胡慧芳.大牛地气田小间隙井眼固井工艺[J].断块油气田第16 卷1期.2009年

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