超深井复杂地层固井技术研究与应用论文
摘要：在石油可采、易采储量不断减少的情况下，油田勘探开发已向海洋、复杂地层、深井、超深井方面发展。由于各种油藏分布情况不同，目的地层地质条件复杂，给固井工程带来了许多难题和挑战。本文针对超深井复杂地层的固井技术难点，从水泥浆体系、固井工艺等三个方面开发完善深井水泥浆体系技术、提高井下工具附件可靠性，并在现场中得到了良好应用。
关键词：复杂地层；固井技术；固井工具；应用
在深井、超深井完井固井中，由于受到超高温、超高压、盐膏层、复杂地层等诸多因素的影响，固井质量一直不尽人意，影响了新区或深层油气的发现和油藏的评价。开发超深层、超高压、高含硫、低渗致密等复杂油气藏，目前还没有成熟配套的技术，有些甚至属于世界级难题。而井越深，井下越复杂，固井完井的难度也越大。
1 深井复杂地层固井难点
1.1 地层情况复杂
超深井固井地层情况复杂，多套压力体系地层并存，存在固井防漏和防喷的难题。同一个井眼存在上涌下漏、地层易破碎、易垮塌等问题。部分地区高含硫化氢，存在固井防腐问题。
1.2 井底温度高
井底温度高对水泥浆抗高温稳定性能提出更高的要求。水泥浆的流变性能与顶替排量等发生稍微的变化，就会导致环空窄间隙内钻井液的顶替效率发生很大的变化，难以实现紊流顶替，水泥环薄弱，抗冲击力差。
1.3 多压力层、窄间隙固井
由于井身结构的限制，有许多井采用“非常规”的井身结构。这将带来以下几个问题：a.非常规尺寸，工具配套难度大；b. 下套管风险加大，容易引起粘卡和漏失，套管不易居中；c.水泥石强度降低，保证不了封隔效果。
1.4 间隙小难题
井眼环空间隙小，泥浆比重高，循环摩阻大，造成施工泵压高，固井或替浆过程中，因泵压过高而无法正常施工。
1.5 长封固段固井，注水泥量大
长封固段固井，水泥量大。易发生泥浆连续窜槽、砂堵蹩泵、易压漏地层等问题。
2 技术措施
针对深井复杂地层在固井过程中这些存在的这些问题，根据现场实践及试验研究，提出了如下的解决措施。
(1)固井前井眼准备充分，除采取原钻具组合通井外，还要模拟套管刚度进行通井，有效避免了套管的下入过程遇阻或下不到位。从统计资料看，近期完钻的深井未出现套管下不到设计井深的`情况。
(2)对于长裸眼段固井，如果地层承压能力不能满足单级注水泥，可采用多级注水泥方式，在条件允许的情况下可采用双胶塞注水泥的方式。在满足地层承压能力条件下，应用双胶塞固井质量，并且在目前这种固井工艺在深井中普遍应用。
(3)大尺寸套管固井多采用内插管固井方式，一方面减少了混浆段，同时还有利于提高顶替效率，有效控制水泥塞的高度。
(4)针对同一井段多套压力体系，除对固井工艺进行优化外，还要保障水泥浆性能。通常要求低失水、低收缩、高的早强度，同时要进行抗压、抗折以及胶结强度试验，调节外加剂加量，优化水泥浆配方。
(5)针对井身质量差，采用前置液紊流顶替技术，尽量提高顶替效率，在井况、设备能力允许的条件下尽量提高注替排量，或者采用旋转固井，较完全清出井内钻井液，达到替净，提高固井质量。 3、现场应用
3.1 胜科1井
胜科1井是中石化的一口重点科学探井，完钻井深7026m。三开钻进过程是最复杂、最困难的阶段。钻遇了大段的盐膏层以及紫红色软泥岩层，地层十分复杂；钻进过程中有太多的蹩钻、蹩泵，起下钻阻卡；钻井液密度高达2.26g/cm3；而且井径不规则，出现大肚子、糖葫芦井眼，对固井质量造成极大的威胁。为防止套管挤毁和保证固井质量，采用抗高温抗盐抗污染高密度(2.30g/cm3)水泥浆体系和配套的工艺技术措施。
1、前导水泥浆：2720～3900m采用1.94 g/cm3抗温抗盐防污染水泥浆体系。
配方：胜G水泥593g+硅粉207g+SWH-1 2.4g+SWJ-1L 32g+SWJZ-1 6g+NaCL 57.6g+H2O 302g
性能：密度1.94g/cm3；失水16ml/90℃*6.9 MPa*30min；稠化时间274min/130℃*58MPa
2、正常水泥浆：3900～4250m采用密度2.30g/cm3的加重高密度抗盐抗高温体系。
配方：胜G484g+铁矿粉440g+硅粉176g+SWH-1 8.0g+SWJ-3L 30g+SWJZ-11.6g+NaCL 48.6g+H2O270g
性能：密度2.30g/cm3；失水50ml/95℃*6.9 MPa *30min；稠化时间 234min/140℃*70MPa；强度 19.3 MPa/140℃*21 MPa *24h
3.4 丰深3应用情况
丰深3井是一口局级重点探井，主探济阳坳陷东营凹陷北部陡坡带丰深3砂体较高部位含油气情况。钻进中途测试油气显示较好，固井质量的好坏直接影响油气层的评价。由于同地区井深4000m以上井，固井质量均较差。为此，公司经过深入分析和研究，优选了抗高温高压的井下工具附件，并建议采用抗高温防气窜胶乳水泥浆体系。
水泥浆配方如下：
胜潍G级水泥+5.0%SDJR-1+5.0%SWJ-3+0.4%SWJZ-1+0.25%SDW+12%盐+现场水(150℃，60MPa)
水泥浆密度为1.88g/cm3，流动度为19cm，21MPa、150℃养护36小时后抗压强度为23.4MPa，水泥浆稠度到达40Bc时间为235min，6.9MPa下30min的失水量为47ml。
现场配制药品水3.92方，大样复查合格；下完套管后循环洗井调整水泥浆性能，座挂后洗井排量0.65m3/min，泵压13MPa，第二天倒扣后固井，注入隔离液4方，水泥浆5.3方(用药品水3.2方)，替浆21.15方，泵压0-16，碰压20MPa；拔出中心管循环，候凝48小时。
4 认识与建议
(1)大尺寸套管固井技术(胜科1井)、分级固井、尾管固井、长封固段双胶塞固井及低密度水泥浆固井工艺，能够满足目前深井固井需要。
(2)在钻穿盐膏层、膏岩层和软泥岩以及低压裂缝漏失层等多种复合复杂地层的情况下，采用了抗盐抗高温抗污染高密度水泥浆体系，完成了大吨位，高泵压的挤注水泥施工。取得了满意的效果。
(3)配套工艺技术措施的应用、工具附件的正确操作、高密度水泥(与外掺料、外加剂)的混拌质量以及与混拌用水的大样复查，对于保证复杂井、深井的正常固井施工和保证质量十分重要。
(4)建议进一步加强水泥浆体系的合理设计。尤其是长尾管，确保尾管上部及重叠段的封固质量。以及由于长封固段温差大，在保证施工作业安全的前提下，防止上部井段水泥浆可能出现凝结时间过程，或凝结强度发展太慢的情况。
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