东海海域某区块固井防气窜技术研究与应用
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摘要：针对东海海域某区块作业特点，分析并介绍了固井作业中遇到的难点及现场实际的应对措施，尤其针发生气窜原因，提出了防窜对策。
关键词：低渗气井；固井；防窜水泥浆；压裂；东海海域
东海海域某区块为低孔低渗气层，因此大部分试油层段要进行压裂测试，而且4000m以下主力目的层存在异常高压，地层孔隙压力系数为1.45-1.6，这对固井质量提出了很高要求，尤其是防气窜能力。
1 该区块的固井难点
1.1 井径不规则，套管不易居中
该区块煤层较多，煤层段易垮塌而形成台阶或“大肚子”。容易造成套管下放困难，且很难保证套管居中度，导致固井时顶替效率不高。
1.2 封固段较长，注水泥量大
尾管裸眼段在1000m以上，封固段较长，注水泥量大，易加重由水泥浆失重引起的不良影响，而水泥浆失重是引起注水泥后环空气窜的主要原因之一。
1.3 井底温度高
该区块地温梯度为3.26℃/100m，完钻井深平均在4800m，井底BHST约150℃以上。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。
1.4 压裂测试易使水泥石产生裂缝
由于该区块为低孔低渗气层，大多数测试层位都采用压裂方式，而压裂作业不仅使得压裂层段本身固井胶结质量趋向变差，更会对其邻层水泥环也造成一定程度的破坏，可以说压裂作业增大了层间窜槽的可能性和危险性
1.5 较高的地层孔隙压力
防止由于水泥浆失重而引发气侵的条件为：水泥孔隙压力+ +水泥对窜流的流动阻力>地层压力，由此可知，在水泥浆塑态期间的孔隙流动的孔隙压力和气侵阻力之和等于水泥浆防气窜能力。因此较高的地层孔隙压力对水泥浆提出了更高的防气窜能力。
2 技术措施及应用
有关气井环空气窜问题，国内外固井专家进行了长期不懈的研究，提出了一系列气窜机理[1]。一是压力不平衡，造成的原因主要有4个方面：水泥浆向地层失水造成体积损失；环空桥堵造成压力传递失效；水泥浆在候凝过程中存在水化胶凝失重现象；发生注水泥漏失。二是环空存在流体窜槽，固井时若环空顶替效率不高，容易形成钻井液窜槽，地层高压气体在未固化的钻井液中逐步滑脱上窜，最终到达井口，形成稳定的气窜通道。三是体积收缩形成微环隙，由于泥饼或微环隙存在而经水泥与地层或水泥与套管交界面窜流。
根据上述气窜机理，可以从两方面采取措施来防止环空窜流：一是固井施工工艺，例如浆柱结构、循环及顶替排量控制、候凝方式等；二是提高水泥浆性能，例如水泥浆体系的选取等。
2.1 提高套管居中度
套管居中度的保证是提高固井质量的重要措施之一，因此需要加放适量的扶正器。而在实际作业中既要保证扶正器加放数量足够，又要确保尾管能下放到位，因此固井前井眼准备充分，除采取原钻具组合通井外，还要模拟尾管刚度进行通井，有效避免了尾管的下入过程遇阻或下不到位；另外采用软件模拟下尾管时顶驱大钩载荷，确保尾管能安全下入。
2.2 采用双凝水泥浆柱结构
井内要封隔的水泥段较长时，为了防止窜流，可在水泥柱各段范围内使用不同稠化时间的水泥浆，使水泥浆从下到上逐渐凝固。本区块采用的是两凝水泥浆柱结构。当下部速凝段处于危险状态时，上部缓凝段仍保持较高的静液压力；而缓凝段降至水柱压力时，下部速凝段早已凝固，从而防止窜流。
2.3 聚合物防窜水泥浆体系
根据气窜机理的研究成果，国内外专家相继提出了“胶凝过渡学说”、“非渗透学说”[2]，并对气井固井水泥浆提出了低失水、短过渡（直角稠化）、微膨胀、非渗透等一系列性能要求，形成了“水泥浆性能系数”、“水泥浆气窜阻力系数”等评估水泥浆防气窜能力的方法。
该区块采用配方（BWOC）100% ”G”级水泥+35% 硅粉+7% 高温降失水剂+4% 防气窜增强剂+1.42% 高温缓凝剂+1.33% 分散剂+0.50% 膨胀剂+0.67% 消泡剂+45.96%F/W
作业中采用的防气窜增强剂是一种无定型SiO2，经特殊工艺制备的高固含量水性悬浮液，可提高水泥石的早期强度发展，改善水泥浆的胶结性能，使水泥浆具有良好的防气窜能力。
配方中使用的该类型膨胀剂，主要用于补偿水泥石体积收缩，提高水泥石的抗压强度，防止因水泥石收缩产生的微裂纹。
另外缩短过渡时间的水泥浆体系。从原理上而言，主要是增加水泥浆对窜流的流动阻力。本区块第二口探井速凝尾浆稠化时间如图1：
2.4 前置液紊流顶替
由于井眼不规则，采用前置液紊流顶替技术，尽量提高顶替效率。在井况、设备不允许的情况下，应延长前置液与井壁的接触时间至少10分钟，即增加前置液在井内长度，在需要考虑井底压稳时可对前置液进行加重。本区块第二口探井中泥浆比重1.5g/cm，隔离液加重至1.55g/cm，冲洗液加重至1.5g/cm。
2.5 候凝方式
一般候凝时采取井口环空加压的方式，来弥补水泥浆失重引起的压力降。但是该措施不但在候凝时要长时间占用井口，而且当放压时会引起上层套管微收缩，造成尾管重叠段的微裂纹从而影响重叠段的固井质量。该区块作业时采用尾管挂顶至井口替换为高比重泥浆，这样在不占用井口时间的情况下更有利于保证长时间的环空增压候凝。
3 认识与建议
地层压力和水泥浆失重最大压力损失是确定合理的井内流体结构的基础，当预测的地层压力和水泥浆失重最大压力损失比较合理时，能对固井工程的压稳计算提供帮助。
研究出的防气窜固井工艺技术和水泥浆体系具有良好的防气窜性能，能够很好的抑制油气水窜的发生，提高固井质量。
固井工程是一个系统工程，从钻井到完井的每一个环节无不影响着固井质量的提高。因此，提高某区块固井质量尤其是防窜技术不能仅仅着眼于固井技术本身的分析，需要从钻井施工全面考虑才能从根本上解决目前的固井难题。
参考文献：
[1]Sake R L，Logan J L．气窜控制新技术．邓建民，窦佳龙，译// 国外油井注水泥技术．四川科学技术出版社，1992.
[2]郑永生，邓建民，等．应用综合配套技术提高低压易漏调整井固井质量的研究与应用// 中石油钻井承包商协会论文集，2003.