鄂尔多斯水平井固井工艺技术研究项目中期报告(定稿).doc

鄂尔多斯水平井固井工艺技术研究 中期报告 中国石化集团华北石油局井下作业公司 二一三年三月 目目 录录 1 项目的基本情况 .1 1.1 合同（任务书）约定的目标、研究内容和预期成果.1 1.2 项目进展情况 .2 2 项目开展的研究工作及取得的主要成果 .3 2.1 调研分析水平井固井技术与难点.3 2.2 优化固井设计方案 .3 2.3 水平井固井工具的选择 .3 2.4 水平井固井前置液体系及水泥浆体系研究 .4 2.5 固井技术措施 .15 2.6 现场应用 .18 3 存在的主要问题及建议 .34 4 今后的工作安排 .35 1 1 项目的基本情况 鄂尔多斯盆地水平井固井工艺技术研究于 2012 年 6 月立项汇报，确定为局控 科研项目后，全面启动了项目研究工作。 2012 年 6 月-2013 年 2 月，按照研究工作计划，完成了水平井固井所需工具、附 件的可靠性调研和优选,针对水平井段固井对水泥浆部分性能的特殊要求进行了水泥浆 配方优化实验，紧密结合三开井身结构二开技套固井水平段裸眼或筛管、简化结构井 a 点以上套管封固水平段裸眼和水平段套管固井三种完井工艺，从井眼准备、管串结构、 扶正器安放，浆体结构、现场过程控制等方面进行了探索研究，并分别在鄂南和鄂北 工区进行了现场应用，为提高固井质量发挥了较好的作用。 三开井身结构二开技套固井水平段裸眼或筛管完井固井工艺应用成熟，固井优良 率 100%；简化结构井 a 点以上套管封固水平段裸眼完井工艺，现场应用 7 口井，4 口 井固井质量优质，3 口井出现非封固质量问题（np15 井套管未下到设计位置， np11 井、 np13 井目的层有水泥） ；水平段套管固井现场应用 7 口井（鄂南 5 口、鄂北 2 口） ，2 口优质（jh2p20、jh32p4）,2 口水平段封固质量不理想（jh32p6、jh32p1） 。3 口固井 质量未测（jh74p84、dp56h、dph-47） 。 1.11.1 合同（任务书）约定的目标、研究内容和预期成果合同（任务书）约定的目标、研究内容和预期成果 1.1.1 任务目标 通过外出调研、室内研究、现场试验，得出一套行之有效、适合鄂尔多斯盆地油 气田水平井开发的配套固井工艺技术。提高水平井技术套管固井质量，确保水平段尾 管固井质量，为鄂尔多斯盆地油气田长期有效开发提供有力的技术支撑。 1.1.2 主要研究内容 （1）油气田储层特性及水平井固井技术难点 进一步认识红河油田和大牛地气田储层特性。 认真总结红河油田和大牛地气田水平井技管固井经验与不足。 分析红河油田和大牛地气田水平井尾管固井技术难点，研究制定有效措施，并 不断改进完善。 （2）水泥浆体系研究 前置液体系研究。 后置液体系研究。 低密度水泥浆体系研究。 微膨胀强韧性防窜水泥浆体系研究。 （3）水平井固井工艺技术研究 井眼准备工艺技术优化 2 特殊固井工具附件优选（尾管悬挂器、滚轮扶正器、浮箍、引鞋等） 。 优化管柱结构，对水平段套管下入长度可行性分析。 优化水泥浆浆体结构设计。 研究如何有效驱替水平段偏心环空窄间隙钻井液。 尾管注水泥工艺研究（井眼准备、下套管与座挂、泵注压力与排量控制、顶替 效率等） 。 （4）现场施工过程控制研究 注浆排量与施工压力的控制。 替浆排量与施工压力的控制。 现场出现井漏、异常憋压等复杂情况的应急技术方案研究。 1.1.3 预期成果 （1）优选出高强低密度水泥浆体系配方； （2）优选出微膨胀强韧性防窜水泥浆体系配方； （3）提交鄂尔多斯水平井固井工艺技术研究成果报告。 1.21.2 项目进展情况项目进展情况 合同（任务书）约定合同（任务书）约定序序 号号 研究内容及指标研究内容及指标时间安排时间安排 实物工作量完成情况实物工作量完成情况 指指 标标 完成情况完成情况 1 1 油气田储层特性；水平井固 井技术难点分析；设计优化 2012 年 6-8 月 对鄂北、鄂南的地质状况进行整理，通过 查阅资料和现场调研了解国内水平井固井 技术和工艺方法，分析鄂尔多斯区块水平 井固井的难点，依据后期开采方案要求优 化固井设计。 水平段套管固井 设计由尾管固井 并回接固井方式 改变为一次全返 全井封固 2 21.固井前（后）置液体系研 究；2.外掺料优选及评价； 3.防漏高强低密度水泥浆体 系研究；4.微膨胀强韧性防 窜水泥浆体系研究；5.水泥 浆体系配伍性研究及评价； 6.调研水平井固井工具性能， 优选适合鄂尔多斯水平井固 井的入井附件。 2012 年 9-11 月 分别选择了长庆、中石化研究院的水泥浆 体系及前（后）置液进行了配方调整，并 对不同区块进行了配伍性分析；优选减轻 效果较为明显的西安时凯和新郑减轻材料 配置低密度水泥浆。经过调研分析，选择 了长庆固井所研制的刚性滚珠螺旋扶正器 （树脂）、旋转引鞋、套管关闭阀、加长 和进口胶塞。 微膨胀强韧性防 窜水泥浆中石化 研究院（湿混） 其效果优于长庆 所（干混） 3 3水平段套管固井现场应用 2012 年 12 月-2013 年 1 月 在鄂南工区完成水平井固井 5 口；鄂北工 区完成水平井固井 2 口。 水平井固井工艺 技术基本形成并 得到一定完善 4 4 技术总结，收集资料，完成 项目研究报告 2013 年 2 月-3 月 完成固井资料的收集整理，分析形成中期 报告，为完善完成项目提供技术支持。 3 2 项目开展的研究工作及取得的主要成果 2.12.1 调研分析水平井固井技术与难点调研分析水平井固井技术与难点 (1)水平井套管固井难点 1)水平段较长，套管下入困难。如果井眼准备不充分，很有可能发生卡套管事故。 2）水平段、斜井段套管居中困难，套管易贴井壁。 3）井壁泥饼、斜井段环空岩屑不易被清除干净。 4）在泥浆顶替水泥浆过程中，水泥浆易沿宽边推进，将与泥浆混窜，造成窜槽。 5）水平段环空间隙小，易形成沙床，导致固井施工压力高或者环空憋堵， 6）解决提高顶替效率和固井防漏所产生的矛盾； 7）井斜段、水平段因重力作用水泥颗粒下降，井眼顶部自由水析出形成横向通道， 形成窜流；固相颗粒沉降导致上部水泥胶结疏松，强度下降，导致封固失败。 8）阻流环（回压凡尔）易密封失灵，水平段留长塞，常规国产胶塞在长水平段磨 损易导致水泥浆后窜形成较长半塞。 (2)大牛地气田特有固井难点 1)延长组及刘家沟组地层承压能力低，易漏失(漏失当量密度均值顺序：刘家沟 (1.28)延长(1.34)5-15 倍,容重：80kg/m3-200 kg/ m3， 莫氏硬度：5.5-7，密度 （比重）：2.2-2.4g/cm3，耐火度：1300-1380，折光率：1.483-1.506。 质量要求： a 玻璃质纯洁，透明度好，颜色浅。 b 没有或有轻微脱玻璃化作用。 c 不含或少含晶质物。 d 化学成分： 表 2-3 膨胀珍珠岩的化学成份 矿石类型 sio2al2o3fe2o3caok2ona2omgoh2o 珍珠岩 68-74120.5-3.60.7-1.02-34-50.32.3-6.4 微硅粉是在冶炼硅铁合金或工业硅时，通过烟道排出的硅蒸汽氧化后，经特别 设计的收尘器收集得到的无定形、粉末状的二氧化硅（sio2） 。微硅粉的主要化学成分 是 sio2，含量可达 8596% ，其元素包括 fe2o3、al 2o3、cao、k2o、na2o、mgo、c 等。 微硅粉 sio2含量均在 90%以上，平均粒径在 0.15-0.20m，比表面积为 15000- 20000m2/kg ，具有极强的表面活性。 表 2-4 微硅粉组成 化学性能指标物理性能指标 sio285% cl0.02% 比表面积15000m2/kg 7 烧矢量6%含水率3% (2)(2)复合减轻材料的配伍性试验研究复合减轻材料的配伍性试验研究 表 2-5 复合材料的配伍性实验数据表 轻质材料外加剂实验条件 /mpa水泥 % 轻珠 % gsj % gqd % 水灰比 密度 g/cm3 析水 ml 强度 1d/2d mpa t30/t100 min 初稠 bc 50/256535-21.01.3021.5/2.5245/2655 50/257030-21.01.310.53.2/4.8165/1855 70/3060402-1.11.120.23.8/4.2175/2005 70/307030120.91.240.54.3/6.7135/1556 70/3070302-0.901.2414.2/6.1155/1655 70/3070302-1.11.2013.3/4.5165/1855 50/2580202-0.801.4604.8/7.3135/1457 50/258020-20.801.5204.8/8.090/10510 70/3085152-0.851.4801.4/3.9105/1179 70/308515-20.851.5701.5/3.9100/1209 50/2590102-0.651.5704.5/6.4170/18010 50/259010-20.651.5905.5/6.8140/15011 50/2590102-0.601.5504.5/6.9135/15012 70/309010-20.551.6207.2/9.5105/11512 70/309010220.501.6809.5/14.4185/25014 70/309552-0.501.75012.5/17105/12516 通过上述实验数据可以体现出该体系具有以下特点： （1）该体系密度调配范围大，可实现 1.12-1.75 g/cm3范围内的调控； （2）该体系施工性能优良，初始稠度低，流变性优良，过度时间短，析水量较低； （3）该体系成本低，在 1.12-1.35 g/cm3内的浆体成本比漂珠体系可降低 25%左 右； （4）该体系具有一定的可膨胀性，对防止漏失具有一定的效果； 2.4.2.32.4.2.3 微膨胀防窜水泥浆体系研究微膨胀防窜水泥浆体系研究 (1) 膨胀剂评价 加量对膨胀率的影响： 利用水泥膨胀试验仪器测定“晶体”膨胀剂的线性膨胀率。试验结果表明，在合 适的加量范围内，掺有 gp1、gp2、gp3、gfc 的水泥浆与同条件下的原浆相比，具有良 好的膨胀效果，有效补偿了水泥浆凝固后的“化学收缩” 。 “晶体”膨胀剂加量一般为 1.0%3.0%，水泥石净线性膨胀率在 2.5%以上（见表 2-6，图 2-3） 。随着膨胀剂加量 的增加，水泥线性膨胀率增大，当膨胀剂加到一定程度时，其膨胀的趋势趋向于平缓。 膨胀剂加量在 3.0%以内时，gfc 膨胀效果要好于 gp1、gp2、gp3。 表 2-6 油井水泥膨胀剂加量对水泥膨胀性能的影响 类型加量膨胀率净膨胀率 嘉华 g 原浆-3.20-3.20 原浆+gp11.0-2.17+1.03 8 2.0-0.59+2.61 3.0+0.16+3.36 1.0-2.70+0.50 2.0-0.89+2.31原浆+gp2 3.0-0.69+2.51 1.0-0.31+2.88 2.0-0.19+3.01 原浆+gp3 3.0-0.05+3.15 1.00.0+3.2 2.0+0.5+3.7原浆+gfc 3.0+0.8+4.0 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 11.522.533.5 膨胀剂加量% 净线性膨胀率% gp1 gp2 gp3 gfc 图 2-3 膨胀剂加量与净线性膨胀率的关系 时间对膨胀率的影响： 为了测定时间对膨胀剂膨胀率的影响，使用自行研制的水泥体积膨胀率试验装置。 试验表明，掺有膨胀剂的水泥浆随时间的延长，其膨胀效果有所不同。掺有“晶体” 膨胀剂的水泥浆在初凝之前，其水泥浆呈先膨胀后收缩的趋势，但在初凝至终凝之间， 水泥凝固过渡阶段处于收缩状态，原浆收缩比加有膨胀剂的水泥浆收缩要大的多(见图 2)。 9 -2 0 2 4 0100200300400500 时间（min） 膨胀率% 1%gfc 2%gfc 3%gfc 净浆 图 2-4“晶体”膨胀剂的膨胀率与时间的关系 注：配方 1.嘉华 g 级水泥+1%gfc+44%水；配方 2.嘉华 g 级水泥+2%gfc+44%水； 配方 3.嘉华 g 级水泥+3%gfc +44%水；配方 4.嘉华 g 级水泥+44%水 膨胀剂对抗压强度的影响： 膨胀剂对抗压强度的影响试验结果见表 3.5，由表 3.5 可知 gp1、gp2、gp3、gfc 能大幅度提高水泥石的抗压强度，常压 70/24h 强度大于 21mpa，与同条件下的原浆 相比，其强度值可提高 15%以上，甚至高达 70%。 表 2-7 膨胀剂对抗压强度的影响 类型加量抗压强度 嘉华 g 原浆-20.7 1.025.7 2.027.7原浆+gp1 3.024.5 1.023.3 2.024.2原浆+gp2 3.024.6 1.024.1 2.026.4原浆+gp3 3.030.3 1.030.4 2.033.8原浆+gfc 3.035.5 膨胀剂对水泥浆初始稠度及自由水的影响： 试验证明，掺有膨胀剂的水泥浆略有增稠现象，其流动度也相应减小，但初始稠 度可控制在 20bc 以内。一般来说，水泥浆配方中很少单独使用膨胀剂，通常与降滤失 10 剂、分散剂等联合使用，能配制出综合性能优越的水泥浆体系。 “晶体”膨胀剂 gp1、gp2、gp3、gfc 能降低水泥浆自由水析出，其自由水含量小 于 0.5%，甚至为 0（见表 2-8） 。这说明膨胀剂能有效降低水泥浆自由水含量，有助于 改善水泥浆的沉降稳定性能，在水平井和大斜度井有着广泛的应用前景。 表 2-8 膨胀剂加量对抗压强度的影响 类型加量自由水 嘉华 g 原浆-0.9 1.00.4 原浆+gp1 2.00 类型加量自由水 原浆+gp13.00 1.00.5 2.00.5原浆+gp2 3.00 1.00.2 2.00原浆+gp3 3.00 1.00 2.00原浆+gfc 3.00 结论 a “晶体”膨胀剂加量一般为 1%3%，可使水泥石净线性膨胀率大于 4%。 b “晶体”膨胀剂能有效降低水泥浆自由水含量(小于 0.5%，甚至为 0)。 c “晶体”膨胀剂 gfc 在相同实验条件下各项性能优于 gp1、gp2、pg3。 (2) 降失水剂 gsj 评价 通过高分子化合物与水泥相容性实验、分析及微观结构对比，进行了室内高分子 改性反应，引入与水泥浆相容性好的金属离子，使得高分子材料在碱性条件下，通过 引发剂作用，产生交联，形成致密的分子膜，降低水泥浆的 api 滤失量。同时能够在 水泥浆中形成网状结构，改变了水泥石的内部结构，增加了水泥石的密实性，从而减 弱进入水泥浆体系的气体，增加其运移阻力；同时高分子网状结构的形成，使其抗冲 击韧性加强，降低了水泥石的弹性模量；由于其主要为复配材料组成，所以形成水泥 浆体稳定性好，具有一定的微膨胀性，对浆体流变性影响小，浆体流动性好，有利于 提高注水泥顶替效率，具有较高的防气窜、气侵能力，同时解决了水泥浆低失水与短 候凝、水泥浆流变性相互影响关系。 表 2-9 gsj 降失水剂评价 11 抗压强度 (mpa)加 量 % 温 度 密 度 g/cm3 初始稠度 bc 稠化时间 min 失水 ml 24h48h 601.9013802622.524.2 751.901375242325.3 1.5 851.9010671524.426.3 601.9012831823.525 751.9012781423.925.6 1.7 851.909721024.226.7 601.89101061523.626.2 751.8910981024.327.3 2.0 851.89890824.928.9 水泥浆自由水 1ml；塑性：增加抗折强度、抗冲击韧性及改善弹性系数1520% (3) 缓凝剂评价 缓凝剂是影响水泥浆性能的另一个主要因素，依据长庆气田的地质特点，主力气 层温度从北到南 65-85，通过室内试验、分析，依据目前油田所使用的各种缓凝 剂的评价，室内通过组合复配，合成一种新型缓凝剂 gh-3，其主要特点是加量小，对 温度的敏感性降低，缓凝作用与加量成为线性关系，对水泥浆的其它性能不产生副作 用。 表 2-10 gh-3 缓凝剂性能室内对比分析表 缓凝剂类 型 缓凝剂 %温度 稠化时间 min 初凝 h 终凝 h 抗压强度 （mpa/24h,常压） 6513515017016.5 7511013615018.1gh-20.03 859611012521.0 0.046515014316516.2 gh-2 0.056516718019515.9 6518021022315.4 7515818720117.8gh-20.07 8512514516020.6 2.4.2.42.4.2.4 防气侵水泥浆体系基本性能评价防气侵水泥浆体系基本性能评价 由此，通过室内对降失水剂与缓凝剂的研究，形成了 gsj+gh-3+gfc 微膨胀防窜水 泥浆体系，综合性能测定见下表，根据室内性能测定，该水泥浆体系的主要优点在于： (1)加量小（1.52.0%） ，适用范围广（井深 8004000m 油气井） ，稠化时间可随 缓凝剂加量调节,现场使用方便； (2)低失水（30ml）,低析水（0.1%）流变性好； (3)稠化过渡时间短（5-10min）, 稠化曲线接近直角稠化； (4)具有微膨胀性；且水泥石的抗折强度与抗冲击韧性增强。 12 0:001:002:003:004:005:006:00 time (hh:mm) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 temperature (癈 ) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 pressure (mpa) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 consistency (bc) 图 2-5 低密度 gsj 防气侵水泥浆体系稠化曲线(g 级水泥:飘珠=85：15 gsj 2% gh-30.12%) 0:000:301:001:302:002:303:003:304:004:30 time (hh:mm) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 temperature (癈 ) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 pressure (mpa) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 consistency (bc) 图 2-6 高密度 gsj 防气侵水泥浆稠化曲线（g 级水泥gfc0.5%+gsj 2% gh-2 0.08%usz 0.3%） 表 2-11 微膨胀防窜水泥浆体系性能评价数据表 抗压强度 （mpa） 温度 () gsj (%) gh-2 (%) gfc (%) 密度 g/cm3 初始稠度 (bc) 稠化时间 (min) 析水 (ml) 失水 (ml) 24h48h 13 1.500.51.90131030.54220.024.0 1.800.51.90121140.53622.024.560 2.000.51.90101260.52822.025.5 1.50.050.51.90121170.53523.027.0 1.80.030.51.90101130.53023.027.570 2.00.030.51.90131200.52123.027.5 1.50.050.51.901010101024.029.0 1.80.050.51.9091150924.029.580 2.00.050.51.9091240624.029.5 2.4.2.52.4.2.5 水泥浆的塑性性能评价水泥浆的塑性性能评价 水泥浆体系的塑性主要是由水泥石的抗冲击韧性、抗拉强度、抗弯曲强度、弹性 模量来描述，塑性性能高的水泥浆体系，在形成水泥石时，能够提高井下环境条件下 水泥环承受射孔、油气层改造等工况载荷时的抗碎裂能力，从而达到提高固井质量， 延长油气井生产寿命的目的。改善固井水泥环塑性的基本思路是：在水泥浆中加入能 明显改善水泥石塑性的外加剂，以它为核心研究适合不同井况的水泥浆体系配方的组 成、工程性能及力学特性，为固井施工水泥浆设计提供依据。为充分说明水泥石的塑 性特征，本研究用多个描述材料塑性的参量来说明该水泥浆体系的塑性特性：力学性 能参数包括：抗折强度、抗冲击韧性、弹性模量。 （1）典型水泥浆配方的抗折强度和抗冲击韧性的测定 抗折强度、抗冲击韧性大小是表征材料塑性的量度，其值愈高，表明水泥石的韧 性愈好，能承受的冲击力愈大。测量水泥石的抗折强度和抗冲击韧性时，将配制好的 水泥浆注入抗折强度试模和抗冲击韧性试模，置于相同的养护条件下养护成水泥石。 然后分别测试其 48 小时的抗折强度和抗冲击韧性。抗折强度试模和抗冲击韧性试模尺 寸为 1604040mm，同一配方应为 35 块试件。 （2）水泥石抗折强度和抗冲击韧性测定 表 2-12 水泥石抗压强度测试 48h 抗折强度48h 抗冲击韧性序 号 配 方 温度 （） mpa,%mpa/mm1/2,% 1 g 级水泥 +1.5%gsj+0.03gh-2 657.815.62.0356.7 2 g 级水泥 +1.5%gsj+0.05gh-2 858.515.12.0126.3 3 g 级水泥 +2.0%gsj+0.03gh-2 658.924.52.24617.0 4 g 级水泥 +2.0%gsj+0.05gh-2 859.523.92.29821.0 典型水泥浆配方水泥石的抗折强度和抗冲击韧性的试验结果说明，该水泥浆体系 有利于改善水泥石的内部结构，对于保护套管，防止射孔作业，压裂对水泥石的破坏， 14 相应地延长了气井使用寿命。 （3）弹性模量的测定 弹性模量是材料刚性的量度，弹性模量越大，说明在相同外力作用下，其变形越 差，越易脆裂。测量水泥石的弹性模量时，将配制好的加有 gsj 降失水剂的外加剂的 水泥浆与 g 级水泥净浆注入试模中（试模尺寸 4040160mm） ，置于 75条件下养护。 用材料试验机测定其 48h 弹性模量。同一配方应为 5 块试件。 （4）典型配方的弹性模量的测定结果(g 级水泥，w/c=0.44) 表 2-13 弹性模量测试结果 48h 弹性模量 序 号 配 方 温度 () gpa，% 1纯 g 级水泥净浆6.4430 21.5%gsj + 0.05%gh-35.37216.6 32.0%gsj+ 0.05%gh-3 75 4.11636.1 随着 gsj 降失水剂的加入，显著改善了水泥石的可变形能力，加入 1.5%、2.0%gsj 降失水剂时，其弹性模量较原水泥浆下降了 16.6%、36.1%。 （5）gsj 水泥浆胶凝强度性能实验 配方：嘉华 g 级高抗水泥gsj2%gqd2.0-3.0%44%,测试结果下所示： 0:002:004:006:008:00 time (hh:mm) 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 temperature (c) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 pressure (mpa) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 gel value 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 static gel strength (pa) 井底压强 胶凝强度 井底温度 图 2-7 gsj 水泥浆体系胶凝强度性能 表 2-14 gsj 水泥浆体系胶凝数据 时间（min）3955616971103 胶凝强度（pa）451502404805631106 判读解释30bc100bc初凝终凝-成石 数据显示该浆体从稠化结束到初凝、终凝和凝固成水泥石分别用时 6 min、14 15 min、48 min，分别比纯水泥体系缩短了 8 min、13 min、26 min；降低了气侵的危害。 2.4.2.62.4.2.6 鄂南鄂北现场施工用水泥浆鄂南鄂北现场施工用水泥浆 鄂南工区：水泥选用河南同力 g 级水泥，减轻材料选用陕西时凯研制的人工漂珠； 鄂北工区：水泥选用青铜峡 g 级水泥，减轻材料选用河南新郑生产的人工漂珠。 (1)水泥浆稠化试验条件 升温升压 55（70）25（30）mpa 常温常压- 测稠化时间 25（35）min 恒温恒压 (2)低密度水泥浆性能 表 2-15 低密度水泥浆主要性能实验数据 (3)尾浆水泥浆性能 表 2-16 尾浆水泥浆主要性能实验数据 鄂鄂 南南鄂鄂 北北 性 能尾 浆性 能尾 浆 密度(g/cm3)1.80密度(g/cm3)1.88 稠化时间 (5525 mpa)min116稠化时间 (7030 mpa)min126 过渡时间 min13过渡时间 min11 可泵时间 min103可泵时间 min115 失水(6.9mpa55)ml6.3失水(6.9mpa70)ml8 初始稠度（bc）16.1初始稠度（bc） 抗压强度(5524h) mpa24.2抗压强度(7024h) mpa25.0 自由水 ml0自由水 ml0 鄂鄂 南南鄂鄂 北北 性 能低密度水泥浆性 能低密度水泥浆 密度(g/cm3)1.33密度(g/cm3)1.26 稠化时间 (5525 mpa)min245稠化时间 (7030 mpa)min302 过渡时间 min41过渡时间 min22 可泵时间 min204可泵时间 min280 失水(6.9mpa55)ml47.8失水(6.9mpa70)ml50 初始稠度（bc）12.6初始稠度（bc）8.0 抗压强度(5524h) mpa4.0抗压强度(7024h) mpa3.7 自由水 ml0.3自由水 ml0.1 流动度 mm290流动度 mm255 相容性相容性好相容性相容性好 悬浮性 没有分层、结晶 和早凝现象 悬浮性 没有分层、结晶和 早凝现象 16 流动度 mm250流动度 mm240 相容性相容性好相容性相容性好 悬浮性 没有分层、结晶 和早凝现象 悬浮性 没有分层、结晶和 早凝现象 2.52.5 固井技术措施固井技术措施 2.5.1 通井及泥浆处理 完井电测后，保持泥浆密度同完钻泥浆密度不变。下原钻具钻通井，在遇阻、遇卡井段反复划 眼，充分洗井，确保井眼畅通。然后采用双扶（209mm）模拟管柱对水平段进行二次通井，在 键槽、缩径井段、电测遇阻段等反复划眼，保证井眼通畅，便于套管能顺利下至设计井深位置。 进行全井筒承压，满足固井施工要求，除砂器用好，彻底净化好泥浆。水平段及大斜度井段每 200m循环泥浆一周，确保循环井眼干净，振动筛上无岩屑。通井期间要大排量循环不低于2周，在 压力允许的情况下尽量提高循环排量（正常钻井时排量的1.2-1.5倍），最大限度地将水平井段沉 积的岩屑循环干净，并清除井壁上的虚泥皮；为降低下套管摩阻，要求通井结束起钻前在水平段及 大斜度井段泥浆中加入润滑材料或者2%的玻璃微珠，提高润滑性能，使摩阻系数0.05。 表2-17 固井前钻井液性能要求 密度（g/cm3）粘度（s）失水（ml）泥饼（mm）含砂（%） 1.101.15355550.30.3 切力 ph 10s10min pvypkf 810287205120.08 2.5.2 套管漂浮、居中技术 （1 1）水平段用清水替浆，增加管内外密度差，同进有利于提高水泥环均匀度，有效地控制水 泥塞长度和实现套管漂浮。 （2 2）采用树脂旋流刚性扶正器与树脂滚轮扶正器结合使用，提高水平段及斜井段套管居中度。 目前使用的扶正器主要有单弓和双弓弹性扶正器、叶片式和旋流式刚性扶正器。相比较而言，刚性 扶正器的扶正力最强，而旋流式刚性扶正器具有旋流作用，能提高水泥浆顶替效率，为确保套管居 中度，扶正器加入不低于2根1只。不同材质的旋流刚性扶正器应用条件与性能差异较大，见表2- 18。 表2-18 不同材质刚性扶正器的性能对比 树脂镀锌合金铝合金 刚性（冲击强度，英尺/磅） 301330 强度（抗挤压 gpa） 22822170 密度（s.g.） 1.56.02.7 耐高温（/f） 245/473n/a 175/347 磨阻系数（无润滑时） 0.250.40.4 启动扭矩很小40%40% 17 2.5.3 采用特殊工具附件 (1)采用特制139.7mm套管加长胶塞，增加三道裙部胶皮，用于有效隔离水泥浆， 防止顶替下行过程中尤其是进入大斜度及水平段后贴边磨损，并实现水泥浆与顶替液 有效阻隔，碰压正常； (2)浮鞋浮箍均采用弹簧复位式（带有导向槽），确保在水平段能够工作正常。 (3)控制水泥塞长度在设计范围，引进水平井固井用套管关闭阀，达到顶替量碰压 后，胶塞作用在关闭阀上，关闭压力达到剪钉剪切压力（5-8mpa），关闭阀实行关闭， 有效防止水泥浆倒流。 2.5.4 压稳和防漏技术措施 针对红河油田压力系统复杂，钻井液安全密度窗口窄的技术难题，特别是含有罗 汉洞组、洛河宜君组及目的层易发生井漏，建立了压稳和防漏设计模型，实现压稳和 防漏的协调统一，设计方法见图 2-8。 图 2-8 压稳和防漏设计模型 在实际应用时，该模型应用方法如下： （1）对于安全密度窗口窄的井，下套管前，通过堵漏等技术措施，提高地层承压 能力，扩大安全密度窗口； （2）改变传统的静态承压实验方法，动态模拟注水泥过程，按照注水泥环空浆体 密度和排量动态进行承压实验，并计算环空压力分布，确定地层真实地层承压能力， 承压达到设计要求后方可下套管； （3）确保环空液柱当量密度小于地层破裂压力或最低漏失压力，合理设计水泥浆 密度和浆体结构； （4）水泥浆性能设计时，尾浆与领浆的静胶凝强度呈阶梯状发展，尽可能缩短尾 浆稠化时间。一方面，可以在主力气层段快速形成高早强水泥环，控制油气水窜，由 于水平段尾浆浆体不产生静液柱压力，可适当提高尾浆密度，适当降低领浆密度，降 低压漏风险，水平段尾浆密度提高还有利于提高水平段胶结质量。 （5）紊流+塞流复合顶替工艺，控制井口压力。根据动态模拟实验的结果，控制 井口最高压力。在替浆前期，水泥浆自身具有很快的下落速度，有效控制泵压，降低 18 漏失的风险；到替浆后期，根据泵压的升高情况及时调整替浆排量，将泵压控制在设 计要求的范围内，防止注水泥漏失的发生。 2.5.5 固井施工注替工艺控制技术（过程控制，压力控制） 在前置液出套管至进入定向井段采用大排量注浆工艺，确保前置液对水平井段的 冲刷效果；替浆初期采用大排量（环空上返速度不低于 1.2-1.5m/s）顶替，利用低密 度水泥浆流动性好的特点再次对井壁的泥皮进行冲刷；尾浆出套管时根据井口压力变 化确定合适的替浆排量，压力过高可以采用塞流顶替方式，避免流动摩阻过高压漏地 层的风险。 2.5.6 精细组织，从细节抓起 （1）充分利用干混站储备能力，提前储备了足量的油井水泥，保证陈化时间，确 保水泥性能的稳定性，实验室对每批次水泥做评价。 （2）每次施工完毕后，将现场灰、水罐运回基地认真及时清理，避免了残存灰、 水对下次施工造成影响。同时严把大样灰的混配、运输控制关。 （3）驻井技术员提前介入尽可能取全取准现场原始数据，从而有针对性的编写固 井施工设计。 （4）为了达到“压稳防漏”要求，优化浆体设计和流变参数。技术员在下套管前最 后一趟通井时，现场跟踪、落实承压工作，使之务必达到设计要求，为后期固井施工 提供参考。 （5）根据井眼轨迹及现场实际情况，优化扶正器的使用类型及数量。在斜井段采 用树脂旋流扶正器。井径均匀规则的井段，采用树脂旋流加弓形弹性扶正器，大井眼 处采用树脂旋流式扶正器，以提高套管的居中度。 （6）现场大样水配备前，检查落实水源水质，严格按实验要求加量配制大样水。 这些工作有效地保证了水泥浆大小样复合的精准度。 （7）在施工过程中，对操作人员严要求、高标准。实际水泥浆密度要求控制在 0.01g/cm3范围内，保证了现场水泥浆的实际性能。 （8）要求浆体沉降稳定性好、低失水、零“析水”、具有一定“触变”特性、短稠化、 短过渡时间。 2.62.6 现场应用现场应用 2.6.1 三开井身结构二开技套固井水平段裸眼或筛管完井现场应用情况 2.6.1.12.6.1.1 鄂尔多斯盆地技套固井工作量统计鄂尔多斯盆地技套固井工作量统计 下表工作量统计起止时间是自项目实施以来 2012 年 6 月 1 日至 12 月 30 日，统计 工作量是指施工并验收井数，分公司未验收井不在统计范围之内，统计的鄂尔多斯盆 地技套固井工作量见表 2-19。 19 表 2-19 鄂尔多斯盆地技套固井工作量 工区钻头套管 技套固井（） 12 月 30 日施工并验收井数 良好（口） 优质（井数） 优良率（%） 鄂北215.9177.851348100 富县215.9177.811100 杭锦旗215.9177.811100 麻黄山215.9177.8615100 旬邑-宜君215.9177.855100 旬邑-宜君311.2244.588100 大牛地气田 合计72567100 红河油田241.3/215.9 177.8105798100 2.6.1.22.6.1.2 大牛地气田水平井固井工艺现场应用以大牛地气田水平井固井工艺现场应用以 dpht-38-2dpht-38-2 井为例井为例 (1)dpht-38-2(1)dpht-38-2 井地层简表井地层简表 完钻层位：二叠系下统下石盒子组盒 1 段。 表 2-20 dpht-38-2 井地层预测简表 地 层 系统 界系统组段代号 垂深(m)垂厚(m)岩 性 简述 新 生 界 第 四 系 全 新 统 q44040浅棕黄色风积砂层。 白 垩 系 下 统 志丹群k1z180140 棕色砂岩与同色泥岩呈略等厚互层；底部为细 砂岩。 安定组j2a25575泥岩夹泥灰岩，底部为棕褐色细砂岩。 直罗组j2z460205 浅灰绿色砂岩与灰绿、灰紫色泥岩呈等厚互层， 底部为灰白浅灰绿色含砾砂岩。 侏 罗 系 中 下 统 延安组j1-2y755295 灰白、浅灰色砂岩与深灰、灰黑色泥岩呈等厚 互层夹煤层下部为灰白色含砾粗砂岩。 上 统 延长组t3y1408653灰白灰绿色砂岩与同色泥岩互层。 中 统 二马 营组 t2e1679271杂色砂岩与棕、灰紫色泥岩呈略等厚互层。 和尚 沟组 t1h1852173棕、灰褐色泥岩与杂色砂岩略等厚互层 中 生 界 三 叠 系 下 统刘家 沟组 t1l2060208 浅棕灰色细砂岩与棕色泥岩、粉砂质泥岩呈略 等厚互层。 石千 峰组 p2sh2339279 棕褐色、棕红色泥岩、粉砂质泥岩与浅棕灰色 细、中砂岩、含砾中砂岩、泥质粉砂岩呈等厚 互层。 上 统 上石盒 子组 p2s2526187 棕褐、紫褐、灰绿色泥岩、粉砂质泥岩与浅灰、 灰白色细砂岩、泥质粉砂岩呈略等厚互层。 盒 3p1x3257044 棕褐、棕灰色泥岩、粉砂质泥岩与浅灰色泥质 粉砂岩呈不等厚互层。 上 古 生 界 二 叠 系 下 统 下 石 盒 子 组 盒 2p1x2261747 浅灰色细、中砂岩、泥质粉砂岩与棕褐色泥岩 呈略等厚互层。 20 265740 (a 靶点) （未穿） 灰白色细、中、粗砂岩与灰色泥岩呈略等厚互 层。 盒 1p1x1 26507 灰白色细、中、粗砂岩，局部夹灰色泥岩薄层、 条带。 (2)(2)井身结构井身结构 井身结构三开，套管设计为二级，目的层（水平段）主要下入筛管或者裸眼完钻。 表 2-21 井身结构与套管程序数据表（dpht-38-2 井） 开次钻头尺寸 mm井深 m套管尺寸 mm下深 m备注 一开311.15407.5244.5406.86封固井段 0-407.5m 二开215.92890177.82890封固井段 0-2890m 造斜点：2339m完钻井深/垂深：2890m/2672.54m (3)(3)固井工艺措施固井工艺措施 一次上返固井，以“压稳防漏”为指导思想，采用近平衡固井方式，浆体结构 采用前置液+低密度水泥浆（密度 1.26-1.33g/cm3）+过渡浆（密度 1.75g/cm3）+常规 水泥浆（密度 1.75-1.88g/cm3） 。 在下套管前着重处理好井眼条件和泥浆性能，保证套管能顺利下到目的位置。 管串结构:浮鞋+3 根套管+浮箍+套管串+水泥头。 扶正器安放 表 2-22 扶正器加法方法及数量 井段 m类型规格加放方法数量（个）厂家 0400刚扶781/21/152常熟 400-2140弹扶781/21/1017常熟 2140-2390弹扶781/21/6(造斜段)4常熟 2390-2860刚扶弹扶781/21/3(斜井段)8 只刚扶+8 只弹扶常熟 2860-2890弹扶781/2 1/1(浮鞋、浮 箍连接套管) 3常熟 采用“龙抬头”技术，浮鞋与浮箍之间的每根套管加 1 个弹扶起到提高套管居中 度的作用。 替浆期间，由水泥车实现全程顶替作业，保持施工连续性同时，避免启停激动 造成漏失。起压前采用钻井队泥浆泵+水泥浆大排量替浆，以达到提高顶替效率的目的， 起压后降低排量至塞流碰压。 (4)(4)现场施工简况现场施工简况 表 2-23 水泥浆注入密度及用量 21 水泥浆 最大 (g/cm3) 最小 (g/cm3) 平均 (g/cm3) 设计 (g/cm3) 水泥浆量(m3) 设计/实际 水泥量(t) 设计/实际 低密度1.361.201.261.2642.6/4832.8/37 过渡1.841.741.791.755.1/55.7/5 尾浆1.941.861.911.889.5/10.512.7/15 表 2-24 施工时效 施工程序施工时间段 排量 （m3/min） 施工时间 min备 注 下套管12 月 21 日 21:30-23 日 03:00 循 环03:30-15:0011.5h 注前置液15:11-15:2211 注低密度水泥浆15:22-16:071-1.145 注过渡浆16:07-16:1215 注尾浆16:12-16: