大庆油田浅层气区块固后井喷预防研究

大庆油田浅层气区块固后井喷预防研究

摘要 为预防浅层气区块内固井后井喷事故的发生，针对大庆长垣油田浅气埋藏深度浅（嫩四段顶部砂岩中发育浅层气，嫩二段发育纯气层，嫩三段发育的气水同层）、分布范围广井喷几率大、施工风险高等高危特征，提出了大庆长垣油田浅气区安全固井技术研究，开展了浅气分布规律研究、防气窜固井技术研究。

关键词 浅层气井；浅气上窜；防气窜固井；井喷

大庆长垣油田浅气层发育，2008年以前，共发生26起井喷、管外喷冒事故，重大井喷事故3口，报废进尺2 200多米， 其中1口井喷着火报废。2008年~2009年钻井五公司承钻3 000多口井钻井任务，其有2 950口井位于浅气层区范围内，施工风险大，Ⅰ类风险井占总井数的74.3％。施工初期， 2口井钻表层时发生井涌，3口井表层外冒气，针对这一现状，展开了研究。

1 浅气分布规律

大庆长垣油田嫩四段、嫩三段、嫩二段浅层气源主要是长垣外围的齐家古龙凹陷、黑鱼泡凹陷和肇州凹陷的中部含油气组合和嫩一、二段生油层，气体的运移方向由南向北运移。嫩二段、嫩三段及嫩四段均有浅气显示，浅气显示井深为150m~600m，150m以上井段没有浅气层显示。

从大庆长垣油田构造特征分析得知，浅层气显示基本都分布在背斜构造的近南北向、轴向高点区。从嫩二段顶部构造图上分析，浅气层井喷、管外冒气集中分布在海拔-460m（相当于井深600m）之上的局部构造高点区，以外则很少见到气活动显示。

为确定次生气藏的分布范围，应用标准状况下的气体平面径向流理论，进行了研究。

经过计算，嫩四段顶部砂岩含气范围为已钻井网形成的通道周围413m。

2 防气窜固井技术研究

2.1 浅层气发育区块固井施工难点

1）该区浅气层发育，浅气层发育且浅气上移至60m~70m，固井后易发生固后管外冒气；

2）断层附近局部不完善井网处和注水井排与断层遮挡井区附近压力较高。杏3-1-检617井区高压，压力系数在1.55以上；杏3-3排注水井排附近，压力系数在1.53以上；杏2-3排注水井排附近，压力系数在1.以上；杏2-1-615井区，压力系数在1.51以上。固井洗井、候凝过程难以压稳；

3）萨尔图油层平均压力为13.8MPa，压力系数1.49左右，葡一组最低平均压力为7.8MPa，压力系数0.75左右，上下油层层间差异大且渗透性好，固井质量不易保证。

对于浅气井而言，固井施工中难点就是研究固井压稳，防止产层气体上窜。

2.2 固井技术

2.2.1 预洗双凝防气窜固井技术

固井施工中，注入密度较低的预洗水泥浆充分清洗、携带井壁泥饼，再注入不同密度（高、低密度）、不同稠化时间的防气窜水泥浆，最后将预洗水泥浆全部替出封固层段外的固井技术。

现场应用：

施工中，在油层以上150m~250m井段注入密度为1.70g/cm3~1.75g/cm3水泥浆，封固上部气层，在油层段使用速凝防气窜水泥浆体系。两种水泥浆凝结时间不同，推迟了水泥浆失重时间，在井筒内保持了一定的液柱压力，有助于固井时压稳。固井结束后0.5h，利用井口简易套管头装置向环空内加回压1MPa~2MPa，弥补水泥浆失重的压力损失。

在该区块利用此技术固井840口，合格井达到100%，优质率75%。

2.2.2 套管居中技术

套管的居中度对钻井液的顶替效率影响比较大，居中度越高，即使是在较小的环空流动下，清除钻井液的程度也比较高。如果套管的居中度为50%，排量只有达到1.63m3/min时，窄边的钻井液才开始流动。根据现场试验证明，要取得比较好的清洗效果，套管的居中度应在67%以上。

套管的居中度指套管低边在扶正器的作用下窄边宽度与井眼半径与套管半径之差的比值的百分数，即

居中度 %=Wn×100/（R2-R1） （1）

Wn-窄边宽度，mm；

R2-井眼半径，mm；

R1-套管外半径，mm；

定向井下套管考虑使用弹性和刚性扶正器，下入位置相临，要求套管居中度

大于67%。如果小于67%，考虑部分井段加入扶正器。在井径扩大处可上下移动扶正器位置来实现套管的居中。

该区块利用此技术固井1 200口，优质率74.5%，无固后管外冒发生。

2.2.3 DZG高效冲洗隔离液（加重隔离液）技术

DZG加重冲洗隔离液由偶联剂、表面活性剂和高分子聚合物、水等成分组成。

利用高分子聚合物的增粘特性，有利于提高冲洗液稳定性、降低失水量、增强冲洗液携带岩屑能力等性能；偶联剂有利于增强界面胶结强度；表面活性剂以其润湿、渗透、乳化等特性用来分散钻井液，降低粘土颗粒间的连接力，提高冲洗液对钻井液的顶替效率，有利于提高水泥环与井壁间的胶结质量；在这几种物质的联合作用下，可在较短时间内对井下环空界面达到较强的冲刷作用，同时，可增强水泥与套管和井壁的界面胶结能力，且DZG高效冲洗隔离液可根据地层压力情况，调节密度，在达到较好的井下冲洗顶替效果的同时又可以保持固井施工过程中及水泥浆凝结时井内液柱压力，有利于压稳，从而提高固井质量。在该区块共使用了610口井，无固后管外冒现象发生。

2.2.4 振动固井技术

水力脉冲振动固井技术是在套管内流动液体冲击力的作用下，周期性地改变该位置的过流断面，在套管底部产生一种周期性截流动作，从而产生一个周期性的激振力。这个激振力主要产生三种脉冲振动作用：套管径向水击；套管纵向振动；井底环空压力脉动。

套管径向水击径向扩张波作用着吸附在套管壁上的钻井液液膜、环空钻井液或水泥浆、井壁泥饼，使这些颗粒在其平衡位置作水平方向振动，即在水平方向产生了位移、速度、加速度，提高固井界面胶结强度。套管纵向振动使其周围环空中的泥浆或水泥浆产生切应力，从而造成一定程度位移速度和加速度，这便有利于提高固井顶替效率。井底环空压力脉动建立振动场，激活水泥活化成分，提高水泥石的强度。在该区块利用此技术固井210口。

3 结论

1）嫩四段顶部浅气层是由下部地层的原生浅气沿已钻井网形成的通道向上运移、储集而形成的，扩散半径可达413m，压力系数可达1.28；

2）预洗双凝固井技术能满足浅气区表层、油层固井防气窜要求，为浅气区安全钻井施工及浅气治理提供了一条新的技术途径；

3）可调密度的DZG高效冲洗加重隔离液，既满足了浅气区固井施工中压稳要求又达到了较好地冲洗效果。

参考文献

[1]朱红钧，等.井喷后含硫气体的扩散模拟分析[J].油气田地面工程，2010(10).