BZ19-6区块目前已经进行了6口井的尾管固井作业, BZ19-6-1井Ø177.8 mm尾管固井质量测SBT优秀:平均衰减率 > 10 dB/ft; BZ19-6-2井Ø177.8 mm尾管固井质量测SBT优秀:平均衰减率 > 10 dB/ft; BZ19-6-2Sa井Ø177.8 mm尾管固井质量测SBT合格:平均衰减率 > 6 dB/ft; BZ19-6-3井Ø177.8 mm尾管固井质量测SBT合格:平均衰减率 > 6 dB/ft; BZ19-6-4井Ø177.8 mm尾管井底固井质量测SBT合格:平均衰减率 > 5.1 dB/ft; BZ19-6-5井Ø177.8 mm尾管上部固井质量测SBT差:平均衰减率 < 4 dB/ft。具体固井质量基本情况见表 1。

表 1  BZ19-6区块尾管固井质量情况

根据渤中19-6区块尾管固井情况分析, 认为影响尾管固井质量的主要因素包含3个方面。

(1) 井漏。BZ19-6-2Sa、BZ19-6-3井在钻进过程中分别在3 185 m、3 493 m处发生漏失, 为防止固井过程中发生漏失, 固井过程中采取了2个措施:①取消了泵注冲洗液的程序; ②降低了循环和顶替排量(按照90%的钻杆环空返速折算排量为0.6 m³/min, 环空返速为0.85 m/s), 软件模拟此时的顶替效率仅为79%。该井在固井过程中未发生井漏, 但是固井质量仅为合格。为提高固井质量, 需要提升前置液或水泥浆体系的防漏、堵漏能力。

(2) 前置液冲洗效率顶替效率低。由于地层压力窗口较窄, 为防止压漏地层, 需要控制井底ECD, 固井过程中泵注和顶替排量受限, 造成井眼壁面清洁困难, 顶替效率低下。其中BZ19-6-2Sa井软件模拟顶替效率为79%, BZ19-6-4井软件模拟顶替效率为86%, 均不能够满足固井作业对顶替效率的要求。为提高顶替效率, 需要改善冲洗液的冲洗效果。

(3) 气层较为活跃。BZ19-6-4井Ø215.9 mm井眼钻进至东三组(4 270 m)时后效气增长至10%并逐渐上升, 完钻时后效气高达54%, 固井前通过循环排气将气全量降至5%左右。通过已作业井对比分析可知, 固井质量较差井气层均较为活跃, 对比测井声幅图, 气层位置水泥环胶结质量均较差。因此, 气层井段封固水泥浆体系的防窜能力需要增强。

为防止固井过程中发生漏失, 以牺牲注、替排量为条件完成了固井作业, 固井质量显示结果却较差, 单纯降低注、替排量可以降低漏失风险, 却不能够保障固井质量。因此, 要防止固井漏失需要提高前置液和水泥浆体系的防漏、堵漏能力。

2.1.1防漏、堵漏前置液为降低固井漏失风险, 前置液在具有良好壁面冲洗效果的同时, 应具有一定的防漏、堵漏效果。实验室根据前置液设计要求, 将隔离液加重材料的粒径分布进行了合理优化, 再配合适当的硬质纤维材料(PC-W62S), 有效提高了前置液封堵渗漏地层的效果。室内针对硬质纤维材料加量对隔离液的填砂管滤失性能进行了评价(表 2)。

表 2  隔离液填砂管滤失性能评价结果

由表 2可见, 不同PC-W62S加量下, 隔离液通过填砂管砂床均能够形成有效滤饼, 随纤维加量增大, 隔离液滤失量越小, 滤饼厚度越薄, 说明PCW62S纤维有利于隔离液滤饼的形成, 有助于提升隔离液体系的堵漏效果。

2.1.2防漏、堵漏水泥浆常规水泥浆体系防漏、堵漏能力较弱, 要实现堵漏功能, 需要添加特殊的功能材料来实现^[1-2]。水力尖劈堵漏材料(PC-B66S)、100目石英砂(PC-S11S)以及硬质纤维堵漏材料(PC-W62S)是用于固井水泥浆堵漏的特殊添加剂。室内通过填砂管实验评价了上述3种材料的堵漏效果, 并通过3种堵漏材料适当搭配获得了较好堵漏水泥浆配方。实验结果见表 3。

表 3  不同纤维加量下的堵漏实验结果

由表 3数据看, 单独一种堵漏材料的堵漏效果均较为有限, 但是将三者复配使用堵漏效果最为理想。分析认为, PC-B66S能够有效进入高渗孔隙, 降低漏失地层渗透率, PC-S11S可以作为骨架颗粒为滤饼形成创造条件, PC-W62S能够交叉形成网状结构以降低滤饼渗透率形成有效封堵, 所以3种堵漏材料通过协同作用可以显著提升水泥浆防漏、堵漏能力。针对低破裂压力地层固井, 防漏堵漏水泥浆体系可以在保证注替排量的基础上, 具有一定的防漏功能。

有效驱替钻井液及滤饼, 是保证水泥胶结质量和水泥环密封效果的基本前提^[3]。为提高水泥浆顶替效率, 改善井眼清洁能力, 需要提升冲洗液的冲刷效果^[4-5]。室内研究发现, 降低冲洗液黏度能够显著的提升其冲洗滤饼的效率(较低速率下获得紊流状态)。为此, 室内研究降低冲洗液中悬浮剂PC-W30S的加量, 增加了超细铁矿粉的加量, 以此获得流变性能更优、性能更出众的冲洗液体系。表 4为原冲洗液优化后冲洗液配方流变数据, 可以看出, 优化后冲洗液稳定性不变、黏度更低。

表 4  原冲洗液配方流变数据

实验室针对优化前后的冲洗液的冲刷效果进行了对比评价, 将钻井液滤饼固定在六速旋转黏度计转筒上, 将一般滤饼浸入装有冲洗液的杯子中, 在100 r/min转速下旋转5 min后取下杯子观察滤饼的冲刷情况, 结果见图 1。

图  1  优化前与优化后的5 min冲洗对比效果

由图 1对比可知, 同样冲刷时间, 优化后的冲洗液能够将滤饼冲刷得更为干净。

2.3.1提升水泥浆的流体阻隔能力渤中19-6区块尾管固井水泥浆体系为8%加量胶乳水泥浆体系, 胶乳是国内外专家所公认的性能优良的防气窜剂^[6-7]。由于该区块储层段气层极为活跃, 根据固井声幅评价结果看, 8%加量胶乳不能有效防止气窜, 为此实验室将水泥浆中胶乳的加量提升至10%^[8-9], 并进行了详细的性能对比评价, 结果见表 5, 可以看出, 水泥浆配方中胶乳加量提高了2%, 水泥浆失水量降低了45%, 水泥浆稠化转化时间缩短了30%, 水泥浆静凝胶强度发展时间缩短了24%, 水泥石渗透率降低了20%, 有助于提升水泥浆的流体阻隔能力。

表 5  胶乳加量变化对水泥浆性能影响

2.3.2提升水泥浆早期强度发展速率“以快治气”是用于水泥浆防气窜固井的有效手段, “快”是指水泥浆快速形成强度防止气侵^[10]。为了提升水泥浆的防气窜性能, 笔者采取了2种技术措施:①延长领、尾浆稠化时间差值, 将原来的120 min差值延长至160 min, 保障尾浆凝固时上部水泥浆能够有效压稳气层; ②添加纳米增强材料MC缩短水泥浆抗压强度形成时间, MC对水泥浆稠化时间影响较小, 但是能够有效缩短水泥石形成强度的时间。由表 6可见, 未加MC胶乳水泥浆在养护467 min后开始起强度, 12 h强度达到2.84 MPa, 24 h强度为11.88 MPa。加入2%MC的胶乳水泥浆在养护354 min后开始起强度, 12 h强度达到5.97 MPa, 24 h强度为12.98 MPa。对比表 6可见:加入MC后水泥浆的强度发展时间缩短了113 min, 12 h的抗压强度增长了111%, 24 h抗压强度增长了9.3%。可见MC对水泥石早期强度发展有明显促进作用。

表 6  MC加量变化对水泥浆性能影响

为有效提升渤中19-6区块尾管固井质量, 将该技术方法在BZ19-6-10井进行了推广应用。套管下到位后, 开泵循环, 期间该井的后效气最高99%, 后期循环近两周后, 气全量降到10%以下, 卸顶驱, 钻杆内投入Ø44.45 mm铝球, 接顶驱, 小排量泵送到位, 憋压13.9 MPa, 稳压5 min, 下压300 kN, 确认坐挂成功; 释放压力为0, 保持对送入工具施加200 kN的钻具重量, 正转钻具8圈, 送入工具脱手, 释放扭矩, 缓慢上提, 提活钻具, 确认丢手成功; 下压钻具300 kN, 固井泵打压至19.3 MPa, 剪切球座。小排量打通, 逐渐提高排量循环一个裸眼周, 接水泥头固井, 固井施工顺利完成。经过24 h候凝, 尾管固井质量声幅评价结果为优质。

(1) 影响渤中19-6区块尾管固井质量的主要因素是井漏、前置液冲洗效率低以及水泥浆防窜性能不足。

(2) 提出的提升尾管质量技术措施主要是掺入硬质纤维和防漏堵漏材料提高前置液和水泥浆体系防漏堵漏能力, 形成固井防漏堵漏技术; 优化冲洗液配方, 改善井眼清洁能力; 优化水泥浆体系配方, 提升水泥浆的防窜性能。

(3) 提出的固井质量提升技术方法在BZ19-6-10井应用成功, 表明该技术能够有效提高该区块尾管固井质量。