1、36 西部探矿工程 2012年第7期 塔河油田膏盐层固井技术浅析 李 强 ，汤祖明 ，马锦明 ，张亚洲 (1德州大陆架石油工程技术有限公司，山东德州253017；2华北石油局井下作业公司，河南郑州450042) 摘 要：含有膏盐层的井，在固井方面具有一定的难度。膏盐层一旦不能有效被封固，盐层蠕动将对 套管产生不均衡负荷，造成套管变形、挤毁及错断等复杂情况，给后续工作带来额外的工作量及缩短 油井寿命。目前塔河油田膏盐层固井存在下面几种难点：一是上部白垩系、侏罗系地层有700800m 的砂岩层，属于低压层，在泥浆密度165166gcm。的情况下套管易发生压差式粘卡；二是膏盐层 埋深达到一定时具有塑
2、性蠕动的特性，蠕动速率07515mmh；三是泥浆密度为165 166gcm。，流变性能差，难被有效顶替；四是膏盐层中含有碱金属对水泥石的腐蚀严重，水泥浆必须 具有抗盐性；五是上部为低压力系统，易发生井漏。就以上问题对塔河两岸膏盐层固井技术难点进行 分析。 关键词：固井；塔河油田；膏盐层；蠕变；盐水泥浆 中图分类号：TE256文献标识码：B文章编号：1004-5716(2012)07-0036-03 塔里木盆地广泛地分布盐层。随着塔河油田不断 地开发，将有更多的油井钻遇膏盐层，尤其是石炭系巴 楚组膏盐层，对固井技术提出较高要求。塔河油田塔北 隆起、塔河两岸石炭系盐膏层分布较广泛，以纯盐岩为 主，
3、多为相互独立的盐丘，具有地层条件复杂、盐膏层段 长(120230m)、蠕变速率快(07515mmh)、埋藏 深(超过5100m)等特点L1。岩性以盐岩、膏岩与泥岩、 泥质粉砂岩等呈不等厚互层，岩盐由盆中心向盆边缘尖 灭，盐层的厚度随着盆地地形变化，其中塔河两岸膏盐 层埋深大于5200m。盐层上部地层发育物性良好的砂 岩层，厚度为700800m。由于盐膏层的塑性蠕变、非 均质性、含盐泥岩的垮塌等地质因素，且上下压力系统 的明显不同，钻井施工过程中常常引起卡钻、埋钻、井径 扩大形成糖葫芦状、套管挤坏、固井后套管外水泥被挤 走等工程事故，施工作业风险极大。 1存在的问题 (1)膏盐层固井层次，地层含
4、有为两套压力系统，上 部地层破裂压力低，所需泥浆密度低；下部地层破裂压 力高，地层应力大，需要高密度泥浆来抑制，两套地层压 力系统的不同，导致施工压力窗口较窄，固井易发生井 漏。只要一发生漏失，就可能造成环空静液柱压力不能 有效地抑制盐层蠕动。 (2)石炭系巴楚组上部地层有700 800m物性好 的砂岩段，特别是三叠系含有三套砂体，平衡泥浆密度 为120122gcms，在泥浆密度165166gcma的 情况下套管易发生压差式粘卡，导致套管下不到位，造 成强行起出套管或者留下超长口袋。 (3)膏盐层段设计下入2731mm钢级TPl40V壁 厚2624mm无节箍套管，无法在套管上加人扶正器， 盐层
5、段套管居中度难以达到67 以上，影响到盐层段 的驱替效率。 (4)石炭系卡拉沙依组上泥岩段，厚度在6080m， 钻进过程中极易掉块，形成大肚子井眼，扩径率一般在 15 ，膏盐层在扩径、钻进过程盐岩融解及含膏质泥岩 掉块，造成大肚子段(扩径率达3O 以上)，影响驱替效 率。 (5)泥浆密度较高(165166gcm。)，流动性差， 顶替效率差，水泥浆易窜槽，水泥石难以全封盐层，影响 水泥石胶结质量。 (6)石炭系膏盐层埋深较深(大于5200m)，受到垂 向地层应力较大，钻井将原有的受力平衡打破，水平方 向上应力将向井眼释放，膏盐层的蠕动速率较大，泥浆 密度高达165l-66gcma，蠕变速率仍为0
6、75 15mmh，留给作业的安全时间较短。 *收稿日期：2011-110l修回日期：20l1一ll一23 第一作者简介：李强(1985一)，男(汉族)II J东枣庄人，助理工程师，现从事石油钻井工程固井技术研究工作。 2012年第7期 西部探矿工程 37 (7)盐层的溶解与蠕动影响水泥环胶结质量、固井 过程中水泥浆的稳定性、水泥环后期的强度，致使套管 受到不均匀地层载荷的影响而迅速破坏，影响了油井的 正常生产。 (8)膏盐层水泥环易受到腐蚀。膏盐地层中含有 CaSO 、NaC1、MgCOa、Na2SO 等电解质，膨胀的原因 是CaSO4吸水引起的，腐蚀主要是由NaC1、Na。SO 发 生作用的
7、结果|_2 J。 2解决问题的方法 上部地层破裂当量密度低，揭开盐层之前通过承压 堵漏来提高地层的承压能力，使上部地层的承压当量密 度达能到173gcm。以上，拓宽施工压力窗口。水泥 浆领浆密度设计为低密度水泥体系，密度165gcm。， 稠化时间(300360min)较尾浆长120min，这样尾浆稠 化后产生强度在不足以抵抗盐层蠕动的应力时，泥浆与 领浆的液柱压力还能向下传递，抑制盐层蠕动，避免套 管受到不均衡载荷。 下套管前，向井内砂岩段及易漏失井段打入高粘度 (70s)稠浆，降低泥浆滤失量，下套管过程中防止套管静 止时间超过2min，防止套管粘卡，盐层段，井队多次使 用水力扩孔器扩孔，释放
8、地层应力，使安全时间在60h 以上。 为提高顶替效率，在盐层顶部5根套管中，每根套 管加人一只弹性扶正器 提高下部套管的居中度，上部 正常井段合理加入弹性扶正器，使居中度在67 96以上， 扩径井段加入旋流刚性扶正器，改变扩径段的流态；套 管下到位后将井眼充分循环洗干净后，再循环处理泥 浆，降低粘切，改变泥浆流变性能。 水泥浆及前置液均采用抗盐体系，冲洗液及隔离液 中加入抗胶凝剂及抑制剂，提高井内液体之间的相容 性，改变流体流态，抑制泥岩吸水膨胀和提高水泥浆胶 结质量。水泥浆采用对盐适应性强的添加剂，选用欠饱 和盐水水泥浆体系，性能保持稳定，严格控制自由液，遏 制盐层的溶解，抑制盐层蠕动，使碱
9、金属离子不能自由 地进入水泥浆中，24h的强度能达到14MPa以上。 3施工实例 31 AT20井盐层 中完钻井深3112mm5388m，套管(445mm+ 2731ram)538558m，悬挂器30561lm，盐层位置 519500536800m，盐层段长172m，岩性顶部为灰白 色泥质膏岩，其下为无色盐岩、灰白色泥质盐岩夹灰色 盐质泥岩、棕褐色泥岩。井队在揭开盐层前对上部地层 进行承压堵漏(2229519578m)，泥浆密度 147gcma，堵漏泥浆密度150gcma，最高压力 135MPa，稳压60min，压力下降02MPa，折算地层当 量密度l_735gcm。，用泥浆密度165gcm。
10、扩孔后盐 层最大蠕动速率098mmh，盐层扩径率306 ，安全 施工时间大于70h，满足施工要求。下套管前再次对裸 眼段地层承压堵漏，泥浆密度163gcma，压力最大 8MPa，压降11MPa，折算当量密度173gcm。前置 液及水泥浆添加剂采用天津鼎力，冲洗液密度 1_09gcm。，隔离液165gcm3，领浆密度165gcm。， 领浆配方：AG级水泥灰+91 粉煤灰+24 微硅+ 66 96降失剂+103 分散剂+017 缓凝剂+O47 早强剂+67 95盐+55 淡水；试验条件：98 85MPaX 70min；稠化时间：283min，养护：98 20min，六速6003O02O01OO63
11、，1OO5943243 2；72：0818，K：0183；流动度：22cm；失水：98 69MPaX38mi ；析水：0mI ；强度：48h16MPa；尾浆 密度192gcm。，尾浆配方：AG级水泥+6降失剂+ 1 分散剂+00625 95缓凝剂+02 早强剂+45 盐+3688 淡水；试验条件：9885MPa70min， 稠化时间：185min；养护：9820min，六速600300 20010063，2451591l16475； ：077，K：061； 流动度：20cm；失水：9869MPa32mL；析水： 0mI 。 施工过程：套管一次下到设计位置，悬挂器正常坐 挂，循环泥浆，试通管线，
12、试压25MPa，注冲洗液8rna， 密度109gcm。，放回水，回压凡尔正常，注隔离液 8m。，密度165gcm3，注领浆130m。，最大密度 167gcma，最小165gcma，平均密度166gcm。，尾 浆44m。，最大密度192gcm。，最小190gcm。，平均 密度191gcm。，释放胶塞，注压塞液10ma，替浆 1195rn3，替浆排量228252015m。min， 压力，0lO1719MPa，碰压19MPa升至24MPa， 起钻，候凝60h；整个施工过程未出现漏失，井队下钻扫 塞，测声幅，盐层结果如图1所示。 32 TK1127井盐层 中完钻井深3112mm5363m，套管(244
13、5mm+ 2731mm)536034m，悬挂器303425m，盐层位置 5237005343OOm，盐层段长106m，岩性顶部为灰白 色泥质膏岩，其下为浅棕色泥质盐岩夹灰色盐质泥岩， 井队揭开盐层前对上部地层进行承压堵漏(2000 5273m)，堵漏泥浆密度15lgcm。最后用泥浆 (1635gcm。)对地层进行验漏，最高压力6MPa，停泵 后压力降至55MPa，井底当量密度174gcma。用泥 38 西部探矿工程 2012年第7期 浆密度166gcm3扩孔后盐层最大蠕动速率 191mmh，盐层扩径率306 ，安全施工时间65h。 下套管前未对裸眼段地层进行承压试验。前置液及水 泥浆添加剂采用
14、天津鼎力，冲洗液密度109gcma，隔 离液密度165gcm。；领浆密度165gcm3，领浆配方： AG级水泥+91 粉煤灰-?24 微硅+77 降失剂+ 1O3 96分散剂-?031 96缓凝剂4-047 早强剂+93 96 盐+517 淡水；试验条件：9588MPa70min；稠 化时间：263min，养护：9820rain，六速600300 20010063，113174522932；竹：0851，K：0187； 流动度：21cm；失水：9569MPa22mi ；析水： 02mI ；强度：48h162MPa；尾浆密度192gcm3，尾 浆配方：AG级水泥灰+3O1 96硅粉+195 微硅
15、+ 65 96降失剂+13 9，6分散剂+13 早强剂+83 盐 +46 95淡水；试验条件：9588MPa70min，稠化时 间：142min；养护：9520min，六速600300200 10063，27717112375118； ：0748，K：0819；流 动度：19cm；失水：9869MPa30mL；析水： 02mL。 图1 AT20井盐层声幅 施工过程：套管下到设计位置，下送套管至4355m 井内出现漏失，返浆口返浆量减少，下至4443m井口不 返浆，其后将环空灌满泥浆，井口能看到环空液面，下套 管到位后，等候堵漏钻井液，期间每小时向井内顶人钻 井液24m。，用以置换盐层处的钻井液
16、，防止盐层蠕变 速率过快，导致缩径将环空挤堵，整个过程井口无钻井 液返出。决定投球坐挂，悬挂器正常坐挂，循环泥浆，试 通管线，试压25MPa，注冲洗液8m。，密度109gcm。， 放回水，回压凡尔正常，注隔离液8m。，密度 165gcm。，注领浆】10m。，最大密度166gcm。，最小 163gcm。，平均密度165gcm。，尾浆27 m3，最大密度 188gcm。，最小187gcma，平均密度188gcma，释 放胶塞，注压塞液1Om。，替浆118m。，未碰压，最高施 工压力15MPa，替浆排量181511 17mamin，压力1191341415MPa，施工过程 井口无返浆，但环空一直见液
17、面，起钻，候凝60h；井队 下钻扫塞，无上塞，对套管进行试压后进行悬挂器处挤 水泥补救作业，测声幅，盐层结果如图2所示。 ；22 52 55 5275 0I 532 5 图2 TKl127井盐层声幅 4结论 (1)盐层井，地层有着上低下高两套管压力系统，在 揭开盐层之前必须对上部低压地层进行承压堵漏，拓宽 施工压力窗口，下套管前再次进行全裸眼承压，承压值 最低要求满足固井施工。 (2)盐层固井水泥浆具有抗盐性，对盐的敏感性小， 性能必须稳定，不同井盐的加入量应满足水泥浆性能要 求。 (3)对比两井施工情况，盐层扩径率为26 963O 情况下，排量应控制为1118m。min，顶替效率较 高，固井质量较好。 (4)施工过程防止出现漏失，在施工压力安全范围 内，控制排量，防止地层出现更大的漏失，导致环空静液 柱压力不能将盐层蠕变抑制。 (5)水泥浆的析水量必须要保证，自由液高的情况 下盐中的金属离子易溶解在其中，对水泥环的强度有影 响。 参考文献： 1周仕明，郑建翔，张克坚塔河油田石炭系盐层固井工艺技 术J西部探矿工程，2006，18(9)：5963 f2刘群英，王野，范莉，刘泸萍，邓艳华，刘欣盐层固井水泥 浆技术J钻井液与完井液，2005，22(3)
