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摘 要：张家垛油田开发的是阜宁组致密砂岩油，目前采用HF井（大斜度井+分段压裂）的开发方式，为中石化增储上产的重点区块之一，但是固井质量一直不稳定，给勘探开发带来了困扰。本文总结分析了张家垛油田HF井的固井现状，探讨了影响固井质量的因素，并对如何提高HF井的固井质量给出了一些建议。
关键词：张家垛油田 固井 扶正器 水泥浆体系 前置液
1 油田概况
张家垛油田位于苏北盆地海安凹陷西部、曲塘次凹的北部陡坡带，是一个由边界断层控制、位于断层下降盘的大型鼻状构造[1]。1976年在张家垛构造高点部位钻探了苏88井，阜（阜宁组）三段经压裂试获日产油4.14 t，至2009年累计产油216.89 t；2010年部署的探井张3B井，在阜宁组三段发现了良好的油气显示，日产油23.8 t，经过这几年的发展，该油田已进入开发阶段，且为中石化增储上产的重点区块之一。
张家垛油田自上而下钻遇东台组、盐城组、三垛组、戴南组和阜宁组（阜三段）。东台组为第四系松散层；盐城组为粘土层与砂砾层互层，易缩径；三垛组上部为灰绿色泥岩夹粉砂岩，下部为棕色泥岩与细砂岩等厚互层，易垮塌；戴南组为灰黑色泥岩与粉砂岩略等厚-不等厚互层；阜宁组四段为灰黑色泥岩，三段为灰黑色泥岩与灰色泥质粉砂岩、浅灰色细砂岩略等厚互层，易垮塌。
由于目的層阜宁组为致密砂岩，且层薄，地层倾角大，目前采用HF井（大斜度井+分段压裂）的开发方式，
2 固井技术现状
从2009年开始至今，张家垛油田的固井技术一直在不断的优化改进中，尽管目前固井质量不是太稳定，但也通过固井施工实践和固井工艺技术的应用，取得了一些成功的经验。
2.1 套管居中技术
套管居中不仅能提高钻井液的顶替效率，而且还有助于套管的顺利下入。对于常规定向井，套管在井眼中所受到的侧向力较小，在考虑扶正器受力分析时，就可以忽略不计，常规的套管扶正器就能满足居中要求；而对于大斜度井，侧向力较高，作用在套管扶正器上的力也就较大，很容易造成扶正器的变形失效，影响居中效果。而提高大斜度井固井质量的关键是合理使用套管扶正器以保证套管在环空井眼中居中[2]。
张家垛油田最初使用的是常规的双弓弹性扶正器，发现无论是下套管还是后期固井质量的反应上看，都存在一定的问题。然后引入了编织焊接整体式的双弓弹性扶正器和进口的S2整体式弹性扶正器（为一次冲压成形，具有弹性和刚性特点，回复力为常规弹性扶正器的10倍左右）。同时也优化了扶正器的安放设计，利用S2整体式扶正器能定位安装的特点，利用设计软件，在目的层段每根套管加1只，并用止推环定位固定在最优位置上；编织式双弓弹性扶正器安放在非目的层段，每根套管加1只扶正器。
由于张家垛油田HF井目的层段易垮塌，井径扩大率普遍较大，而S2整体式扶正器尺寸偏小，造成入井后实际的居中效果会变差。后期通过摸索，通过软件模拟，把编织式的双弓扶正器和S2整体式扶正器混加，即一根安放编织式的双弓扶正器，一根安放S2整体式扶正器，这样套管居中度达到67% 以上，基本解决了这类井的套管居中要求。
2.2 水泥浆体系
在大斜度井固井施工中，水泥浆中的自由水很容易在大斜度段的高边聚集成水带，形成窜槽；而水泥浆沉降稳定性不好时，将导致水泥浆分层，在井眼顶边水泥浆变稀而底边水泥浆变稠，当水泥浆凝固后形成顶部强度很弱的渗透性水泥，而底部有很强的低渗透性水泥。顶部这种弱渗透性水泥不能充分保护套管而可能造成井内流体在环空中流动.对以后油井生产和增产措施影响很大[3]。张家垛油田的HF井后期都要采用大规模的分段压裂，是利用套管作为通道下桥塞的压裂方式，这就对水泥环的胶结质量和井眼环空的密封情况要求比较高。而水泥浆体系的选择就要重点考虑到水泥的失水和稳定性，保证水泥环的质量和井眼密封。
最先优选采用的膨胀早强水泥浆体系，在体系中加入QJ-625这种发气型的膨胀剂和G202这种能提高早期强度的早强剂，配合使用高效降失水剂G306和减租剂USZ，就能很好的控制住失水，并在候凝过程中有一定的防窜性能，凝固后也能强化界面强度。但在后期压裂过中出现了压窜的情况。然后试验了几种具有良好防窜功能的水泥浆体系：一是弹塑性非渗透水泥体系，即在水泥中混入活性橡胶弹性粒子，并使用具有成膜效能的非渗透剂；二是胶乳水泥防窜体系，这是一种具有良好防气窜能力的水泥浆体系，在很多区块的气井中得到了很好应用。但还是没能解决压裂窜的问题。最后分析认为可能是泥岩地层水的活度较大，这样，水泥浆体系选择采用了抗盐体系。优选高温抗盐降水剂SFP-2（或BCF-200s），确保水泥浆零自由水；同时配合加入膨胀剂，增强抗窜能力，即使用的体系为抗盐微膨胀水泥体系。目前主要试用的配方江南水泥+SFP-2 +QJ-625+DZJ-Y +水和江南水泥+BCF-200S+USZ+QJ-625+水。在张家垛油田HF井的固井施工中，这两种抗盐膨胀体系都有较多应用，固井质量也有一定提高。在后期的固井实践中将进一步试验，优选出一套最适合的抗盐体系。
2.3 前置液浆柱结构
为了保证好的冲洗效果和顶替效率，
同时配合前置液紊流和水泥浆变排量顶替技术。经软件设计，前置液进入环空后能够达到紊流，替浆后期，采用小排量顶替。
2.4综合压稳技术
考虑到该油田为高压低渗储层，水泥浆候凝期间的压稳也比较重要。目前主要采用的是以下综合压稳技术：一是采用双凝水泥浆体系，在主体水泥浆的上部注入一段稠化时间较长的充填水泥浆，以防止水泥浆“失重”造成的失稳；二是环空加压技术候凝技术，即固井结束后，在环空施加一定回压，以防止水泥浆失重造成的气窜。同时也试验了在油气层顶部安放管外封隔器和井口脉冲振动固井技术，效果不明显。 2.5配套保障技术
在苏北区块固井由于水网发达，环保压力大，都是采用干混外加剂加现场河水进行施工。但张家垛油田井深，封固段长，前置液、水泥浆量和配浆水量均较大，且为了提高固井质量，采用外加剂湿混。这样为了满足张家垛油田固井施工的要求，专门定制了水柜和立式灰罐，用于水和水泥的存储和施工。固井车一般4台，两台用于注水泥施工，一台用于注前置液和井口加压，一台备用。这样充分满足了固井施工设计的要求，确保了现场施工的顺利进行，将有助于提高固井质量。
3 存在的问题及影响因素分析
尽管试验采用了很多固井工艺，但张家垛油田HF井的固井质量一直提高缓慢，目前一共施工了21口HF井，但固井质量优良率只有近50%，对后期分段压裂作业造成了一定影响，选择压裂分段时要顾及的因素太多。初步分析影响固井质量的原因主要有以下几点：
（1）井眼质量差，井径不规则。主要是由于戴南组、阜宁组地层硬脆性泥页岩易吸水膨胀，井下掉块、垮塌现象严重，且钻井周期长，易出现卡钻、下套管不到位起套管等故障，加之处理故障的影响，目的层段井身质量差，易形成大肚子、椭圆形及“糖葫芦”井眼，岩屑及虚泥皮难以清除干净，影响水泥浆顶替效率及水泥与地层的胶结。
（2）大斜度井套管居中度差，虽然采用了英国产S2整体扶正器，但是由于在目的层段井径较大（平均井径达250mm，最大达到280-320mm），S2整体扶正器最大外径216mm，扶正效果仍然有限，套管居中度不高，施工过程中易发生窜槽、偏心顶替等，顶替效率低，且水泥环薄厚不一致，层间封隔不好。
（3）张家垛区块多为大斜度拟水平井，在钻进过程中，钻井液中一般混入一定量的原油，粘附在井壁和套管壁上的油膜不易清除，影响水泥胶结质量。
（4）张家垛构造属于高压低渗油藏，油层薄，分层多，部分井存在异常高压，候凝过程中发生油气窜，影响水泥胶结质量。
4 对策及建议
通过分析张家垛区块大斜度井固井质量，初步得出影响其固井質量的主要因素是井眼条件、油气层发育以及固井工艺等，尤其是井眼条件，一个良好的井眼将大大提高固井成功的概率。在今后的施工过程中建议：
（1）固井工程是一项系统工程，必须保证井眼通畅、井径规则。优化钻井液性能，提高井眼稳定性，确保井径扩大率能够控制在一个合理的范围（<10%），并减少糖葫芦等不规则井眼；并强化下套管前的井眼准备，制定严格的通井技术措施，有效清除岩屑床和粘附在井壁上的虚泥饼，为固井施工提供一个良好的井眼。
（2）要探索大井眼条件下提高套管居中度的工艺技术。在提高套管居中度方面，在水平井段的大肚子井段和目的层段，鉴于目前使用的扶正器尺寸的局限，则下步尝试使用液压扶正器，并合理设计使用数量及间距。
（3）强化高效前置液体系的冲洗、顶替效果。针对目前所用的钻井液，采用加入表面活性剂和驱油剂的冲洗液，适当增加紊流接触时间即增加使用量，有效冲洗井眼。
（4）进一步加强水泥浆体系综合应用的研究。同样一种配方，由于井眼状况不同、泥浆性能不同、钻进周期不同，运用效果也不同。因此可以推断，单靠水泥浆体系是不能完全解决张家垛油田的固井问题，还是要综合考虑固井方案。如尽量缩短尾浆的稠化时间，要求施工结束，尾浆就达到初凝，领浆稠化时间尽量延长一些，以上主要目的防止水泥浆凝固失重后，静液柱压力变小而不能压稳地层。
（5）在油气层压稳方面，对于油气较为活跃的井，继续采用管外封隔器和井口环空加压工艺，以防止候凝期间水泥浆失重后油气上窜影响一二界面的胶结。
参考文献
[1]焦里力.苏北盆地张家垛油田阜三段油气富集规律[J].石油与天然气地质，2012（2）：166-173.
[2] 谭树人.大斜度井、水平井套管扶正器最佳间距计算[J].中国海上油气（工程），1995（4）：40-46.
[3] 陶世平.大斜度井、水平井固井水泥浆稳定性探讨[J].新疆石油科技，1999（2）：26-28.
作者简介：王洪亮，1978年12月生，男，工程师，2001年毕业于西南石油学院石油工程专业，一直从事固井技术研究工作。
关键词：张家垛油田 固井 扶正器 水泥浆体系 前置液
1 油田概况
张家垛油田位于苏北盆地海安凹陷西部、曲塘次凹的北部陡坡带，是一个由边界断层控制、位于断层下降盘的大型鼻状构造[1]。1976年在张家垛构造高点部位钻探了苏88井，阜（阜宁组）三段经压裂试获日产油4.14 t，至2009年累计产油216.89 t；2010年部署的探井张3B井，在阜宁组三段发现了良好的油气显示，日产油23.8 t，经过这几年的发展，该油田已进入开发阶段，且为中石化增储上产的重点区块之一。
张家垛油田自上而下钻遇东台组、盐城组、三垛组、戴南组和阜宁组（阜三段）。东台组为第四系松散层；盐城组为粘土层与砂砾层互层，易缩径；三垛组上部为灰绿色泥岩夹粉砂岩，下部为棕色泥岩与细砂岩等厚互层，易垮塌；戴南组为灰黑色泥岩与粉砂岩略等厚-不等厚互层；阜宁组四段为灰黑色泥岩，三段为灰黑色泥岩与灰色泥质粉砂岩、浅灰色细砂岩略等厚互层，易垮塌。
由于目的層阜宁组为致密砂岩，且层薄，地层倾角大，目前采用HF井（大斜度井+分段压裂）的开发方式，
2 固井技术现状
从2009年开始至今，张家垛油田的固井技术一直在不断的优化改进中，尽管目前固井质量不是太稳定，但也通过固井施工实践和固井工艺技术的应用，取得了一些成功的经验。
2.1 套管居中技术
套管居中不仅能提高钻井液的顶替效率，而且还有助于套管的顺利下入。对于常规定向井，套管在井眼中所受到的侧向力较小，在考虑扶正器受力分析时，就可以忽略不计，常规的套管扶正器就能满足居中要求；而对于大斜度井，侧向力较高，作用在套管扶正器上的力也就较大，很容易造成扶正器的变形失效，影响居中效果。而提高大斜度井固井质量的关键是合理使用套管扶正器以保证套管在环空井眼中居中[2]。
张家垛油田最初使用的是常规的双弓弹性扶正器，发现无论是下套管还是后期固井质量的反应上看，都存在一定的问题。然后引入了编织焊接整体式的双弓弹性扶正器和进口的S2整体式弹性扶正器（为一次冲压成形，具有弹性和刚性特点，回复力为常规弹性扶正器的10倍左右）。同时也优化了扶正器的安放设计，利用S2整体式扶正器能定位安装的特点，利用设计软件，在目的层段每根套管加1只，并用止推环定位固定在最优位置上；编织式双弓弹性扶正器安放在非目的层段，每根套管加1只扶正器。
由于张家垛油田HF井目的层段易垮塌，井径扩大率普遍较大，而S2整体式扶正器尺寸偏小，造成入井后实际的居中效果会变差。后期通过摸索，通过软件模拟，把编织式的双弓扶正器和S2整体式扶正器混加，即一根安放编织式的双弓扶正器，一根安放S2整体式扶正器，这样套管居中度达到67% 以上，基本解决了这类井的套管居中要求。
2.2 水泥浆体系
在大斜度井固井施工中，水泥浆中的自由水很容易在大斜度段的高边聚集成水带，形成窜槽；而水泥浆沉降稳定性不好时，将导致水泥浆分层，在井眼顶边水泥浆变稀而底边水泥浆变稠，当水泥浆凝固后形成顶部强度很弱的渗透性水泥，而底部有很强的低渗透性水泥。顶部这种弱渗透性水泥不能充分保护套管而可能造成井内流体在环空中流动.对以后油井生产和增产措施影响很大[3]。张家垛油田的HF井后期都要采用大规模的分段压裂，是利用套管作为通道下桥塞的压裂方式，这就对水泥环的胶结质量和井眼环空的密封情况要求比较高。而水泥浆体系的选择就要重点考虑到水泥的失水和稳定性，保证水泥环的质量和井眼密封。
最先优选采用的膨胀早强水泥浆体系，在体系中加入QJ-625这种发气型的膨胀剂和G202这种能提高早期强度的早强剂，配合使用高效降失水剂G306和减租剂USZ，就能很好的控制住失水，并在候凝过程中有一定的防窜性能，凝固后也能强化界面强度。但在后期压裂过中出现了压窜的情况。然后试验了几种具有良好防窜功能的水泥浆体系：一是弹塑性非渗透水泥体系，即在水泥中混入活性橡胶弹性粒子，并使用具有成膜效能的非渗透剂；二是胶乳水泥防窜体系，这是一种具有良好防气窜能力的水泥浆体系，在很多区块的气井中得到了很好应用。但还是没能解决压裂窜的问题。最后分析认为可能是泥岩地层水的活度较大，这样，水泥浆体系选择采用了抗盐体系。优选高温抗盐降水剂SFP-2（或BCF-200s），确保水泥浆零自由水；同时配合加入膨胀剂，增强抗窜能力，即使用的体系为抗盐微膨胀水泥体系。目前主要试用的配方江南水泥+SFP-2 +QJ-625+DZJ-Y +水和江南水泥+BCF-200S+USZ+QJ-625+水。在张家垛油田HF井的固井施工中，这两种抗盐膨胀体系都有较多应用，固井质量也有一定提高。在后期的固井实践中将进一步试验，优选出一套最适合的抗盐体系。
2.3 前置液浆柱结构
为了保证好的冲洗效果和顶替效率，
同时配合前置液紊流和水泥浆变排量顶替技术。经软件设计，前置液进入环空后能够达到紊流，替浆后期，采用小排量顶替。
2.4综合压稳技术
考虑到该油田为高压低渗储层，水泥浆候凝期间的压稳也比较重要。目前主要采用的是以下综合压稳技术：一是采用双凝水泥浆体系，在主体水泥浆的上部注入一段稠化时间较长的充填水泥浆，以防止水泥浆“失重”造成的失稳；二是环空加压技术候凝技术，即固井结束后，在环空施加一定回压，以防止水泥浆失重造成的气窜。同时也试验了在油气层顶部安放管外封隔器和井口脉冲振动固井技术，效果不明显。 2.5配套保障技术
在苏北区块固井由于水网发达，环保压力大，都是采用干混外加剂加现场河水进行施工。但张家垛油田井深，封固段长，前置液、水泥浆量和配浆水量均较大，且为了提高固井质量，采用外加剂湿混。这样为了满足张家垛油田固井施工的要求，专门定制了水柜和立式灰罐，用于水和水泥的存储和施工。固井车一般4台，两台用于注水泥施工，一台用于注前置液和井口加压，一台备用。这样充分满足了固井施工设计的要求，确保了现场施工的顺利进行，将有助于提高固井质量。
3 存在的问题及影响因素分析
尽管试验采用了很多固井工艺，但张家垛油田HF井的固井质量一直提高缓慢，目前一共施工了21口HF井，但固井质量优良率只有近50%，对后期分段压裂作业造成了一定影响，选择压裂分段时要顾及的因素太多。初步分析影响固井质量的原因主要有以下几点：
（1）井眼质量差，井径不规则。主要是由于戴南组、阜宁组地层硬脆性泥页岩易吸水膨胀，井下掉块、垮塌现象严重，且钻井周期长，易出现卡钻、下套管不到位起套管等故障，加之处理故障的影响，目的层段井身质量差，易形成大肚子、椭圆形及“糖葫芦”井眼，岩屑及虚泥皮难以清除干净，影响水泥浆顶替效率及水泥与地层的胶结。
（2）大斜度井套管居中度差，虽然采用了英国产S2整体扶正器，但是由于在目的层段井径较大（平均井径达250mm，最大达到280-320mm），S2整体扶正器最大外径216mm，扶正效果仍然有限，套管居中度不高，施工过程中易发生窜槽、偏心顶替等，顶替效率低，且水泥环薄厚不一致，层间封隔不好。
（3）张家垛区块多为大斜度拟水平井，在钻进过程中，钻井液中一般混入一定量的原油，粘附在井壁和套管壁上的油膜不易清除，影响水泥胶结质量。
（4）张家垛构造属于高压低渗油藏，油层薄，分层多，部分井存在异常高压，候凝过程中发生油气窜，影响水泥胶结质量。
4 对策及建议
通过分析张家垛区块大斜度井固井质量，初步得出影响其固井質量的主要因素是井眼条件、油气层发育以及固井工艺等，尤其是井眼条件，一个良好的井眼将大大提高固井成功的概率。在今后的施工过程中建议：
（1）固井工程是一项系统工程，必须保证井眼通畅、井径规则。优化钻井液性能，提高井眼稳定性，确保井径扩大率能够控制在一个合理的范围（<10%），并减少糖葫芦等不规则井眼；并强化下套管前的井眼准备，制定严格的通井技术措施，有效清除岩屑床和粘附在井壁上的虚泥饼，为固井施工提供一个良好的井眼。
（2）要探索大井眼条件下提高套管居中度的工艺技术。在提高套管居中度方面，在水平井段的大肚子井段和目的层段，鉴于目前使用的扶正器尺寸的局限，则下步尝试使用液压扶正器，并合理设计使用数量及间距。
（3）强化高效前置液体系的冲洗、顶替效果。针对目前所用的钻井液，采用加入表面活性剂和驱油剂的冲洗液，适当增加紊流接触时间即增加使用量，有效冲洗井眼。
（4）进一步加强水泥浆体系综合应用的研究。同样一种配方，由于井眼状况不同、泥浆性能不同、钻进周期不同，运用效果也不同。因此可以推断，单靠水泥浆体系是不能完全解决张家垛油田的固井问题，还是要综合考虑固井方案。如尽量缩短尾浆的稠化时间，要求施工结束，尾浆就达到初凝，领浆稠化时间尽量延长一些，以上主要目的防止水泥浆凝固失重后，静液柱压力变小而不能压稳地层。
（5）在油气层压稳方面，对于油气较为活跃的井，继续采用管外封隔器和井口环空加压工艺，以防止候凝期间水泥浆失重后油气上窜影响一二界面的胶结。
参考文献
[1]焦里力.苏北盆地张家垛油田阜三段油气富集规律[J].石油与天然气地质，2012（2）：166-173.
[2] 谭树人.大斜度井、水平井套管扶正器最佳间距计算[J].中国海上油气（工程），1995（4）：40-46.
[3] 陶世平.大斜度井、水平井固井水泥浆稳定性探讨[J].新疆石油科技，1999（2）：26-28.
作者简介：王洪亮，1978年12月生，男，工程师，2001年毕业于西南石油学院石油工程专业，一直从事固井技术研究工作。