【摘要】一次上返全封固固井技术是解决天然气井长裸眼段固井的一项技术，优点在于缩短了钻井周期，消除了因使用分级箍而造成套管串承压能力降低及引发固井事故等问题。针对一次上返全封固注灰量大，水泥浆性能要求高，施工泵压大等难点。通过分析研究和大量试验，在搞清地层岩性及地层压力情况下，成功研制了低失水、稳定性好的低密度密度水泥浆体系和目的层使用的微膨胀防气侵水泥浆体系及相配套的现场施工固井工艺技术，在延长气田成功应用了11口井的现场施工，目的层段固井质量优质率100%，低密度段封固质量达到设计要求。由此在延长气田形成了一次上返全封固固井相配套的井口压力控制及防漏控制工艺技术，为延长气田全面推广一次上返全封固固井提供了有力的技术支撑。
　　
【关键词】固井 注水泥 天然气 压力控制
　　
延长气田为典型的低压易漏地层，地层压力波动、敏感；钻、固井过程易漏失。多套气层分布，气层段最长可达600多米。地层差异性大，上部洛河地层欠压实，承压能力底，易发生渗透性漏失；下部马家沟地层压力梯度相对低，在控制和降低成本的要求下，全部以长裸眼方式钻进；为保证多个气层同时封固良好，满足后续采气生产的需求，目前主要采用分级固井工艺技术。随着勘探开发规模的不断扩大，地层认识不断深入，如何降低开发成本成为我们的重点。而一次上返固井技术具有简化了井身结构、提高了套管的气密性及耐压性，缩短了建井周期、降低了固井成本的优点。但在延长气田应用一次上返全封固固井技术存在以下难点：
　　
（1）区域跨度大，井深范围2000 m-4700 m，现场施工风险大，固井成功率相对较低；
　　
（2）固井用灰量大、施工时间长，现场施工压力高、顶替过程易出现复杂情况；
　　
（3）水泥浆性能要求高，特别是低密度水泥的稳定性及失水量性能指标要求严格。因此我们选择地层压力数据资料可靠，钻井施工过程中无明显漏失现象发生且井深小于2500米的天然气井进行了一次上返全封固固井。
　　
1 基本情况
　　
1.1 延长气田地质概况
　　
地质上属于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡，储层主要包括下古生界奥陶系的马家沟組，上古生界有石炭系的本溪组、二叠系下统的太原组、山西组、二叠系中统的上下石盒子组和二叠系上统的石千峰组。
　　
延长区块典型钻经地层自上而下依次为新生界第四系；中生界三叠系上统延长组、中统纸坊组、下统和尚沟组和刘家沟组；上古生界二叠系上统石千峰组、中统石盒子组、下统山西组、太原组，石炭系上统本溪组；下古生界奥陶系下统马家沟组（未穿）。
　　
1.2 地层压力
　　
气田储层属于低压砂岩气藏，最小孔隙压力梯度为0.0060MPa/m，最大为0.0117MPa/m。在延长气田固井计算时，地层孔隙压力梯度考虑到安全系数应取0.0112MPa/m为准；经过近八十多层的压裂数据的推算，其破压梯度值比较正常。破压梯度在0.018～0.0198MPa/m之间。因此，设计时每口井气层段破压梯度应以0.0170MPa/ m计算；通过地层漏失测定试验，地层破裂压力最低点应在刘家沟组，其破压梯度在0.0125～0.0130MPa/m之间。因此，设计时每口井上部层段破压梯度应以0.0125MPa/m计算。
　　
2 延长气田所应用的水泥浆体系
　　
2.1 延长气田常规高密度水泥浆体系
　　
在天然气井固井中，气层段固井质量好与坏决定天然气井固井成败的标准。从理论上说，封固气层段用水泥浆体系防窜性能优劣，主要体现在失水量越小，其防窜性能就会大大提高，这一结论无论在室内评价，现场固井质量分析，都得到了充分的证明[1][2]。2.2 延长气田低密度水泥浆体系
　　
低密度水泥浆性能主要由以下几方面要求来确定：
　　
（1）由地层最低承压能力来确定低密度水泥浆密度；
　　
（2）低密度水泥浆流动稳定性与体系流变性的关系；
　　
（3）低密度水泥沉降稳定性与抗漏失能力的关系[3][4]。
　　
其主要性能如下：
　　
应用条件为 60～75℃/20～35MPa ； 密度为1.30～1.35g/cm3；
　　
滤失量为 <50m L/30m i n（65℃，6.9MPa）；
　　
初稠为 <20Bc ；自由水为 <0.1%；
　　
水泥石强度为 ≥3.5MPa/24h.65℃ ；稠化时间为>230min。3 防漏控制设计 3.1 水泥浆压力设计计算
　　
根据延长气田的地质资料及钻井设计要求，在入井水泥浆柱设计时，综合考虑气层位置、地层压力、地层破裂压力、刘家沟组及延长组最低破裂压力进行了如下水泥浆柱设计：
　　
高密度段：密度为1.85g/cm3 ；长度为600～800m。
　　
低密度段：密度为1.35g/cm3 ；长度1700～1900 返至井口。
　　
气层段地层压力为0 . 0 1 1 2 M P a / m×2500m =28.00 MPa。
　　
气层段破裂压力为0 . 0 1 7 0 M P a / m×2500m =42.50 MPa。
　　
水泥浆柱压力（2 5 0 0 m）：（600m×1.85g/cm3+1900m×1.35g/cm3）×0.00981=36.05 MPa。
　　
对于井底动摩阻压力要求小于：42.50×95% MPa-36.05MPa=4.33 MPa。
　　
对于刘家沟组层动摩阻要求小于：21.20×95% MPa-19.50MPa=0.64 MPa。3.2 水泥浆流变性能及动摩阻计算
　　
通过室内水泥浆体系流变参数的测定，针对不同的流型分别计算出水泥浆的临界流速与排量，结合现场情况计算出施工时的动摩阻，设计顶替方式。
　　
（1）漂珠低密度水泥浆体系现场灰样流变性能计算；
　　
（2） 常规高密度水泥浆体系现场灰样流变性能计算；
　　
根据上述数据，设定以50L/s（紊流）、20L/s（层流）、5L/s（塞流）的排量进行替注，计算套管环空流动阻力值见表1。
　　
表1 套管环空流动阻力值表
　　
通过计算可以得出，在一次上返全封固固井中，当顶替至低密度水泥浆返高已超出漏失层1000m，漏层的压力已很接近漏失压力，采用紊流顶替是不可取的，必须采用低排量，即塞流顶替[5]。
　　
从以上分析得出一次上返固井顶替程序应采用泥浆泵单泵顶替+水泥车小排量顶替方式。经过现场11口井的应用，合格率达到100%，优质率达85%。
　　
4 结论
　　
在一次上返全封固固井施工过程中，水泥浆产生的摩阻远远大于理论计算值，所以在施工中控制顶替排量、降低井口施工压力，是预防井漏发生必要手段。如果在钻井施工中有漏失现象发生的井，若经堵漏后井眼承压能力达不到一次上返全封固要求的，不能采用此固井工艺施工方案。
　　
参考文献
　　
[1] 刘崇健，等.油气井注水泥理论与应用石油工业出版社，2001，9