尾管固井短路復(fù)雜情況及其補救固井方案

劉春文 沈海超 袁濟華 王希玲 盧運周

（中國石化集團國際石油勘探開發(fā)有限公司）

固井是鉆井工程最后一個環(huán)節(jié)［1-3］，也是一項不可逆的工程。近年來，固井循環(huán)短路事故呈日漸上升趨勢，尤其對于尾管固井更是如此；固井短路事故一旦發(fā)生，若不能及時采取有效措施進(jìn)行補救，將直接導(dǎo)致無法實施固井作業(yè)［4］。研究表明，尾管懸掛器失效是導(dǎo)致尾管固井循環(huán)短路的主要原因之一，且尾管懸掛器失效多以密封失效為主［5-6］。本文以某區(qū)塊X-3井φ177.8mm尾管固井循環(huán)短路復(fù)雜情況為例，分析了該井尾管固井循環(huán)短路的原因，并重點分析了該井尾管固井復(fù)雜情況的處理過程；同時提出了利用遲到時間法實時監(jiān)測、動態(tài)分析井下循環(huán)情況，有效避免了循環(huán)短路以及固井竄槽等復(fù)雜情況的發(fā)生，最終確保了該井補救固井成功且固井質(zhì)量滿足要求。

1 尾管固井短路復(fù)雜情況

X-3井是位于某區(qū)塊的一口預(yù)探井（直井），設(shè)計井深3 500m。該井于2010年7月18日開鉆，9月27日φ215.9mm鉆頭四開，四開期間井壁坍塌掉塊嚴(yán)重，井徑不規(guī)則，鉆進(jìn)及劃眼時出現(xiàn)蹩停頂驅(qū)、起下鉆遇阻、遇卡等井下復(fù)雜情況，11月28日鉆至井深3 376m后完鉆。該井實際井身結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 X-3井井身結(jié)構(gòu)示意圖

X-3井采用φ177.8mm尾管射孔完井方式，完井測試層位DST1深度為2 738.0～2 810.4m。按照設(shè)計在井底打懸空水泥塞，塞面位于2 915m，塞長100m，下壓水泥塞35t，強度符合設(shè)計要求。下套管前按設(shè)計要求通井，下入φ244.5mm刮管器對尾管座掛段進(jìn)行刮管，后順利將φ177.8mm尾管一次性下至井深2 912.5m處，尾管附件采用雙浮箍（浮箍1深度2 891.78m、浮箍2深度2 875.86m）。

X-3井尾管固井出現(xiàn)的復(fù)雜情況主要有：

（1）尾管懸掛器座掛失敗

X-3井順利下完尾管后，以110.6L／min的排量開泵頂通，并逐漸提高排量至1 437.8L／min（固井所需排量），充分循環(huán)，立壓為10MPa。以663.6L／min排量泵送投球，估算送球到位后，以110.6L／min排量蹩壓座掛，當(dāng)立壓升至7.2MPa時便不再上升；逐漸提高排量至221.2L／min，立壓繼續(xù)升至7.5MPa后不再上升，同時見鉆井液返出，說明井下存在循環(huán)通道，現(xiàn)場分析可能是球座刺漏，遂決定加大排量以提高管內(nèi)壓力，盡可能蹩起壓以實現(xiàn)尾管懸掛器座掛。

然而，X-3井以1 106.0～1 548.4L／min排量嘗試座掛6次均未成功，但出口鉆井液返出正常說明循環(huán)通路已經(jīng)暢通，據(jù)此進(jìn)一步分析認(rèn)為可能由于銅球卡在送入工具內(nèi)而未能送入到位，導(dǎo)致蹩不起壓而無法實現(xiàn)座掛。若此時投放鉆桿膠塞，膠塞可能受阻于銅球而下不到位，無法與尾管膠塞復(fù)合后實現(xiàn)碰壓，為此現(xiàn)場下入測井校深儀器進(jìn)行通井檢驗。儀器下至1 733.55m（尾管懸掛器中心管底深），張力正常，鉆具內(nèi)暢通，故排除銅球卡在送入工具內(nèi)的可能，據(jù)此研究決定不再嘗試座掛，將尾管直接下放到井底，倒扣固井。

（2）固井循環(huán)短路

將尾管下放到X-3井井底，嚴(yán)格按照操作規(guī)程倒扣，倒扣成功。以1 437.8L／min排量開泵循環(huán)，立壓與倒扣前一致，說明中心管密封正常。管匯試壓合格后開始固井施工：以1.2m3／min排量，先后泵入密度為1.98g／cm3的先導(dǎo)漿30.0m3、密度為2.01g／cm3的隔離液8.0m3和密度為1.88g／cm3的低密度水泥漿4.0m3；接著泵入密度為2.05g／cm3的領(lǐng)漿26.4m3，當(dāng)泵入領(lǐng)漿19.0m3時，井口疑似有先導(dǎo)漿狀液體返出；在現(xiàn)場繼續(xù)施工的同時，密切觀察井口返出情況，泵入密度為2.11g／cm3的尾漿12.2m3和壓膠塞液2.0m3后，當(dāng)替漿至13.0m3，井口見水泥漿返出。從泵入低密度水泥漿至此，累計入井液量為57.6m3，而鉆桿內(nèi)及鉆桿環(huán)空的總?cè)莘e為59.0m3，由此判斷尾管懸掛器附近出現(xiàn)循環(huán)短路，遂大排量將水泥漿全部替出，避免了“插旗桿”事故。

現(xiàn)場起出X-3井尾管送入工具檢查，發(fā)現(xiàn)尾管懸掛器提拉管上端母接箍之下的本體裂紋近1m長（圖2），固井膠塞仍位于中心管底端未被剪斷。分析認(rèn)為，該井所用懸掛器提拉管存在嚴(yán)重材質(zhì)缺陷，如微裂紋、夾渣等，熱處理時形成應(yīng)力集中，出廠前探傷、試壓均未表現(xiàn)出來；隨著后期應(yīng)力釋放、裂紋逐步擴大，導(dǎo)致固井時較低的壓力便出現(xiàn)剌漏，并沿軸向發(fā)生貫通性裂紋。裂紋在液壓作用下被刺開，導(dǎo)致蹩壓無效、尾管懸掛器無法座掛，固井過程中進(jìn)一步造成循環(huán)短路。

圖2 X-3井尾管懸掛器提拉管刺漏照片

2 尾管固井短路的補救固井方案——基于遲到時間法監(jiān)測分析井下循環(huán)情況

針對X-3井的尾管固井短路情況，考慮到φ215.9mm井段鉆井液停止循環(huán)時間較長、環(huán)空可能堵塞，提出利用遲到時間法監(jiān)測分析井下循環(huán)情況，盡快建立起正常循環(huán)并避免再次出現(xiàn)循環(huán)短路，這是補救固井成敗與否的關(guān)鍵所在。

2.1 遲到時間法監(jiān)測分析井下循環(huán)情況的基本原理

遲到時間是指巖屑或巖屑中的氣體從井底隨鉆井液上返至地面所需的時間，一般用于錄井［7］。遲到時間由其上返速度決定，而巖屑上返速度為鉆井液上返速度與巖屑沉降速度之差，可由Pigott公式求得［8］

式（1）中：v1為巖屑上返速度，cm／s；v0為鉆井液上返速度，cm／s；g為重力加速度，981cm／s2；D為巖屑粒徑平均值，cm；ρs為巖屑密度，g／cm3；ρm為鉆井液密度，g／cm3；μa為鉆井液視粘度，mPa·s。

結(jié)合固井實踐，提出了將遲到時間法用于固井監(jiān)測分析井下循環(huán)情況，其基本原理為：通過跟蹤分析遲到時間實測值及理論計算值，對比參與流動鉆井液體積的理論值以及實際計量值，一方面可用于分析井下循環(huán)情況，判斷是否存在循環(huán)短路及短路位置；另一方面，判斷該排量下井下流動是否存在竄槽情況及其嚴(yán)重程度，有助于保證固井時替凈環(huán)空水泥漿，避免固井竄槽情況的發(fā)生，提高固井頂替效率。遲到時間法的合理應(yīng)用可為鉆完井工程中井下情況判斷以及相關(guān)技術(shù)措施的制定提供參考依據(jù)。

實測遲到時間一般指利用和實鉆巖屑密度大小相近的指示物（通常使用瓷片）和自身會輕微上浮的塑料片由井口投入鉆具內(nèi)，記錄開泵時間和見到時間，即為指示物由井口下行至井底，再由井底上返至井口循環(huán)一周的時間，減去指示物的下行時間，即可求出實測遲到時間。

2.2 補救固井方案

確定的補救固井方案為利用回接插頭建立正常循環(huán)固井，即利用回接插頭與尾管回接筒聯(lián)接，若密封良好且能建立正常循環(huán)，則進(jìn)行固井施工；若回接插頭與回接筒聯(lián)接密封效果差或不能密封，循環(huán)短路依然存在，則啟用備用補救固井方案，即下入可回收式管內(nèi)封隔器建立正常循環(huán)固井（備用補救固井方案1）和下入管內(nèi)封隔器擠水泥封隔測試井段（備用補救固井方案2）。

（1）下入可回收式管內(nèi)封隔器建立正常循環(huán)固井（備用補救固井方案1）

X-3井管內(nèi)封隔器送入管串結(jié)構(gòu)：φ127mm鉆桿＋轉(zhuǎn)換接頭＋φ88.9mm鉆桿＋φ120.65mm鉆鋌＋安全接頭＋φ177.8mm管內(nèi)封隔器＋φ88.9mm鉆桿。倒開安全接頭的判斷決策點為：固井結(jié)束后若管內(nèi)封隔器無法解封，則立即從安全接頭處倒開，起出上部管串，避免井下復(fù)雜情況的發(fā)生。在尾管內(nèi)下入φ177.8mm管內(nèi)封隔器，連接安全接頭（以防止封隔器不能解封時能夠順利起出鉆具），管內(nèi)封隔器安放于2＃浮箍頂部，并盡可能地靠近2＃浮箍座封，座封后嘗試建立正常循環(huán)。若能建立正常循環(huán)，則進(jìn)行固井施工；若無法建立正常循環(huán)，可能為浮鞋的循環(huán)孔道或2＃浮箍的循環(huán)通道受沉砂堵塞，不能蹩通，則考慮在2＃浮箍頂部射孔，建立起循環(huán)通道后固井。若射孔后仍然不能建立循環(huán)，判斷為環(huán)空堵塞，則采取備用補救固井方案2，考慮通過擠水泥封隔測試層，以達(dá)到該井完井測試目的。

（2）下入管內(nèi)封隔器擠水泥封隔測試井段（備用補救固井方案2）

首先在2＃浮箍頂部的射孔位置打水泥塞，封隔該射孔段，然后在完井測試層（2 738.0～2 810.4m）的頂部射孔，下入φ177.8mm管內(nèi)封隔器進(jìn)行擠水泥作業(yè)，封隔測試段上部可疑水層，以確保完井測試順利進(jìn)行。

3 利用遲到時間法指導(dǎo)尾管固井短路復(fù)雜情況的處理過程

3.1 利用尾管回接插頭進(jìn)行固井

下入φ149.23mm牙輪鉆頭探水泥塞，于2 859.9m遇阻，說明φ177.8mm尾管內(nèi)未進(jìn)水泥漿；為防止補救固井時球座不能被蹩開，將球座鉆穿并通到2＃浮箍位置，循環(huán)正常后起鉆。下入φ177.8mm尾管回接插頭聯(lián)接回接筒后，以0.12m3／min小排量開泵循環(huán)13h，排量逐步提高到1.1m3／min，循環(huán)時全烴值由0.04%上升至37%，排量提到0.6m3／min時發(fā)生井漏，泵入橋堵漿6m3堵漏成功。但后期通過井溫和遲到時間判斷，回接插頭不密封，井下存在大小2個循環(huán)通路，即通過井底的大循環(huán)以及通過回接插頭處的小循環(huán)；后振動篩處發(fā)現(xiàn)回接插頭密封圈膠皮，充分證實了回接插頭密封失效的判斷是正確的，起出后發(fā)現(xiàn)回接插頭的4組密封圈少了2組（圖3）。

圖3 X-3井φ177.8mm尾管回接插頭密封圈脫落情況

由于利用尾管回接插頭聯(lián)接后循環(huán)短路依然存在，達(dá)不到固井施工條件，遂決定啟用備用補救固井方案1，即下入φ177.8mm管內(nèi)封隔器建立正常循環(huán)后嘗試進(jìn)行固井。

3.2 下入管內(nèi)封隔器以建立正常循環(huán)固井（備用補救固井方案1）

（1）固井施工準(zhǔn)備

為便于管內(nèi)封隔器順利下入并準(zhǔn)確座封，現(xiàn)場下光鉆桿洗井，并在預(yù)計封隔器座封井段2 855m泵入10m3防卡水泥漿，后下入管內(nèi)封隔器至2 855m并順利座封。先小排量開泵頂通并控制泵壓，防止井漏；井下情況正常后，逐步提高排量循環(huán)至1 216.6L／min，盡可能充分清洗井眼；同時跟蹤分析遲到時間，發(fā)現(xiàn)由于φ215.9mm井眼環(huán)空鉆井液長時間未參與流動，盡管循環(huán)已經(jīng)頂通，但環(huán)空竄流仍較嚴(yán)重，井下條件暫沒有達(dá)到固井條件。為此，現(xiàn)場3次泵入輕漿沖洗尾管環(huán)空，并繼續(xù)密切跟蹤遲到時間。經(jīng)多次遲到時間法綜合分析，確認(rèn)井下無循環(huán)短路存在；并且通過對比實際參與循環(huán)的鉆井液量以及理論計算所得循環(huán)液量，判斷φ215.9mm井眼環(huán)空循環(huán)正常，無竄流情況，已達(dá)到固井條件，現(xiàn)場準(zhǔn)備固井。

（2）固井施工過程

為提高X-3井目的層固井封固質(zhì)量，同時確保固井施工安全，采用非滲透防氣竄水泥漿體系，控制水泥漿返高至2 200m，以防環(huán)空竄流導(dǎo)致部分水泥漿返至回接筒位置，造成其他復(fù)雜情況；計劃固井施工后從φ177.8mm尾管喇叭口擠水泥以封固上部重合段。開始固井施工，先后泵入密度為1.98g／cm3的先導(dǎo)水泥漿30m3，密度為2.01g／cm3的隔離液8m3，密度為 2.04g／cm3的領(lǐng)漿14m3，密度為2.11g／cm3的尾漿8m3，密度為2.01g／cm3的后置液1.5m3，密度為1.98g／cm3的替漿17.63m3。施工結(jié)束后起鉆至φ177.8mm尾管喇叭口循環(huán)，未見水泥漿返出，整個固井施工過程順利。

（3）φ177.8mm尾管喇叭口擠水泥

待水泥漿初凝后，下φ127mm光鉆桿至1 730m，由φ177.8mm尾管頂部環(huán)空擠水泥以封固上部重合段。通過試擠水泥漿5m3，確認(rèn)有擠注通道后，連接固井管線并試壓合格。開始正式擠注水泥，先泵入3m3先導(dǎo)漿然后關(guān)封井器，擠水泥14.2m3和沖洗液1m3，替水泥漿7.4m3，然后泄壓開井，水泥漿倒返2.5m3，循環(huán)關(guān)井蹩壓3.0～3.5MPa候凝。

（4）固井質(zhì)量評價及套管試壓

根據(jù)聲波測井曲線CBL評價固井質(zhì)量，結(jié)果表明主要測試層段封固質(zhì)量良好，詳細(xì)結(jié)果見表1。

用固井車對套管串試壓，打壓至14MPa，壓力不升，停泵后壓力降至8MPa，試壓不合格，經(jīng)分析由于上部重合段存在微間隙所致，現(xiàn)場討論再次進(jìn)行擠水泥。

表1 X-3井φ177.8mm尾管固井質(zhì)量（1 736.2～2 871.4m）

（5）φ177.8mm尾管喇叭口第2次擠水泥及套管試壓

用固井車進(jìn)行第2次擠水泥作業(yè)，共擠入水泥漿2.1m3，最高擠注壓力24MPa，關(guān)井蹩壓候凝，穩(wěn)壓12MPa壓力不降，后對全井套管串試壓20.5MPa，穩(wěn)壓30min后，試壓合格。至此，此次尾管固井短路復(fù)雜情況最終采用下管內(nèi)封隔器的固井措施成功處理。

在X-3井φ177.8mm尾管補救固井過程中，利用遲到時間法現(xiàn)場及時查出尾管回接插頭密封不嚴(yán)，從而果斷啟用備用固井方案（下封隔器座封后建立正常循環(huán)固井），有效避免了再次出現(xiàn)循環(huán)短路；同時在座封封隔器成功且頂通建立循環(huán)后，通過跟蹤遲到時間，判斷井下環(huán)空鉆井液竄流嚴(yán)重，暫達(dá)不到固井條件，現(xiàn)場果斷采用低粘輕漿沖洗尾管環(huán)空等方式，促使環(huán)空流動正?；?，最終補救固井成功完成，固井質(zhì)量較好且滿足完井測試要求。

4 結(jié)束語

由于尾管懸掛器提拉管刺裂，導(dǎo)致X-3井蹩不起壓、尾管懸掛器無法座掛以及后續(xù)固井過程出現(xiàn)循環(huán)短路復(fù)雜情況，為此對該井尾管固井短路復(fù)雜情況進(jìn)行了原因分析，制定了系統(tǒng)有效的補救固井方案，并結(jié)合現(xiàn)場實踐提出了一套用于判斷井下循環(huán)情況的遲到時間法。該方法在X-3井補救固井過程中的成功應(yīng)用，有效避免了因尾管回接插頭與回接筒聯(lián)接處密封不佳再次出現(xiàn)固井循環(huán)短路的情況，同時為下入管內(nèi)封隔器固井前環(huán)空竄流情況的分析提供了有效手段，建議在今后的固井施工過程中加以推廣使用。

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