冀東油田南堡1－2號(hào)和1－3號(hào)人工島大斜度井固井施工難點(diǎn)及解決對(duì)策

來(lái)東風(fēng)，趙永光，靳鵬菠（中石油冀東油田分公司勘探開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目部，河北唐山063200）

謝鵬偉，鄧威，吳亞春 （中石油冀東油田分公司勘探開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目部，河北唐山063200）

冀東油田于2011年至2013年在南堡1－2號(hào)和1－3號(hào)人工島部署了一批大斜度井，其井斜在55～75°，位移在2500～3300m，而井斜和位移的增加帶來(lái)了一系列問(wèn)題，如井眼的清潔、管串的安全下入、扶正器選擇與優(yōu)化、水泥漿性能的控制等，加之該區(qū)域地層連通性好，注水井受效明顯，目的層承壓能力低，容易出現(xiàn)漏吐現(xiàn)象，由此加大了固井難度。為此，筆者對(duì)大斜度井固井技術(shù)在冀東油田南堡1－2號(hào)和1－3號(hào)人工島施工中的應(yīng)用情況進(jìn)行了探討，以便為油田開(kāi)發(fā)提供幫助。

1 施工難點(diǎn)

1）巖屑易堆積清除困難，增加了施工風(fēng)險(xiǎn)。大斜度井鉆屑在上返過(guò)程中，由于受重力作用影響，鉆屑在大斜度（40～60°）井段易堆積形成巖屑床［1］。固井過(guò)程中，當(dāng)黏稠的水泥漿經(jīng)過(guò)該井段時(shí)，把堆積的巖屑托舉上來(lái)，易在環(huán)空截流面積小處造成蹩堵，引發(fā)井漏并影響固井施工安全。過(guò)厚的巖屑床容易形成鍵槽和臺(tái)階，也危害到套管串的安全下入，增加了下套管過(guò)程中井下發(fā)生復(fù)雜情況的風(fēng)險(xiǎn)［2］。另外，大段巖屑帶夾在水泥漿和井壁之間也會(huì)影響固井質(zhì)量。因此，保持井眼清潔對(duì)大斜度井固井施工非常重要。

2）套管柱易偏心，頂替效率難以保證。在大斜度井中，由于拉力和重力的作用，套管總是偏向井眼的上井壁或下井壁從而形成套管柱偏心，窄邊處流動(dòng)阻力大，泥漿不易被替除干凈，易形成滯留區(qū)，水泥漿在頂替過(guò)程中與滯留的泥漿形成混漿，這樣延長(zhǎng)了水泥漿的稠化時(shí)間，加大了油氣竄的機(jī)率，同時(shí)形成的混漿凝固后水泥石強(qiáng)度低，給后期開(kāi)發(fā)留下隱患。因此，如何確保套管柱的居中度，提高頂替效率至關(guān)重要。

3）泥漿中混入原油，常規(guī)沖洗液無(wú)法滿足要求。南堡1－2和1－3號(hào)人工島大斜度井在鉆進(jìn)過(guò)程中為了解決定向托壓?jiǎn)栴}，在三開(kāi)泥漿中混入7%左右的原油，雖然解決了定向困難問(wèn)題，但增加了固井難度。由于常規(guī)沖洗液洗油效果不佳，附著在套管壁和井壁的油污難以被洗凈，殘余油污形成的油膜會(huì)影響2個(gè)界面的膠結(jié)質(zhì)量。

4）油氣比較高，要求水泥漿具有一定的防氣竄能力。南堡1－2號(hào)人工島平均油氣比約為500m3／t，南堡1－3號(hào)人工島平均油氣比600～800m3／t，具有一定氣井的特征，需要水泥漿性能在滿足大斜度井固井水泥漿性能要求的條件下還要具備一定的防氣竄能力，確保水泥漿在后凝過(guò)程中環(huán)空不發(fā)生氣竄。

5）存在漏吐問(wèn)題，工藝措施難以實(shí)現(xiàn)。南堡1－2號(hào)人工島開(kāi)發(fā)目的層為館陶組，屬于高孔中－高滲地層，上部為大段玄武巖，裂隙發(fā)育，底部為含礫不等粒砂巖。多口井下完套管后發(fā)生漏失，停泵后回吐，且堵漏效果不明顯。該漏失類型的井壓力窗口窄，在施工過(guò)程中泥漿漏入地層，壓耗消失后返吐，返吐回來(lái)的流體與水泥形成混漿影響固井質(zhì)量，并形成油氣竄流通道。南堡1－3號(hào)人工島漏失發(fā)生在上部井段，經(jīng)過(guò)反復(fù)堵漏，地層承壓能力有所提高，但仍無(wú)法滿足常規(guī)工藝措施要求。

2 具體施工措施

2.1 強(qiáng)化井眼準(zhǔn)備

1）采用強(qiáng)剛性鉆具組合通井。通常做法如下：牙輪鉆頭＋212mm螺旋扶正器＋2～3根165mm鉆鋌＋210mm螺旋扶正器＋1～2根165mm鉆鋌＋加重鉆桿＋鉆具，下鉆至狗腿大或阻卡井段反復(fù)劃眼、短起直至消除阻卡點(diǎn)，上述作業(yè)一方面能夠修整井壁，破壞局部狗腿或臺(tái)階，另一方面可以破壞巖屑床，為套管順利下入創(chuàng)造條件。

2）重漿攜帶沉砂，清除巖屑床。強(qiáng)剛性鉆具組合下鉆到底后，過(guò)20m3重塞（密度1.55～1.60g／cm3）。同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)井內(nèi)鉆具，通過(guò)二維和三維流動(dòng)剖面分析，發(fā)現(xiàn)環(huán)空中有一股異?！吧淞鳌笨梢园雁@屑由井眼低端驅(qū)走，這是當(dāng)鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的“拖拽力”和重塞的重力變化引起的“吸引力”結(jié)合在一起時(shí)，就出現(xiàn)了這種“射流”，其流過(guò)環(huán)空狹窄區(qū)域能洗刷井眼的低端，并且加重鉆井液產(chǎn)生更高的浮力，亦有助于驅(qū)動(dòng)井眼中的鉆屑和淤泥［3］。循環(huán)過(guò)程保持鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)，直至重塞返出井口，通過(guò)振動(dòng)篩除掉鉆屑，從而達(dá)到清潔井眼的目的。

3）井眼進(jìn)行動(dòng)態(tài)承壓，模擬固井施工過(guò)程。針對(duì)曾出現(xiàn)過(guò)漏失的井，在通井階段要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)承壓，模擬固井施工過(guò)程。根據(jù)電測(cè)井徑卡算，按環(huán)空上返速度達(dá)到1.1～1.2m／s的排量循環(huán)3～4周，檢驗(yàn)井眼的承壓能力。此外，在替漿過(guò)程中，起壓后適當(dāng)降低頂替排量，以減小漏失風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。對(duì)于出現(xiàn)又漏又吐的井，由于其漏失量一般不大，可以通過(guò)尋找漏失平衡點(diǎn)下的循環(huán)排量，采取塞流強(qiáng)行固井。

2.2 提高套管居中度

大斜度井中套管串在重力作用下容易形成管柱偏心，試驗(yàn)結(jié)果表明，要從環(huán)空窄邊間隙中把鉆井液充分驅(qū)走，套管與井壁的居中度必須大于67%（居中度＝ ［W／（Rh－Rc）］×100%。其中，Rh表示井眼半徑；Rc表示套管半徑；W 表示套管與井眼之間的間距［3］）。因此，合理選擇剛性扶正器和安放位置，對(duì)于提高大斜度井頂替效率具有重要作用。剛性扶正器選擇鋁合金旋流扶正器而非鑄鐵滾輪剛性扶正器，因?yàn)榍罢哂懈玫母淖兙植苛鲌?chǎng)并實(shí)現(xiàn)紊流頂替的作用，彈性扶正器則選擇雙弓彈性扶正器，具體內(nèi)容如表1所示。通過(guò)相關(guān)軟件模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)套管居中度均大于67%時(shí)，環(huán)空鉆井液在頂替過(guò)程中能全部參與流動(dòng)。

表1 扶正器選型及加法

2.3 提高界面膠結(jié)質(zhì)量

常規(guī)沖洗液無(wú)法將套管壁和井壁上附著的油污清除干凈，使用驅(qū)油型沖洗液效果的更好，該驅(qū)油型沖洗液能有效改善界面親水性能，使固井表面產(chǎn)生潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)效果，與水泥環(huán)膠結(jié)良好，且與鉆井液有良好的相容性，洗油效率高（見(jiàn)表3）。

表3 驅(qū)油型沖洗液洗油效率評(píng)價(jià)表

2.4 實(shí)現(xiàn)壓穩(wěn)和防竄雙重目標(biāo)

南堡1－2和1－3號(hào)人工島在實(shí)際考慮壓力平衡時(shí)采取如下舉措：①控制油氣上竄速度小于15m／h；②嚴(yán)格控制水泥漿密度差，確保整個(gè)環(huán)空液柱壓力傳遞的持續(xù)性；③在漿柱設(shè)計(jì)中，速凝失重時(shí)大于地層壓力2MPa以上。④施工結(jié)束后，關(guān)閉井口環(huán)空加壓3MPa

或關(guān)井后凝。⑤后凝期間，周圍注采井停注停采。此外，南堡1－2和1－3號(hào)人工島在水泥漿體系調(diào)整方面主要做了以下調(diào)整：一是設(shè)計(jì)低密度水泥漿；二是在不改變?cè)兴酀{性能基礎(chǔ)上加入早強(qiáng)劑M53S。使用低密度水泥漿有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①利用低密度水泥漿初始稠度較高、密度大于鉆井液密度的特點(diǎn)，當(dāng)?shù)兔芏人酀{進(jìn)入環(huán)空后能產(chǎn)生一種托舉效果，將井眼中沉沙和虛泥餅帶上來(lái)，進(jìn)一步改善井眼環(huán)境，提高膠結(jié)質(zhì)量；②低密度水泥漿含有漂珠，對(duì)于低壓易漏層有一定的封堵能力，能夠降低低壓層漏失的風(fēng)險(xiǎn)，確保返高滿足完井要求；③低密度水泥漿稠化時(shí)間較長(zhǎng)，能夠長(zhǎng)時(shí)間對(duì)環(huán)空進(jìn)行壓力的補(bǔ)償。加入早強(qiáng)劑M53S則主要是為了縮短水泥漿稠化時(shí)間，增加水泥石早期強(qiáng)度，降低油氣竄的風(fēng)險(xiǎn)。

2.5 優(yōu)化漿柱結(jié)構(gòu)和施工參數(shù)

針對(duì)漏吐并存類型井，在固井施工設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)慎重考慮，主要從以下幾個(gè)方面著手：①尋找漏失平衡壓力。循環(huán)過(guò)程中，找準(zhǔn)漏失平衡點(diǎn)下的循環(huán)排量，固井設(shè)計(jì)中參考該循環(huán)排量下的液柱壓力和立壓。另外，施工前，盡量讓地層回吐，施工過(guò)程中，施工壓力控制在平衡壓力以內(nèi)，確保施工過(guò)程中不發(fā)生漏失。②漿柱結(jié)構(gòu)采用低密度＋常規(guī)水泥漿，緩凝水泥漿少打，多打低密度水泥漿，這樣能夠盡量降低井底液柱壓力，減小漏失風(fēng)險(xiǎn)。③優(yōu)化施工參數(shù)。漏吐地層壓力窗口窄，一般達(dá)不到紊流頂替條件下的環(huán)空返速要求，在頂替流態(tài)的選擇上應(yīng)避開(kāi)層流而選擇塞流，因塞流環(huán)空返速低，壓耗小，有利降低漏失風(fēng)險(xiǎn)。④施工前，確認(rèn)無(wú)回流后才能開(kāi)始施工。施工結(jié)束后，應(yīng)迅速關(guān)閉井口候凝，不進(jìn)行環(huán)空加壓。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

南堡13－1502井完鉆井深4460m，是一口三開(kāi)定向井，造斜點(diǎn)338m，最大井斜62。，垂深2731m，井底位移3265m，油頂4050m，油底4310m，返高3900m。當(dāng)鉆進(jìn)至井深3895m發(fā)生漏失，漏速2m3／h，累計(jì)漏失42.3m3。經(jīng)過(guò)2次堵漏，后續(xù)鉆進(jìn)過(guò)程中，未再次出現(xiàn)漏失。

3.1 井眼準(zhǔn)備工作

采用通井鉆具組合：牙輪鉆頭＋?212mm螺旋扶正器＋1柱鉆鋌＋?210mm螺旋扶正器＋加重鉆桿＋鉆桿。稀重漿攜帶沉砂時(shí)，先過(guò)20m3密度1.24g／cm3、黏度40s稀漿，再用20m3密度1.55g／cm3的重漿清掃井眼，過(guò)段塞時(shí)應(yīng)保持井內(nèi)鉆具旋轉(zhuǎn)。

3.2 固井施工情況

固井施工具體內(nèi)容如下：①固井前試壓20MPa，穩(wěn)壓30min，地面管線應(yīng)不刺不漏。②注前導(dǎo)漿25m3（密度1.23g／cm3）；BCS－110L前置液9m3（占環(huán)空高度300m）；共注入水泥漿31m3（1.50g／cm3水泥漿13m3；1.90g／cm3緩凝水泥漿6m3；1.90g／cm3速凝水泥漿12m3。③注入 KYS－1后置液3m3，起壓前替漿排量2.1～2.2m3／min，起壓后控制泵壓不超過(guò)11MPa逐漸降低排量，防止井漏，共替漿50.2m3，碰壓由11MPa碰至14MPa。④固井施工過(guò)程返出正常，碰壓后環(huán)空加壓3MPa，24h后測(cè)聲波幅值，發(fā)現(xiàn)油層段高密度水泥漿曲線幅度值小于15%且基本沒(méi)有套管波，說(shuō)明水泥膠結(jié)質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)［3］，從而取得了良好的固井施工效果。

4 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

1）大斜度井井眼清潔非常重要，不僅關(guān)系到套管串的安全下入和施工安全。另外，大段的巖屑床還會(huì)在井壁和水泥漿環(huán)之間形成“夾層”，影響膠結(jié)質(zhì)量，并留下油氣竄通道。為此，可以采用重漿＋轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具模式，其井眼清潔效果好，在實(shí)際施工過(guò)程中未出現(xiàn)套管下不到位、蹩堵等現(xiàn)象。

2）針對(duì)氣油比高的大斜度井，在水泥漿性能選擇上，除滿足大斜度井固井技術(shù)指標(biāo)外，還應(yīng)考慮其防竄性能。在未使用防竄水泥漿體系的條件下，應(yīng)拉大速凝和緩凝水泥漿稠化時(shí)間差、加入早強(qiáng)劑和多打低密度水泥漿，這在一定程度上能起到提高固井質(zhì)量的效果。

3）對(duì)于漏吐并存類型大斜度井，目前在井眼準(zhǔn)備、漿柱結(jié)構(gòu)和施工參數(shù)優(yōu)化以及水泥漿體系選擇上研究力度不夠，今后應(yīng)進(jìn)一步加以完善。

［1］ 馬永峰 .大斜度井保持井眼清潔的有效方法 ［J］.鉆井液與完井液，2003，20（5）：54－56.

［2］ 王文廣，翟應(yīng)虎，黃彥，等 .冀東油田大斜度井及水平井巖屑床厚度分析 ［J］.石油鉆采工藝，2007（29）：5－7.

［3］ 陶世平 .提高大斜度井固井質(zhì)量的方法 ［J］.鉆井液與完井液，1996，16（4）：15－18.