提高埕海二區(qū)大斜度井固井質(zhì)量對(duì)策研究

李文娟，唐世忠

（中國(guó)石油大港油田公司，天津大港300280）

受地面條件限制，大港油田埕海二區(qū)完鉆井中近一半為大斜度井，大斜度井井斜角大的特點(diǎn)客觀決定了套管固井工藝難度大，固井質(zhì)量難以有效保證。而對(duì)于“海油陸采”的埕海二區(qū)，固井質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到油水井能否正常投產(chǎn)投注、油水井的壽命以及海上油田開發(fā)安全等系列問題。針對(duì)埕海二區(qū)大斜度井開展提高固井質(zhì)量對(duì)策技術(shù)研究，對(duì)于實(shí)現(xiàn)油水井細(xì)分層系精細(xì)開發(fā)意義重大。

1 固井質(zhì)量現(xiàn)狀及難點(diǎn)分析

1．1 固井質(zhì)量現(xiàn)狀

埕海二區(qū)自2008年5月開鉆以來，截至2011年共完鉆36口井，主體采用三開井身結(jié)構(gòu)，三開懸掛Φ139．7mm的尾管。其中大斜度井19口，水平井3口，占總井?dāng)?shù)的61%。完鉆井中有9口井的一、二界面膠結(jié)都較差，全部為大斜度井，占總井?dāng)?shù)的25%。

1．2 大斜度井固井難點(diǎn)分析

難點(diǎn)一：防竄難度大。分析原因有兩個(gè)方面：

（1）大斜度井封固段較長(zhǎng)，水泥漿在固井初期因“失重”而引起高壓油氣層壓不穩(wěn)，油氣竄槽，影響固井質(zhì)量。

（2）井斜角大，水泥漿容易發(fā)生沉降分離，水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量差，達(dá)不到防竄要求。

難點(diǎn)二：頂替難度大。分析原因有三個(gè)方面：

（1）埕海二區(qū)沙一段存在大段泥灰?guī)r，在大斜度井中更容易發(fā)生井壁剝落和坍塌，造成井徑不規(guī)則，影響頂替效率，導(dǎo)致固井質(zhì)量不理想。

（2）大斜度井的套管居中度低，套管偏心后寬間隙的流體先流動(dòng)，窄間隙的流體后流動(dòng)，導(dǎo)致窄間隙的鉆井液頂替不干凈，影響固井質(zhì)量。

（3）大斜度井段和水平井段容易產(chǎn)生巖屑床，為保證井眼清潔，使用了高粘切鉆井液，增加了頂替鉆井液的難度［1］。

2 提高固井質(zhì)量對(duì)策研究

2．1 防止油氣水竄

2．1．1 優(yōu)化固井工藝技術(shù)

考慮到安全環(huán)保問題，要求水泥必須返至上層套管內(nèi)200 m，因此埕海二區(qū)的水泥封固段都較長(zhǎng)，尤其是技術(shù)套管的水泥封固段長(zhǎng)均大于1 500 m。封固段長(zhǎng)帶來的風(fēng)險(xiǎn)是：①造成施工壓力過高，容易壓漏低壓易漏層；②水泥漿在候凝初期“失重”引起高壓油氣層壓不穩(wěn)，油氣竄槽，影響固井質(zhì)量。

針對(duì)埕海二區(qū)水泥封固段長(zhǎng)的問題，完鉆井基本采用雙凝固井工藝，防止地層流體侵入到水泥漿內(nèi)而引起油、氣、水竄槽，從而確保固井質(zhì)量。

2．1．2 優(yōu)選水泥漿體系

2011年開展了低滲聚合物水泥漿的先導(dǎo)試驗(yàn)，優(yōu)選沉降穩(wěn)定性好、防竄性能強(qiáng)的水泥漿體系。

（1）沉降穩(wěn)定性好。常規(guī)水泥漿和低滲聚合物水泥漿的穩(wěn)定性室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，常規(guī)水泥漿的水泥石上下密度差為0．06 g／cm3，低滲聚合物水泥漿的水泥石上下密度差小于0．02 g／cm3，而且析水為0，可見低滲聚合物水泥漿體系的穩(wěn)定性較好。

（2）防竄性能強(qiáng)。一般使用水泥漿性能系數(shù)SPN值的大小來評(píng)價(jià)水泥漿的防竄能力。SPN值與水泥漿稠化時(shí)間、稠化過渡時(shí)間、失水有關(guān)。一般要求水泥漿的稠化過渡時(shí)間小于20 min，能有效地防止發(fā)生油氣水竄。通過統(tǒng)計(jì)可看出（表1），完鉆井的稠化過渡時(shí)間基本都小于20 min，水泥漿的性能系數(shù)SPN值基本也都小于6。采用目前的水泥漿體系防竄性能較好，滿足大斜度井固井防竄需要。

2．2 提高頂替效率

在一口井的井身結(jié)構(gòu)、井斜角、封固段長(zhǎng)一定的情況下，影響頂替效率的主要因素有排量、井徑、鉆井液性能、偏心度［2］。固井基本參數(shù)見表2。

表1 埕海二區(qū)部分完鉆井水泥漿性能系數(shù)

表2 頂替基本參數(shù)

2．2．1 優(yōu)選排量

頂替液的流態(tài)分為塞流、層流和紊流。塞流勻速推進(jìn)，紊流橫向擾動(dòng)，其寬間隙、窄間隙的最大頂替界面相差不大。層流的流速剖面呈尖峰型，造成水泥漿中央突進(jìn)，在井壁處滯留“死鉆井液”，造成頂替不干凈。因此，塞流和紊流更利于提高頂替效率。

注水泥過程中水泥漿為冪律流變模式，將水泥漿的n、K值代入公式［2］可以計(jì)算紊流的臨界排量。通過計(jì)算可以看出（表3），受井眼條件、泵功率的限制，水泥漿頂替過程無法實(shí)現(xiàn)紊流頂替；塞流頂替的速度太慢，發(fā)生油氣水竄的幾率增大，因此現(xiàn)場(chǎng)往往采用層流頂替。引入有效層流的概念，通過計(jì)算達(dá)到有效層流需要的排量可以看出，在現(xiàn)有的設(shè)備和井眼條件下能夠達(dá)到有效層流頂替。

表3 埕海二區(qū)部分完鉆井臨界排量計(jì)算

2．2．2 井眼條件

井徑擴(kuò)大后會(huì)造成死角的鉆井液頂替不干凈，頂替效率降低［3］。若發(fā)生坍塌、掉塊，會(huì)出現(xiàn)大肚子井眼。井徑不規(guī)則，易形成鉆井液滯留區(qū)，而影響頂替效果。

通過選擇合理的鉆井液密度，保證壓力平衡，避免發(fā)生坍塌掉塊而造成大肚子井眼。優(yōu)選鉆井液體系，增強(qiáng)鉆井液的抑制性，保證井壁穩(wěn)定。

2．2．3 鉆井液性能

鉆井液性能見表4、圖1～圖4。隨著鉆井液塑性粘度的增加，頂替效率急劇下降，說明塑性粘度的變化對(duì)頂替效率的影響較大。隨著鉆井液動(dòng)切力的增加，頂替效率先急劇增加后緩慢下降，說明動(dòng)切力在3～6Pa時(shí)，對(duì)頂替效率的影響較大。隨著鉆井液流性指數(shù)的增加，頂替效率先急劇增加后緩慢下降，說明流性指數(shù)控制在一定范圍內(nèi)（0．3～0．7），能夠獲得較高的頂替效率。隨著鉆井液稠度系數(shù)的增加，可泵性較差，頂替效率急劇下降，因此要在滿足鉆井需求的情況下盡量降低稠度系數(shù)才能保證有效地頂替。

表4 埕海二區(qū)完鉆井鉆井液性能參數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖1 塑性粘度對(duì)頂替效率的影響

圖2 動(dòng)切力對(duì)頂替效率的影響

圖3 塑性粘度對(duì)頂替效率的影響

圖4 動(dòng)切力對(duì)頂替效率的影響

2．2．4 套管居中度

由圖5可知，隨著套管偏心度的增加頂替效率減小?？刹捎眉臃稣鞯姆绞綔p少套管的偏心。理論計(jì)算表明，埕海二區(qū)大斜度井穩(wěn)斜段每?jī)筛坠苄枰惭b一個(gè)剛性扶正器才能保證套管居中度符合要求。

圖5 偏心度對(duì)頂替效率的影響

但是扶正器的數(shù)量過多過密，在井眼曲率、方位變化較大的井段，可能會(huì)造成硬卡；另外，套管下入的摩阻大，固井時(shí)環(huán)空壓耗大，造成頂替困難。

為避免扶正器的安放數(shù)量過多，現(xiàn)場(chǎng)一般采用剛性滾輪扶正器與彈性雙弓扶正器交叉使用的方式，保證大斜度井段和水平井段井眼的套管居中度。

3 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）采用稠化過渡時(shí)間短、防竄性能強(qiáng)、沉降穩(wěn)定性好的低滲聚合物水泥漿體系，能夠滿足大港油田埕海二區(qū)大斜度井固井時(shí)的防竄需求。

（2）偏心度對(duì)頂替效率影響較大，采用剛性扶正器和彈性扶正器交叉使用的方式，可保證套管偏心度小于0．3，有利于水泥漿對(duì)鉆井液的頂替。

（3）埕海二區(qū)的大斜度井固井前鉆井液的塑性粘度控制在20～30 mPa·s，動(dòng)切力控制在4～12 Pa，能夠提高水泥漿的頂替效率。

［1］劉崇建，黃柏宗，徐同臺(tái)，等．油氣井注水泥理論與應(yīng)用［J］．北京：石油工業(yè)出版社，2001：393．

［2］李靜，林承焰，王言峰．非牛頓流體頂替機(jī)理研究綜述［J］．鉆井液與完井液，2009，26（1）：75－77．

［3］王斌斌，王瑞和，步玉環(huán)．不同流態(tài)下水泥漿環(huán)空頂替的數(shù)值模擬研究［J］．鉆井液與完井液，2010，27（3）：76－78．