柴達(dá)木盆地冷探1井尾管懸掛器丟手異常固井實(shí)踐

費(fèi)中明 高飛 蔣世偉 孔哲 楊增民 田寶振

中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司

冷探1井是青海油田部署在柴達(dá)木盆地冷湖構(gòu)造帶的一口風(fēng)險(xiǎn)深探井。鉆探目的是探索冷湖五號(hào)深層基巖和侏羅系含油氣性。通過冷探1井鉆探可提升盆地腹部背斜構(gòu)造帶基巖和侏羅系勘探認(rèn)識(shí)，帶動(dòng)該領(lǐng)域勘探整體突破，形成天然氣儲(chǔ)量接替區(qū)，為柴北坳陷侏羅系含油氣系統(tǒng)下步研究和勘探部署提供依據(jù)。因此，冷探1井鉆探的成功與否具有重要的意義。

該井五開?190.5 mm鉆頭鉆至井深5 708.5 m，設(shè)計(jì)下入?139.7 mm套管進(jìn)行尾管懸掛固井。作業(yè)時(shí)?273.05 mm×?139.7 mm懸掛器送入?139.7 mm尾管，期間管串下入、懸掛器坐掛均正常，丟手驗(yàn)證過程中，上提中和點(diǎn)懸重1 150 kN，上提0.24 m自由段后，懸重逐漸增加，最大過提200 kN，鉆具上行1.21 m，未實(shí)現(xiàn)丟手，下步固井注水泥漿作業(yè)無法進(jìn)行。需要順利拔出中心管，保證固井施工安全，同時(shí)對(duì)高壓氣層進(jìn)行有效封隔［1］。如果強(qiáng)行起出套管則存在裸眼段砂卡遇阻的風(fēng)險(xiǎn)，如將尾管懸掛器配套工具起至上層套管內(nèi)則存在套管脫離送入工具致使尾管落井的風(fēng)險(xiǎn)。另外，即便順利起出了尾管，在拆卸時(shí)也可能損壞尾管扣，必須更換懸掛器，同時(shí)再次入井需先通井，增加鉆井周期和施工成本。針對(duì)以上問題，開展了丟手異常處理研究與實(shí)踐。

1 固井難點(diǎn)及對(duì)策

鉆井工程設(shè)計(jì)明確該井屬于一級(jí)井控風(fēng)險(xiǎn)井，固井施工面臨高溫高壓、上層重合段頂替效率低、水泥漿失重、難壓穩(wěn)等一系列難題，對(duì)水泥漿綜合性能要求高，固井難點(diǎn)如下。

(1)水泥漿性能要求高。電測(cè)井底溫度148 ℃，井底壓力101 MPa，要保證水泥石在高溫下的強(qiáng)度不衰減，一次封固段2 506 m，頂部與底部溫度差65 ℃，易出現(xiàn)頂部水泥石強(qiáng)度發(fā)展緩慢的現(xiàn)象，產(chǎn)層5 143.0～5 146.5 m存在高壓氣層，油氣上竄速度高，難壓穩(wěn)，對(duì)水泥漿綜合性能要求高［2］。

(2)鉆井液與水泥漿污染嚴(yán)重。有機(jī)鹽鉆井液與水泥漿接觸后稠化時(shí)間由407 min縮短至15 min，上部?273.05 mm套管與?139.7 mm套管環(huán)容31.94 L/m，受整體施工排量限制，水泥漿在此井段極易發(fā)生竄槽，導(dǎo)致水泥漿與鉆井液直接接觸，影響固井質(zhì)量的同時(shí)給固井施工帶來風(fēng)險(xiǎn)［3］。

(3)井控風(fēng)險(xiǎn)大。儲(chǔ)層發(fā)育高壓氣層，下套管和固井作業(yè)時(shí)井筒鉆井液靜止時(shí)間長(zhǎng)，氣體滑脫上升、地層氣侵污染鉆井液和固井液會(huì)導(dǎo)致溢流、井涌，造成較高的井控風(fēng)險(xiǎn)［4］。

針對(duì)以上難點(diǎn)，提出以下應(yīng)對(duì)思路。

(1)針對(duì)水泥石高溫強(qiáng)度衰減、頂部水泥石抗壓強(qiáng)度發(fā)展緩慢及產(chǎn)層難壓穩(wěn)等問題，需要優(yōu)選抗高溫衰減劑、緩凝劑及增強(qiáng)材料，采用抗高溫防氣竄水泥漿。

(2)針對(duì)鉆井液與水泥漿污染嚴(yán)重問題，采用先導(dǎo)鉆井液和高效抗污染沖洗隔離液雙重隔離解決相容性差的難題。

(3)針對(duì)井控風(fēng)險(xiǎn)大的問題，以往通常采用“三壓穩(wěn)”的方式，即固井前、固井過程中、固井候凝3個(gè)階段對(duì)地層都處于壓穩(wěn)狀態(tài)。冷探1井由于井下情況不具備壓穩(wěn)條件，采用水泥漿內(nèi)加入防氣竄劑和“三壓穩(wěn)”設(shè)計(jì)。

2 處理方法及過程

2.1 處理方法

施工準(zhǔn)備完成后，開鉆井泵，循環(huán)排量14 L/s，循環(huán)并注入封閉漿，循環(huán)壓力8.2～8.6 MPa。停泵后，下壓至1 100 kN后上提至1 150 kN懸重不變，標(biāo)注上提自由段下限，繼續(xù)上提至1 150 kN懸重上漲位置，標(biāo)注上提自由段上限?？刂七^提50 kN、200 kN、300 kN、350 kN、400 kN，上提靜停 2～3 min，然后下放至原懸重1 150 kN，每次動(dòng)作重復(fù)操作3～4次，進(jìn)行丟手驗(yàn)證。上提至懸重1 550 kN，即過提400 kN，靜停3 min，隨后下放至1 150 kN，再重復(fù)上述操作3次，第4次操作時(shí)，懸重突降至1 150 kN，丟手成功。

注入先導(dǎo)鉆井液25 m3、高效抗污染沖洗隔離液14 m3、抗高溫防氣竄水泥漿領(lǐng)漿28.5 m3、尾漿14 m3，替完鉆井液后，起鉆6柱，正循環(huán)1.5周，再起鉆2柱，關(guān)井憋壓2 MPa候凝。施工過程中未發(fā)生漏失、憋堵等復(fù)雜事故，順利拔出送入工具，施工連續(xù)正常。72 h后測(cè)聲幅，固井質(zhì)量合格，該井?139.7 mm尾管固井實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)層封固目的，順利交井。

2.2 過程分析

通過控制上提載荷，反復(fù)上提靜停下放，觀察懸重，反復(fù)驗(yàn)證，確認(rèn)懸掛器是否丟手成功。?127 mm鉆桿抗拉強(qiáng)度3 230 kN，尾管浮重770 kN，有2 460 kN余量。懸掛器載荷支撐盤承載能力為600 kN，同時(shí)考慮摩阻，控制最大上提載荷在500 kN以內(nèi)，使鉆桿、套管和懸掛器不被拉斷，可充分保證鉆桿、套管和懸掛器結(jié)構(gòu)的安全。

檢查起出后的送入工具，發(fā)現(xiàn)密封芯子帶出了3小片帶有類似螺紋的鐵片，觀察發(fā)現(xiàn)除了防砂罩扶正壓環(huán)的扶正肋有磨損和類似螺紋貼片的擠壓痕跡外，送入工具其他部分完好無異常。判斷該擠壓痕跡為密封芯子帶出的金屬片上的類似螺紋擠壓造成。結(jié)合丟手過程現(xiàn)象，判斷此次丟手異常主要是井下金屬異物卡住防砂罩扶正壓環(huán)造成，過提噸位靜停下放措施成功脫手也驗(yàn)證了這種分析的合理性。

懸掛器丟手及中心管驗(yàn)封情況判斷：開泵，排量14 L/s，循環(huán)壓力8.6 MPa。進(jìn)行反復(fù)丟手驗(yàn)證，自14.20 m下放至12.29 m，放回原丟手位，在此位置反復(fù)上提下放5次，高度1.5 m，上提下放過程無阻卡現(xiàn)象。開泵，排量14 L/s，循環(huán)壓力8.8 MPa，循環(huán)1.5 min。反向憋壓2 MPa驗(yàn)封，井口無回流，壓力1.7 MPa，懸掛器丟手成功，密封有效。

固井前中心管再次密封驗(yàn)證：正常循環(huán)排量為14 L/s，壓力為8.8 MPa，如果中心管密封失效，循環(huán)排量為14 L/s時(shí)，經(jīng)計(jì)算壓力約為3.8 MPa，同時(shí)鉆井液循環(huán)標(biāo)記遲到時(shí)間為180 min。通過循環(huán)觀察壓力排量與中心管解卡前后變化及遲到時(shí)間進(jìn)行推斷，中心管部位密封正常。循環(huán)正常后固井施工前，再次上提下放中心管，當(dāng)下壓超過150 kN，反復(fù)3次，上提時(shí)均有30～50 kN關(guān)卡現(xiàn)象，根據(jù)此情況判斷固井后拔出中心管沒有問題，并加壓8 MPa完成固井作業(yè)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 耐高溫防氣竄固井水泥漿體系

為防止水泥石在高溫下發(fā)生強(qiáng)度衰減［5］，加入高溫增強(qiáng)材料DRB-2S和高溫強(qiáng)度抗衰退劑DRB-3S［6］；為保證高溫下漿體的沉降穩(wěn)定性，加入高溫穩(wěn)定劑DRK-4S和高溫懸浮劑DRY-S2；采用鐵礦粉和微錳雙重加重，改善漿體流變性；優(yōu)選降濾失劑DRF-4S、減阻劑DRS-1S和緩凝劑DRH-3L調(diào)節(jié)水泥漿體的整體綜合性能。

采用雙凝抗高溫防氣竄水泥漿，密度均為2.00 g/cm3，通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化調(diào)整，確定最終水泥漿配方。領(lǐng)漿為嘉華G級(jí)水泥+60%鐵礦粉+30%高溫增強(qiáng)材料DRB-2S+15%石英砂+10%微錳+5%高溫強(qiáng)度抗衰退劑DRB-3S+5%微硅+3%高溫穩(wěn)定劑DRK-4S+3%防氣竄劑DRT-1S+1%高溫懸浮劑DRYS2+2.5%降濾失劑DRF-4S+1.2%減阻劑DRS-1S+3.6%緩凝劑DRH-3L+37%水；尾漿除緩凝劑DRH-3L加量為2.3%，其他材料及加量和領(lǐng)漿一致。

水泥漿漿體流動(dòng)度均為22 cm，領(lǐng)漿稠化時(shí)間407 min，尾漿稠化時(shí)間218 min，濾失量均為45 mL，游離液均為0，沉降穩(wěn)定性均為0(≤0.02 g/cm3)，領(lǐng)漿48 h 頂部抗壓強(qiáng)度16.7 MPa，尾漿48 h 底部抗壓強(qiáng)度25.2 MPa，滿足高溫探井油層尾管固井技術(shù)要求。目前現(xiàn)場(chǎng)主要以環(huán)空不出現(xiàn)帶壓為主，室內(nèi)則以滲透率為依據(jù)或者以流量為依據(jù)。

因該井懸掛器丟手出現(xiàn)異常，為防止后續(xù)再出現(xiàn)丟手復(fù)雜，充分保證處理時(shí)間，將封固段水泥漿量設(shè)計(jì)由下塞100 m+裸眼+重合段+上塞100 m變更為下塞250 m+裸眼+重合段，懸掛器上100 m水泥塞量去掉，同時(shí)裸眼段長(zhǎng)593 m，增加下水泥塞高度150 m，減小環(huán)空水泥漿與隔離液、鉆井液的混竄，保證環(huán)空高壓地層裸眼段的封固質(zhì)量。為避免懸掛器內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常，施工變更為不投鉆桿膠塞，不碰壓，設(shè)計(jì)下塞250 m，以防替空。

3.2 固井前置液體系

針對(duì)鉆井液與水泥漿污染問題，配置先導(dǎo)保護(hù)鉆井液40 m3，固井施工時(shí)注入足夠的隔離液(接觸時(shí)間不少于12 min)以降低水泥漿與鉆井液直接接觸發(fā)生污染的風(fēng)險(xiǎn)。

抗污染沖洗加重隔離液配方為：水+1%懸浮劑DRY-S1+1%高溫懸浮劑DRY-S3+20%加重材料DRW-2S+155%重晶石+1%緩凝劑DRH-2L+8%沖洗液DRY-1L。隔離液密度1.85 g/cm3，沖洗液DRY-1L可起到潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)的作用，提高沖洗效果。

設(shè)計(jì)前隔離液用量14 m3，占整個(gè)裸眼段593 m和上層套管環(huán)空高度390 m，接觸時(shí)間約為17 min；設(shè)計(jì)泵替中心管保護(hù)液13 m3，占套管400 m和送入鉆桿1 000 m，減少拔出中心管后水泥漿與鉆井液的接觸污染。

加入先導(dǎo)保護(hù)鉆井液和隔離液后稠化時(shí)間由原來的15 min延長(zhǎng)至420 min未稠，相容性得到改善。采用先導(dǎo)保護(hù)鉆井液和抗污染沖洗加重隔離液設(shè)計(jì)，避免了鉆井液與水泥漿的直接接觸，提高了施工安全性。

3.3 “三壓穩(wěn)”設(shè)計(jì)及防氣竄水泥漿體系

產(chǎn)層5 143.0～5 146.5 m存在高壓氣層，油氣上竄速度高難壓穩(wěn)，井控風(fēng)險(xiǎn)大。因此采用“三壓穩(wěn)”設(shè)計(jì)：注水泥漿前，井處于不漏不溢狀態(tài)，井底壓力為100.2 MPa，井底當(dāng)量密度1.79 g/cm3；固井過程中，水泥漿和隔離液密度均大于鉆井液密度，同時(shí)存在循環(huán)摩阻，井底當(dāng)量密度大于1.79 g/cm3，井底處于壓穩(wěn)狀態(tài)；固井候凝過程中，尾漿凝固過程中會(huì)失重，尾漿密度由2.0 g/cm3降低至1.07 g/cm3(鹽水密度)，環(huán)空液柱壓力為98.2 MPa，失重2 MPa，不能壓穩(wěn)地層，固井結(jié)束后環(huán)空關(guān)井憋壓2 MPa候凝，待實(shí)際頂部水泥石養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到14 MPa之后(此時(shí)高壓氣層已被封固完好)起鉆，再進(jìn)行下步作業(yè)。

水泥漿內(nèi)加入防氣竄劑，阻止氣體滑脫上升，避免地層氣侵污染。加入3%防氣竄劑的水泥漿濾失量 45 mL，滲透率為 0.006×10?3μm2，靜膠凝強(qiáng)度過渡時(shí)間為6 min，氣竄量為0，達(dá)到了防氣竄劑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)的要求，有效阻止了井下高壓氣體的侵入，降低井控風(fēng)險(xiǎn)［7］。

4 結(jié)論

(1)解決懸掛器丟手異常的方法是通過控制上提力，重復(fù)上提靜停下放，觀察懸重變化，最終丟手成功，可為深井尾管懸掛出現(xiàn)類似丟手復(fù)雜提供解決的思路。

(2)該技術(shù)只適用于有異物硬卡不嚴(yán)重的情況，不適用于懸掛器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理或其他復(fù)雜情況。

(3)為根本解決類似復(fù)雜異常，需從工具本身入手，使懸掛器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理，并在地面試驗(yàn)?zāi)M成功后才可入井，懸掛器入井后要精心操作，防止落物，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行施工。