川西地區(qū)超深井注水泥塞技術(shù)實(shí)踐

王德坤

中國石油川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司固井公司

0 引言

近年來隨著川西地區(qū)勘探開發(fā)力度加大，鉆井復(fù)雜情況越來越多，特別是進(jìn)入深部地層發(fā)生壓差性井漏，損失大量鉆井液，甚至花數(shù)十天都依然無法處理。后期通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)注水泥塞作業(yè)能夠有效解決井漏、垮塌等井下復(fù)雜，并取得良好效果。但由于注水泥塞作業(yè)具有偶發(fā)性，在固井施工中常被劃入“零星作業(yè)”，不被重視，若措施不當(dāng)，往往在作業(yè)后不能形成有效的水泥塞，嚴(yán)重者還可能造成“高塞”或“插旗桿”事故，讓本身復(fù)雜的井筒變得更加復(fù)雜化。尤其是超深井注水泥塞作業(yè)更須高度重視，并根據(jù)井下情況、注塞目的來確定注塞作業(yè)方案、水泥漿漿體、地面施工方案，實(shí)現(xiàn)安全有效作業(yè)。而川西地區(qū)近幾年在雙魚石、雙探、九龍山及平落壩等構(gòu)造的超深井井段擠注水泥塞作業(yè)不斷增多，僅2019年至今，超過6 000 m的深部注水泥塞作業(yè)就達(dá)30余井次，具有很高的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)性,高溫高壓超深井中的小井眼復(fù)雜井段的注水泥技術(shù)就顯得尤為重要。

1 超深井注水泥塞關(guān)鍵配套技術(shù)

川西區(qū)域超深井注水泥塞中鉆井液污染、沖洗、升溫快、流阻大、壓差大及失水等一系列問題非常突出?，F(xiàn)場作業(yè)時(shí)，下列措施成為目前現(xiàn)場應(yīng)用的關(guān)鍵配套技術(shù)。

1.1 基礎(chǔ)資料收集

充分了解注水泥塞的目的、封固井段、鉆井液體系及性能、油氣水顯示、上竄速度、漏層及漏失情況、復(fù)雜地層、井身結(jié)構(gòu)、注水泥塞鉆具組合、鉆井隊(duì)設(shè)備、循環(huán)參數(shù)等情況，為方案設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確依據(jù)[1]。

1.2 注水泥方式優(yōu)選

根據(jù)注水泥塞目的并結(jié)合井下情況，選擇合理的注水泥塞方式，目前平衡注塞法在川西地區(qū)運(yùn)用較多。

1.3 注水泥塞設(shè)計(jì)

(1)水泥漿量設(shè)計(jì)。在保證安全的情況下適量增大水泥漿用量，以彌補(bǔ)計(jì)量不準(zhǔn)確和混漿對(duì)水泥石強(qiáng)度的影響。

(2)認(rèn)真進(jìn)行壓力平衡計(jì)算。對(duì)平衡水泥塞而言，原則上要保證替漿結(jié)束后鉆具(或油管)內(nèi)液柱壓力略高于環(huán)空液柱壓力，井內(nèi)液柱壓力略高于施工前液柱壓力。

(3)HSE要求。針對(duì)健康、安全、環(huán)保等要求，提出具體措施。

(4)井控措施設(shè)計(jì)。分別給出注水泥塞前、注水泥塞過程中、候凝期間的井控要求及措施。

1.4 水泥漿體系優(yōu)化

目前川西地區(qū)以抗高溫防竄水泥漿體系為主，對(duì)超深井小鉆具水泥塞而言，水泥漿不僅具有低失水、析水等優(yōu)點(diǎn)外，還需具有良好流動(dòng)性、沉降穩(wěn)定性，防止起鉆時(shí)水泥漿在小鉆具內(nèi)不下滑，同時(shí)還要防止出現(xiàn)只考慮施工安全而忽視注塞效果的情況，擅自加大高溫緩凝劑的用量，導(dǎo)致水泥漿超緩凝[4]。川西區(qū)域深井水泥塞典型井水泥漿配方見表1所示。

表1 川西區(qū)域深井水泥塞典型井水泥漿配方選擇

1.5 相容性

根據(jù)水泥漿與鉆井液的相容性設(shè)計(jì)隔離液，隔離液在滿足“三壓穩(wěn)”原則下，能有效相容，滿足施工安全要求，即在水泥漿∶鉆井液∶隔離液=7∶2∶1情況下稠化時(shí)間≥注替到位時(shí)間+鉆具起鉆至安全面的時(shí)間[2]。

1.6 井眼準(zhǔn)備

循環(huán)必須充分有效，確保排除后效且由專人監(jiān)測進(jìn)出口鉆井液密度，差值小于0.02 g/cm3，觀察停泵后壓力情況，若不能回零，要繼續(xù)關(guān)注回吐量；施工前核對(duì)并記錄鉆具上提下放懸重、扭矩等參數(shù)。

1.7 設(shè)備準(zhǔn)備

根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算的施工預(yù)計(jì)最高壓力，選擇滿足與作業(yè)要求相匹配水馬力的施工裝備；如ST6井因計(jì)算施工壓力預(yù)計(jì)高達(dá)42 MPa，井隊(duì)泥漿泵無法滿足頂替要求，改用壓裂車輔助作業(yè)[2]。

1.8 施工準(zhǔn)備

采用批混的方式配注;計(jì)量方式采用儀表+人工計(jì)量+壓力變化+泵沖四種方式相結(jié)合對(duì)比計(jì)量，以人工計(jì)量為基礎(chǔ)，施工前排除影響人工計(jì)量的干擾因素;特殊要求的注水泥塞現(xiàn)場管匯鏈接采用“Y”字型連接并上雙流管計(jì)量;施工前按設(shè)計(jì)流程模擬流體在注替過程壓力變化趨勢(shì)[3-4]。

1.9 現(xiàn)場應(yīng)急處理

超深井施工人員要提高現(xiàn)場應(yīng)急處理能力，施工前做好施工中出現(xiàn)異常情況的應(yīng)急預(yù)案，并做好應(yīng)急技術(shù)交底，施工時(shí)根據(jù)情況靈活、果斷處理[1]。

1.10 候凝監(jiān)控

替漿結(jié)束到位后，迅速則將管柱起到安全位置并循環(huán)洗井一周以上，洗井結(jié)束后再上提一柱(30 m左右)候凝。候凝過程，確保壓穩(wěn)以及候凝時(shí)間達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求方可探鉆水泥塞[5]。

2 ST6井水泥塞施工實(shí)踐

本井為四川盆地雙魚石～河灣場構(gòu)造布置的一口滾動(dòng)評(píng)價(jià)井，完鉆井深8 305 m(層位:棲霞組)。井筒內(nèi)為?127 mm尾管×(5 468.90～8 305.00 m)+(?177.80 mm～193.68 mm)油層套管×(0～5 468.90 m),鉆井液性能:密度2.00 g/cm3，黏度67 s。為上部井段試油創(chuàng)造條件，在7 863～8 224 m井段有11段射孔井段進(jìn)行封堵。準(zhǔn)備在井段7 784～7 600 m注水泥塞。

2.1 施工難點(diǎn)

2.1.1 施工泵壓高

典型的超深井、小鉆具，加之鉆井液和水泥漿密度高、粘切力高，循環(huán)摩阻大，施工前：7 L/s，泵壓28 MPa，且漿體觸變性強(qiáng)，停泵后仍有5 MPa，施工風(fēng)險(xiǎn)大，主要表現(xiàn)：本井?127 mm套管段長，前置液及后置液入井后注替泵壓高，井隊(duì)的泥漿泵工作能力不能滿足替漿42 MPa的高泵壓要求；鉆井液結(jié)構(gòu)力大，導(dǎo)致替漿到位后起鉆速度慢，增加鉆具在高溫井段的風(fēng)險(xiǎn)。再次開泵頂通建立循環(huán)困難，在鉆具起鉆到水泥塞面，因鉆具內(nèi)殘留的水泥漿和鉆井液因靜止時(shí)間長，導(dǎo)致開泵循環(huán)需要較高的推動(dòng)力。

2.1.2 起鉆困難

鉆井液和水泥漿的粘切力高，循環(huán)摩阻大，水泥漿漿體觸變性強(qiáng)，注入的水泥漿在套管內(nèi)的高度長，拔出鉆桿的摩阻和抽汲力大，拔出鉆桿困難。

2.1.3 水泥漿量少

理論水泥塞量1.63 m3，與鉆井液混竄后難以形成有效水泥塞，為確保水泥漿一次性有效成塞，綜合考慮，計(jì)劃注入4 m3水泥漿，水泥漿在高溫下良好性能極為重要[5]。

2.2 注塞前期準(zhǔn)備

鉆具組合：?95 mm銑齒×0.52 m+2A11×DS26轉(zhuǎn)換接頭0.36+?73 mm鉆桿2 388.29 m+DS26×310轉(zhuǎn)換接頭0.83 m+?88.9 mm鉆桿5 394 m=7 784 m。

隔離液配方：50%井漿+40%清水+重晶石+SD80+SD210，密度：2.00 g/cm3。

水泥漿性能及試驗(yàn)情況見表2和表3所示。

表2 ST6井水泥漿試驗(yàn)條件

表3 ST6井試驗(yàn)性能參數(shù)

2.3 施工技術(shù)措施

(1)光鉆具下到油管切割點(diǎn)循環(huán)后，采用平衡法方式進(jìn)行注塞。

(2)施工前循環(huán)2周，充分破除鉆井液結(jié)構(gòu)力，確保進(jìn)出口鉆井液密度差小于0.02 g/cm3。

(3)記錄注塞鉆具在上提、靜止、下放、循環(huán)四種工況下懸重。

(4)水泥漿為加砂加重高溫防竄水泥漿體系，設(shè)計(jì)密度2.05 g/cm3。

(5)施工時(shí)間320 min,設(shè)計(jì)水泥漿稠化時(shí)間360～390 min，實(shí)際水泥漿稠化時(shí)間388 min。

(6)鉆井液與水泥漿直接接觸稠化時(shí)間僅僅57 min/40Bc，為滿足施工安全作業(yè)要求，采用隔離液加沖洗液解決鉆井液與水泥漿相容性問題。設(shè)計(jì)隔離液密度與鉆井液密度一致，數(shù)量：前10 m3，后5 m3，沖洗液(前1.0 m3，后0.5 m3)，并按中石油川慶鉆探固井技術(shù)規(guī)范中尾管固井作業(yè)的要求完成全套相容性試驗(yàn)。

(7)總有效水泥漿量4.0 m3，多余水泥漿采用反循環(huán)返出井口。

(8)頂替到位水泥漿管內(nèi)比管外高50 m。

(9)采用批混方式配注水泥漿，確保水泥漿性能與設(shè)計(jì)一致。

(10)采用壓裂車執(zhí)行頂替隔離液及鉆井液，同時(shí)在起鉆至安全井段后壓裂車完成反循環(huán)洗出多余水泥漿。

2.4 探塞情況

水泥塞頂界7 573.5 m，探塞鉆壓3 t，滿足設(shè)計(jì)要求，注塞成功。

3 結(jié)束語

(1)超深井注水泥塞施工作業(yè)的難度和風(fēng)險(xiǎn)很高，應(yīng)從思想上高度重視，要從施工組織準(zhǔn)備、施工過程、后續(xù)作業(yè)幾個(gè)階段嚴(yán)格把關(guān)，實(shí)現(xiàn)施工安全和確保水泥塞質(zhì)量。

(2)必須準(zhǔn)確掌握井下情況，精準(zhǔn)施策。

(3)提前做好施工預(yù)案，提高施工及指揮人員超深井水泥塞作業(yè)的應(yīng)急處理能力，施工時(shí)出現(xiàn)異常情況能快速果斷處理。