順南區塊超高溫高壓雙級回接固井工藝技術研究

鄭杜建，代紅濤，張晉凱，高劍偉

(1.中國石化石油工程技術研究院 德州大陸架石油工程技術有限公司，山東 德州 253034； 2.中國石化石油工程技術研究院，北京102008)①

順南區塊超高溫高壓雙級回接固井工藝技術研究

鄭杜建1，代紅濤1，張晉凱2，高劍偉1

(1.中國石化石油工程技術研究院 德州大陸架石油工程技術有限公司，山東 德州 253034； 2.中國石化石油工程技術研究院，北京102008)①

針對順南區塊超高溫、超高壓井回接固井質量不理想，整體合格率低的難點，進行了雙級回接固井技術措施及方案的分析。通過研制新型回接插頭、優先水泥漿體系、模擬優化施工參數等措施，有效提高了雙級回接固井質量，防止了氣竄，保證了管串的完整性，為后期完井測試作業奠定了基礎。

固井；超高溫；超高壓；雙級回接

順南區塊位于塔里木盆地塔中I號斷帶下盤，順托果勒低隆與古城墟隆起的結合部位，緊鄰滿加爾坳陷的新區塊，平均完鉆井深7 209 m，其儲層屬于超深、超高溫、超高壓；溫度梯度2.87℃/100 m，地層壓力系數1.2～1.9。順南區塊對于鷹山組下段儲層的井先采用177.8 mm(7英寸)尾管封隔目的儲層，然后再進行套管回接至井口，以提高井控處理和防H2S能力。但是，順南區塊縫洞型氣藏埋藏深，壓力大，氣層活躍難以壓穩，固井時均存在氣竄現象，導致回接固井質量不理想，對后續完井測試施工作業留下了隱患。順南區塊氣竄速度如圖1。

圖1 順南區塊氣竄速度統計

2 技術難點分析

1) 順南區塊前期回接固井大部分井在500～1 000 m井段，固井CBL值在80%左右。例如，順南4井0～700 m測井顯示為自由套管，尾管回接固井質量差，直接影響到后期的完井測試作業。

2) 順南區塊尾管固井結束后先進行五開作業，鉆穿目的層，然后再進行尾管回接。在五開鉆進過程中，套管內壁形成泥餅層與油膜層，從而影響固井質量。

3) 該區塊氣層比較活躍，井筒內溫度高，水泥石在該環境下強度衰減快，對水鉆井液綜合性能要求高。

4) 井口采用芯軸懸掛器坐掛。既要實現回接插頭插入回接筒并下壓一定懸重，又要保證芯軸懸掛器懸掛質量120 t的能力，所以要求回縮距計算的精確性。回接插頭能否順利進入回接筒實現有效密封，保證管串的完整性是固井的關鍵。

3 雙級回接固井技術

3.1 回接插頭優選

3.1.1 常規插頭

該區塊前期主要使用常規回接插頭，回接插頭處的固井合格率20%～40%，插頭處的固井合格率有待進一步提高。常規回接插頭主要由導向頭、循環孔、密封組件、插頭本體及接箍等組成[1]，如圖2所示。

圖2 常規回接插頭

3.1.2 新型回接插頭

優化的加長型回接插頭比常規回接插頭密封總成長1.4 m，密封能力與效果得到進一步提高。新型回接插頭主要由導向頭、密封組件、插頭本體及接箍等組成，如圖3所示。主要技術參數如表1。

圖3 新型回接插頭

本體最大外徑/mm?200本體最小內徑/mm?155回接插頭密封壓力/MPa>35回接插頭插入部分外徑/mm?186回接插頭插入部分長度/m2．25

3.2 高效沖洗液

采用高效前置液沖洗技術，對套管內壁的泥餅及油膜進行強力沖刷，提高第一和第二界面的膠結質量。優化設計沖洗液注入量，增大其與套管內壁的接觸時間[2]。

3.3 水泥漿體系優選

防氣竄水泥漿體系中加入彈性材料，彈性顆粒與納米硅灰混合后形成包裹結構，使水泥環的空間結構與力學性能得到改善，有效提高了水泥環防氣竄能力，同時還增強了抗彎曲性、抗沖擊性、抗衰減性。

3.4 預應力固井

可通過預應力固井技術來減小水泥環總孔隙率、提高抗壓強度[3]，防止水泥環在凝固期間與套管之間產生微間隙，采用二級固井施工結束，在環空加壓候凝的技術措施，提高第一界面膠結質量[4]。

3.5 流體密度差優化

在套管不居中的情況下，一定的密度差能使頂替界面更加穩定，不容易發生竄槽[5]。為了提高固井質量，施工前應對全井筒內鉆井液進行降密度[6]。

4 現場應用

4.1 順南7井基礎資料

順南7井是位于塔中北坡順南斜坡區的一口探井，五開鉆進至目的層油氣上竄速度22.7 m/h。為提高井控處理和防H2S能力，保證后續的完井作業，實施套管雙級回接固井施工。順南7井井身結構如圖4所示。

4.2 磨銑回接筒

1) 銑鞋接觸回接筒頂部時有20 kN遇阻顯示，進入回接筒里面后懸重恢復，到底后實測出回接筒頂深為5 287.85 m。

2) 開始進行磨銑回接筒作業，轉速40 r/min，轉矩5 000 N·m，排量1.0 m3/min，壓力10 MPa。銑鞋到底后加鉆壓10～20 kN，磨銑3 min；重復上術步驟2次。本次旋轉懸掛器的回接在國內屬首次，懸掛器的頂部由于是凹凸不平的轉矩塊，在磨銑時應當控制鉆壓≤20 kN，否則容易憋停頂驅。

3) 磨銑結束后將銑鞋提出回接筒頂部后，大排量循環1周，起鉆檢查磨銑到位。起鉆出井的銑鞋如圖5所示。

圖4 順南7井井身結構示意

圖5 起鉆出井的銑鞋

4.3 壓縮距計算

該井套管頭處采用芯軸懸掛器坐掛，固井結束后既要實現喇叭口處密封，又要保證芯軸懸掛器根據坐掛要求，懸掛120 t。

4.3.1 固井前套管排開鉆井液體積所受的浮力

=1.70×103×9.8×0.024 829×5 287.68=2 187.23

式中：WQ為固井前套管在鉆井液中所受的浮力，kN；ρm為鉆井液密度，kg/cm3；g為重力加速度；Si為第i段回接管柱的底面積，m2；Li為第i段回接管柱長度，m。

4.3.2 固井結束后套管排開流體體積所受的浮力

固井結束后環空流體的密度發生了變化，因此受到的浮力也發生了變化。

=1.90×103×9.8×0.024 829×1 039.96=480.78

式中：WW為固井后套管在尾漿中受到的浮力，kN；ρW為尾漿密度，kg/cm3；Sj為第j段回接管柱的底面積，m2；Lj為第j段回接管柱長度，m。

=1.88×103×9.8×0.024 829×656.81=300.46

式中：WL為固井后套管在領漿中受到的浮力，kN；ρL為領漿密度，kg/cm3；Sc為第c段回接管柱的底面積，m2；Lc為第c段回接管柱長度，m。

=1.80×103×9.8×0.024 829×1 872.66=820.18

式中：WG為固井后套管在隔離液中受到的浮力，kN；ρG為隔離液密度，kg/cm3；Sm為第m段回接管柱的底面積，m2；Lm為第m段回接管柱長度，m。

=1.70×103×9.8×0.024 829×1 718.25=710.75

式中：WZ為固井后套管在鉆井液中受到的浮力，kN；Sn為第n段回接管柱的底面積，m2；Ln為第n段回接管柱長度，m。

固井結束環空不同密度流體所產生的浮力WH為

WH=WW+WL+WG+WZ=2 312.17 kN。

固井前后浮力變化為124.94 kN。

4.3.3 回縮距

管柱受力100 kN的伸縮量為

式中：K為接頭影響系數，取0.85～0.95；L為回接管柱長度，m；E為材料彈性模量，2.059×105MPa；F為回接管柱截面積，cm2；W回接管柱承受拉伸載荷，N。

插頭插入下壓150 kN時：ΔL′=ΔL×1.5=0.53 m

回接時需要的回縮距為

4.4 水泥漿性能

本次回接固井施工采用雙凝水泥漿設計方案。水泥漿嚴格控制失水和稠化時間，讓水泥漿呈“直角”稠化，提高尾漿水泥石初期強度和預防第1界面產生環微間隙[7]。水泥漿稠化曲線如圖6～7所示。

圖6 一級領漿稠化曲線

圖7 一級尾漿稠化曲線

4.5 扶正器安放

套管在井眼中的居中度越高，水泥環在套管周圍分布越均勻，固井質量也就越好[8]。扶正器的優選和安裝間距的優化是提高居中度的重要途徑，通過數值模擬，每間隔20 m交叉安放彈性扶正器和樹酯旋流扶正器，居中度可達到80%左右，居中效果非常好。如圖8。

圖8 居中度曲線

4.6 施工排量優化

由于封固井段較長，套管偏心會帶來頂替液與水泥漿兩相之間混合[9]，為提高固井頂替效率通常采用紊流頂替方式[10]。通過模擬計算，環空流體要達到紊流的流速為1.4 m/s，如圖9～10。

綜上所述，本次雙級回接固井施工壓力設計合理，易于現場施工操作。固井施工過程中漿體的量設計符合要求，固井過程沒有出現真空段，替漿過程中頂替效率能達到100%。

圖9 紊流速度模擬計算

圖10 一級固井壓力模擬計算

4.7 固井施工

一級固井注入隔離液25 m3，密度1.80 g/cm3；注領漿12 m3，平均密度1.89 g/cm3；注尾漿19 m3，平均密度1.89 g/cm3；注壓塞2 m3，密度1.05 g/cm3；頂替加重鉆井液28 m3，密度1.95g/cm3；頂替開孔液8 m3，密度1.05 g/cm3；頂替鉆井液57 m3，密度1.70 g/cm3。頂替到量停泵，憋壓插入回接插頭，放回水檢查插頭密封良好。投重力塞自由下落，芯軸懸掛器懸掛120 t，重力塞到位憋壓8 MPa打開雙級箍循環孔建立循環。

二級固井注入隔離液25 m3，密度1.80 g/cm3；注領漿31 m3，平均密度1.91g/cm3；尾漿27 m3，平均密度1.90 g/cm3；注壓塞2 m3，密度1.05 g/cm3；替鉆井液56.5 m3，密度1.70 g/cm3。到量碰壓13～21 MPa關閉雙級箍，放回水檢查雙級箍關閉良好。二級施工結束后環空憋壓10 MPa候凝。

鉆塞結束后試壓20 MPa，穩壓30 min無壓降，符合設計要求。通過CBL聲幅測井解釋固井質量第一界面優質井段占全井的92.8%，良好井段占全井的90.1%，界面如圖11。

圖11 測井CBL曲線界面

5 結語

1) 雙級回接施工工藝對順南區塊的固井回接提供了設計及施工的參考依據，可進一步推廣應用和優化。

2) 針對勘探開發中不斷出現的新的固井工藝技術難點，需要加強超深井固完井新工具的研制，進一步提高固井質量。

3) 雙凝抗高溫彈塑性膠乳水泥漿體系實現了分段凝固，有效提高水泥環的韌性和強度的衰減。

4) 對于特殊固井工藝的施工，需要提前對工具選型、施工參數等進行數值模擬來指導現場施工，保證施工的順利和連續性。

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Two Stage Tieback Cementing Technological Research for Super High Temperature and Pressure in Shunnan Block

ZHENG Dujian1，DAI Hongtao1，ZHANG Jinkai2，GAO Jianwei1

(1.ShelfoilCompanyofDezhou，PetroleumEngineeringTechnologyResearchInstitute，Sinopec，Dezhou253034，China； 2.PetroleumEngineeringTechnologyResearchInstitute，Sinopec，Beijing102008，China)

According to Shunnan Block ultra high temperature，super high tie-back cementing quality is not ideal，the overall qualified rate is only 33%of the difficulty，and the related two-stage tie-back cementing technology measures and solution analysis.Through researching a new tieback plug and priority cement slurry system，the simulation optimization of construction parameters effectively improve the two-stage tie-back cementing quality to prevent the gas channeling and ensure the integrity of the pipe string，the work laid the foundation for the late completion test.

cementing；super high temperature；super high pressure；two stage tieback

2016-10-05 基金項目：國家科技重大專項“復雜地層固井技術研究”(2011ZX05031-004-002) 作者簡介：鄭杜建(1985-)，男，四川達州人，工程師，主要從事石油固完井工具及工藝研究，E-mail：zdj@shelfoil.com。

1001-3482(2017)02-0069-05

TE925.2

A

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.02.016