三膠塞固井水泥頭在海上高溫高壓井中的應用

羅黎敏

(中國海洋石油國際有限公司，北京 100027)

三膠塞固井水泥頭在海上高溫高壓井中的應用

羅黎敏

(中國海洋石油國際有限公司，北京 100027)

高溫高壓氣井的固井是一個世界級難題，高溫高壓條件下固井存在水泥漿難以有效壓穩地層、容易發生氣竄等問題，造成高溫高壓井段固井質量差，進而影響井筒完整性，不利于氣田的高效開發。其中一個原因系固井首尾漿不同體系之間相互接觸易發生污染，從而導致水泥漿性能變差，對此通過設計采用了三膠塞固井水泥頭裝置，利用上、中、下3個膠塞有效地將前置液、首漿、尾漿及后置液相互隔開，減少接觸時間和接觸面積，有效地保障了水泥漿的性能，實際應用后固井質量明顯提高，確保了海上高溫高壓井的井筒完整性，為后續高溫高壓井的勘探開發提供了技術基礎。

高溫高壓；三膠塞；固井水泥頭；水泥漿；固井質量

東方13-1氣田是國內首個投產的海上高溫高壓氣田，地處南海北部大陸架西區的鶯歌海盆地中央泥底辟背斜構造帶的西北部，主要目的層為中深層黃流組一段，垂深約2800m，井底溫度141℃、地層壓力53MPa，壓力因數高達1.96[1,2]。前期探井作業中存在地層壓力高，水泥漿易氣竄而難以壓穩，目的層固井質量差的問題，為確保生產井的井筒完整性，提高固井的封固質量，因此設計了三膠塞式固井水泥頭裝置，避免不同體系類型的水泥漿之間相互污染，從而有效提高了固井質量，為高溫高壓氣田的安全生產提供了保障。

1 高溫高壓井固井難點分析

高溫高壓井有地層壓力因數高、地層溫度高、安全密度窗口窄等特點，由此給高溫高壓井段的固井帶來極大挑戰，高溫高壓條件下固井存在水泥漿難以有效壓穩地層、容易發生氣竄等問題。以東方13-1氣田為例，地層壓力因數高達1.96，固井時極易因水泥漿失重而難以壓穩地層等原因而引起氣竄，嚴重影響固井質量，無法保障后期生產安全。在該地區前期的探井作業中，存在?9in套管固井質量差的問題，導致套管鞋處承壓能力不足，給下一開高溫高壓目的層井段鉆進帶來了困難，而且在地漏試驗失敗，管鞋承壓難以滿足要求之后，需要重新起鉆并下入光鉆桿擠注水泥，這就增加了鉆井周期和費用，不利于切實做好降本增效。

2 三膠塞固井水泥頭的應用

2.1 常規固井工藝措施存在問題

為有效壓穩地層，防止發生高壓氣竄降低固井質量、高溫條件下套管膨脹伸長抬升井口等問題，確保后續氣田安全開發和順利生產，因此在該氣田生產井鉆井施工中應用了全井段水泥首尾漿封固的方式進行固井作業，其中首漿采用低密度高強粉煤灰水泥漿體系，設計相對密度為1.70，而尾漿采用具有“防腐、防竄、防漏、防溫變、防應變”等五防功能的樹脂水泥漿體系，相對密度最高達到2.00，通過設計首尾漿采用不同的水泥漿體系，以達到增強水泥環質量，壓穩地層流體且不發生井漏，以及防止氣竄并降低成本費用的目的[3]。

然而在實際固井過程中，由于首尾漿采用了不同的水泥漿體系，在固井頂替過程中兩種水泥漿處于上下兩個膠塞之間，容易因水泥漿相混而導致其原本性能發生變化，從而造成固井質量變差，環空水泥易氣竄等問題，實際電測固井質量顯示為中等偏差，不利于確保高溫高壓井的井筒完整性。對此，現場人員設計在注入沖洗液及隔離液之后，拆卸掉固井水泥頭或者簡易循環頭，手工投入第一個下膠塞；再重新安裝上固井水泥頭，注入首漿；然后打開第一個擋銷，投入第二個下膠塞，注入尾漿；最后再打開第二個擋銷，投入上膠塞，并進行頂替作業直至碰壓。該方法采用第二個下膠塞有效地隔開了首尾漿，避免了兩者之間的相互污染問題，有利于提高水泥環封固質量，但是固井作業流程較為繁瑣，投塞時間長，倘若水泥漿稠化時間較短，則容易因水泥過早稠化凝固而導致作業失敗，不利于確保固井作業過程的安全及順利，而且會在第一個下膠塞前后形成空氣柱，難以保證水泥環的封固質量。

2.2 三膠塞固井水泥頭現場使用

針對固井工藝措施存在問題，工程技術人員設計出了一種三膠塞固井水泥頭裝置，裝置示意圖如圖1所示[4,5]。在水泥頭筒狀本體的側壁連接有用于注入前置液的洗管線閥門，用于注入水泥漿的第一及第二注水泥閥門，用于注入頂替泥漿替漿閥門，閥門的入口通過管匯連接至固井管線。在下膠塞的下方、底座的上方處設置有一個指示銷，用于觀察判斷水泥頭本體內膠塞是否已經成功下行。

圖1 三膠塞固井水泥頭裝置示意圖

該水泥頭的使用步驟：①在鉆臺上將固井水泥頭裝置吊至已下入井內的套管柱的頂端，通過底座與套管進行連接，將洗管線閥門、第一注水泥閥門、第二注水泥閥門、替漿閥門與固井管線相連接并試壓；②固井管線試壓結束之后，開始固井時，首先打開洗管線閥門，泵注沖洗液及隔離液；③關閉洗管線閥門，打開下釋放擋銷及第一注水泥閥門，泵入首漿，下膠塞在首漿的推動下開始下行；④泵注完首漿之后，關閉第一注水泥閥門，打開中釋放擋銷及第二注水泥閥門，泵入尾漿，中膠塞在尾漿推動下開始下行；⑤泵注完尾漿之后，關閉第二注水泥閥門，打開上釋放擋銷及替漿閥門，泵入泥漿，上膠塞在泥漿推動下開始下行；⑥當泵注到設定的頂替量并碰壓之后，關閉替漿閥門，完成固井作業。

該水泥頭裝置安裝了3個膠塞，有效地將固井前置液、首漿、尾漿及后置液彼此隔開，最大限度地減少相互之間的接觸時間及接觸面積，減少了水泥漿之間的相互污染，從而可以有效提高高溫高壓井的固井質量，同時保證了注水泥作業的連貫性，確保固井作業的安全及順利進行。

3 現場應用效果

三膠塞固井水泥頭裝置在東方13-1氣田開發中初步應用，取得了良好的效果，電測結果(圖2)顯示，某井使用了三膠塞固井水泥頭之后水泥環質量明顯提高，有效地封固了高溫高壓地層，確保了高溫高壓井的井筒完整性，為后期氣田安全生產提供了保障。

圖2 使用三膠塞固井水泥頭前后?9in套管測井聲幅圖

4 結論

1)三膠塞固井水泥頭能夠有效地將前置液、首漿、尾漿及后置液彼此隔開，最大限度地減少不同漿柱之間的接觸時間及接觸面積，減少了漿液的相互污染。

2)三膠塞固井水泥頭在東方13-1氣田開發過程中得到了良好應用，電測結果顯示高溫高壓井段固井質量明顯提高，為后續高溫高壓氣田開發提供了技術基礎。

[1]謝玉洪，黃保家.南海鶯歌海盆地東方13-1高溫高壓氣田特征與成藏機理[J].中國科學(地球科學),2014,44(8):1731～1739.

[2]羅鳴,黃熠,陳良,等.鶯歌海盆地高溫高壓氣井水泥漿研究與應用[J].科學技術與工程,2013,13(36):10899～10902.

[3]楊廣國,穆海鵬,高元,等.活化粉煤灰低密度水泥漿體系研究及應用[J].科學技術與工程,2014,14(17):193～196.

[4]龍祥暉,孫國棟,馬認琦.新型固井水泥頭的研制及應用[J].石油鉆采工藝,2001,23(3):39～40.

[5]周戰云,張一佳,雍潔.分體式雙塞套管水泥頭的設計及應用[J].石油鉆采工藝,2010,32(5): 105～106.

[編輯] 帥群

2016-08-22

羅黎敏(1979-)，男，工程師，現主要從事海上油氣田鉆完井方案設計及作業組織管理工作，luolm@cnooc.com.cn。

TE256

A

1673-1409(2017)7-0053-03

[引著格式]羅黎敏.三膠塞固井水泥頭在海上高溫高壓井中的應用[J].長江大學學報(自科版), 2017,14(7):53～55.