9—5/8″技術套管旋轉固井技術在中海油的首次成功應用

李虎成+王小勇+郭楨有+楊可三+羅鑄

【摘 要】9-5/8″技術套管固井傳統做法是采用一維軸向頂替方式，存在水泥漿走高邊，低邊沖洗困難，頂替效率低，固井質量較差，定向井尤其明顯，井筒完整性很難保障。為了解決此該問題，9-5/8″技術套管旋轉固井工藝技術在潿洲某油田鉆完井作業過程中被首次提出并成功實施，為中海油首次。本文主要從9-5/8″技術套管旋轉固井工藝的原理、優點及限制條件等方面詳細介紹，9-5/8″技術套管旋轉固井是通過以下幾個措施來實現的：選用高抗扭套管保證旋轉情況下套管串的有效性，利用頂驅下套管工具（CRT）對套管串施加動力，通過軟件模擬計算合理加裝套管扶正器降低套管串摩阻。結果表面，9-5/8″技術套管旋轉固井工藝技術能夠改變環空流態，改善沖洗效果，提高頂替效率和固井質量，保障井筒完整性。

【關鍵詞】9-5/8″技術套管；頂替效率；旋轉固井；固井質量；井筒完整性

【Abstract】9-5/8" casing cementing traditional method is to use the one-dimensional axial displacement method， existing cement slurry high side， low side flushing difficulty， low displacement efficiency， poor cementing quality， especially directional wells， wellbore integrity is difficult to guarantee. In order to solve this problem， the rotary 9-5/8 technology-casing cementing technology in Weizhou X Oil Field drilling process was first proposed and implemented successfully in CNOOC. This article mainly from the principle of "the rotary 9-5/8 technology-casing cementing technology， the advantages and limitations. A detailed introduction to The Rotary 9-5/8 Technology-Casing Cementing is realized through the following measures： the high torsional casing ensure the effectiveness of the case on the rotary casing， the top drive casing tool （CRT） is applied to dynamic， simulation software of casing string， through the reasonable installation of casing centralizer friction reduction of casing string. The surface of The Rotary 9-5/8 Technology-Casing Cementing Technology can change the annulus flow， improve washing effect， improve the displacement efficiency and cementing quality， ensure wellbore integrity.

【Key words】9-5/8 "casing； Displacement efficiency； Rotation cementing； Cementing quality； Wellbore integrity

0 引言

旋轉套管串固井是目前較先進的新工藝之一，在固井施工過程中利用地面動力源提供持續扭矩使套管串連續轉動，能夠改變環空流態，改善沖洗效果，提高頂替效率和固井質量，保障井筒完整性。但是，受限于套管本身抗扭強度、套管串摩阻大、地面動力源施加持續扭矩方式，以往作業過程中，9-5/8″以及更大尺寸套管一直無法實現旋轉套管串固井。在潿洲某油田鉆完井作業過程中，緊緊圍繞受限因素，打破常規，開拓創新，在中海油首次成功實現9-5/8″技術套管旋轉固井，是一次成功創新實踐，也是固井技術的進步，更是固井理念飛躍。

1 基本情況

潿洲某油田某井完鉆井深4916m，從130m開始造斜至1050m，60°井斜穩斜段長達3500m，是一口較深的大位移井，技術套管井段使用油基鉆井液。本井目的層存在高壓，因此9-5/8″技術套管需要盡量下深封固常壓地層至4135m，且固井質量要求良好，以保證管鞋處高承壓，為目的層井段留夠壓力窗口。該井井斜大，穩斜段長，9-5/8″技術套管躺在井筒低邊，單靠一維軸向驅替無法將低邊的油基鉆井液頂替干凈，從而影響了水泥膠結質量，造成管鞋承壓無法滿足后續要求，甚至技術套管環空帶壓等后果。為了解決存在的問題，保證固井質量，在該油田成功實施9-5/8″技術套管旋轉固井工藝技術，實施效果理想，該技術在中海油尚屬首例。

2 9-5/8″技術套管旋轉固井技術

具體作業流程如下：9-5/8″技術套管下到位后，采用常規固井水泥頭完成沖洗液、隔離液、首尾水泥漿的泵入及底塞、頂塞的投放，根據計算當頂替至套管內外壓差平衡或者底塞到達浮箍位置時，拆下常規固井水泥頭，接上頂驅下套管工具（CRT），繼續頂替的同時保持套管串旋轉，套管環空產生螺旋流給井壁增加周向剪切驅動力，提高頂替效率，保證水泥漿膠結質量。endprint

2.1 固井關鍵點

（1）油基鉆井液對水泥漿性能影響極大，因此減少水泥漿受污染是保證固井質量的基礎。

（2）大位移長裸眼段井下套管風險高。大位移井穩斜段長，井斜大，套管摩阻大，井眼低邊易形成巖屑床，下套管極易出現遇阻、無法下到位等情況。

（3）旋轉套管串扭矩大，對套管串抗扭強度要求高，需要根據模擬的扭矩選擇合適的套管。

（4）套管扶正器類型及安放數量的選擇。套管扶正器主要有剛性扶正器和彈性扶正器，大位移井低邊受力較大，彈性扶正器容易變形受損，影響套管居中度，需選擇剛性扶正器。通過軟件模擬計算確定合適的扶正器安放數量和位置，做到能夠將套管與井壁的線接觸變成點接觸，降低套管摩阻，提高套管居中度，利于套管的下放、旋轉及頂替效果。

（5）頂驅下套管工具（CRT）的技術要求及使用。CRT抗拉強度、憋壓能力及最大可施加扭矩必須滿足作業要求，另外CRT不具有投放膠塞功能，須配合常規固井水泥頭使用，待膠塞投放完，拆掉水泥頭，接上CRT工具進行開泵頂替并旋轉套管串。

2.2 扶正器安放設計

通過Landmark軟件模擬計算，每2～3根套管安放1個扶正器套管串懸重最大，有利于套管下入，為了保證管鞋以上的固井質量，且減小套管串旋轉扭矩，該井裸眼段每2根套管安放1個扶正器，套管內每3根安放1個扶正器至600m（直井段）。扶正器能夠減小下套管摩阻，減小套管與井壁接觸面積，降低旋轉套管扭矩，提高套管居中度，螺旋形扶正器有利于水泥漿產生螺旋流，改善環空流場，提高水泥漿頂替效率。

2.3 摩阻扭矩分析

摩阻扭矩分析需要先確定摩阻系數，摩阻系數得選取是通過現場在起鉆前或者通井期間記錄不同深度下的大鉤懸重、扭矩，根據井眼軌跡、鉆井液性能、鉆具組合等資料反算得到。該井通過通井鉆具測得的相關參數，利于Landmark軟件反算得到套管內及裸眼段的摩阻系數，根據套管串結構、扶正器安放數量及位置，模擬計算9-5/8″技術套管下到位后旋轉扭矩43000ft.lbs（實際旋轉扭矩45000ft.lbs左右），上提懸重320噸（實際上提330噸），本次選擇的BEAR扣套管，最大抗扭強度46000ft.lbs，CRT最大施加扭矩50000ft.lbs，最大上提500噸，各參數均在工具作業能力范圍內，為旋轉固井施工可以實現創造了條件。

2.4 水泥漿設計

固井方式為單級首尾漿封固，首漿采用般土水泥漿體系，尾漿采用聚合物增強水泥漿體系，尾漿附加20%，尾漿配方為：38%F/W +0.5%PC-X60L+1%PC-F41L+4%PC-G80L +6%MicroBlock+1.5%PC-B10+0.3%PC-H21L+100%"G"級水泥。采用油水雙效沖洗液，實現油基環境下潤濕反轉，達到有效沖洗及隔離作用，提高水泥漿頂替效率。水泥漿性能見表1。

前置液及頂替排量設計。考慮充分保證紊流接觸時間，提高沖洗效果，同時考慮控制循環ECD不超過鉆進時最大ECD值，通過固井軟件模擬得到，前置液泵入量為150bbls，占環空高度735m，頂替排量采用高低雙速頂替，高速2250L/min排量，低速750L/min。

2.5 頂驅下套管工具CRT

下套管前，通過變扣將CRT與頂驅方保連接，由頂驅提供旋轉動力，CRT自帶一套液壓控制系統，控制CRT中的液壓卡盤錨定套管，從而實現套管上下活動、頂驅驅動套管旋轉。同時CRT自帶密封，可實現套管內與頂驅水龍帶連接，隨時可開泵循環。旋轉固井施工就是在常規水泥頭完成水泥漿泵入及膠塞的投放工作后，當套管內外壓差平衡即可拆水泥頭，換CRT工具進行旋轉、上下活動、循環頂替。

3 現場應用及效果

3.1 現場施工過程

套管串順利入井，由于該井較深，模擬計算旋轉扭矩較大，實施過程中在套管抗扭強度（46000ft.lbs）內無法定點旋轉，因此采用上下活動套管，下行過程中旋轉的模式進行循環。以2250L/min排量循環，套管下放過程中控制扭矩不超過46000lb.fts，轉速10rpm旋轉套管串。

停泵后接常規水泥頭倒固井流程，按常規單級固井方式泵入油水雙效沖洗液150bbls，停泵投入底膠塞并壓膠塞，泵入密度為1.58g/cm3的首漿276.6bbls和密度為1.90g/cm3的尾漿181.5bbls，投入頂膠塞并壓膠塞。

以2250L/min排量高泵速頂替73.5方時（頂替75方時底塞接觸浮箍），停泵拆水泥頭，接頂驅CRT工具，繼續以相同排量頂替至擊穿底塞后開始上下活動套管，下行以10rpm轉速旋轉套管，期間控制扭矩不超過46000lb*fts。首尾漿出管鞋時保證套管處于底部，防止水泥漿污染影響固井質量。整個頂替過程中返出及泵壓變化正常，碰壓正常。

3.2 固井質量

本次9-5/8″技術套管未進行通過固井質量測井評價，但從下一開做地漏試驗以及后續生產過程中環空壓力情況分析判斷，9-5/8″技術套管旋轉固井非常成功，固井質量良好。

4 結論

（1）對大斜度井實施旋轉套管固井，必須強化井眼準備工作。有效清除井底巖屑床，保證井眼清潔；定向井軌跡要平滑，杜絕出現大狗腿；鉆井液性能良好，避免出現井壁失穩、井下漏失、泥餅虛厚形成“假縮徑”等情況，確保井況良好；井壁要盡量規則，避免出現大肚子、大臺階。

（2）借助相關軟件反算鉆具摩阻系數，結合套管串結構模擬下套管懸重、旋轉扭矩；以此來選擇合適的套管扣型、材質，評估旋轉固井方案是否可行。

（3）套管扶正器安放及固井頂替排量設計要借助固井軟件模擬。從經濟型及效果考慮，選擇最佳扶正器安放方案；固井頂替排量在ECD滿足要求的情況下盡可能高，以提高頂替效率。

（4）頂驅下套管工具（CRT）要保證狀態良好，頂替過程中要確保密封有效，旋轉固井施工中使用CRT要考慮套管內外“U”形管效應。

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[責任編輯：朱麗娜]endprint