連續(xù)油管注水泥封堵工藝技術探討

樊啟國，陳 恒

(川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業(yè)公司，陜西西安 710018)

目前長慶油田老井逐年增加，隨著安全環(huán)保形勢日益嚴峻，大部分井需要進行治理，同時部分邊緣探井因安全隱患也需要永久封井，近兩年在長慶油田累計完成常規(guī)油管注水泥封堵施工40余井次，采用常規(guī)油管擠封需多次起下管柱、作業(yè)工序繁復、施工周期長、井控風險高。

連續(xù)油管具有尺寸小、柔性好、可帶壓作業(yè)、無需壓井和起出井內管柱、井控風險小、省時高效、對作業(yè)場地的要求低等特點。目前在長慶油田主要應用于通洗井、沖砂、氣舉排液、帶底封拖動壓裂，尚未用連續(xù)油管進行注水泥作業(yè)，但該技術已在國內外成功應用[1-5]。

為此，在借鑒前人施工經(jīng)驗的基礎上，以長慶油田單層油氣井封堵為例進行了連續(xù)油管注水泥可行性分析。

1 連續(xù)油管注水泥技術難點

(1)連續(xù)油管自身內徑較小，在連續(xù)油管內注水泥，摩阻相比常規(guī)油管高，施工泵壓高，對水泥漿降阻性能要求更高；

(2)若施工層位較深，水泥漿量大，泵注時間相對較長，目前常規(guī)水泥漿的稠化時間短，用連續(xù)油管注水泥易引發(fā)“灌香腸”事故，需進一步開展水泥漿的稠化時間研究；

(3)水泥漿自井口運移到作業(yè)層的過程中容易與連續(xù)油管內殘余的隔離液及井筒中的洗井液形成混漿，影響水泥塞強度和施工安全。

2 水泥塞設計

2.1 水泥漿體系優(yōu)化設計

對于長慶氣井，目的層水泥封堵作業(yè)，選擇超細水泥，中部及井口的水泥懸塞，選擇G級水泥。

連續(xù)油管注水泥前，提前計算出注水泥井段的地層溫度，選擇合適的水泥漿體系，確保水泥漿的密度、抗壓強度、稠化時間、沉降穩(wěn)定性、失水量、流變性等參數(shù)滿足施工要求，為確保施工時連續(xù)油管不被固在井內，稠化時間建議在整個施工時間基礎上附加50%(見表1)，同時考慮水泥漿的降阻性。

表1 水泥漿建議性能參數(shù)表

2.2 隔離液選擇

對水泥漿體系進行相溶性實驗，將水泥漿、隔離液按照水泥漿與隔離液兩者混合，通過改變混合過程中成分的比例，將混合后所配制的液體進行稠化實驗，測定出在安全時間內，混合后的液體是否稠化，從而確定其安全性[4]。

2.3 水泥量計算及上返速度的確定

2.3.1 注水泥量的計算 水泥漿的注入量計算，如下式所示：

長慶油田大部分井都經(jīng)過壓裂改造，在注水泥前用清水進行試擠，確定地層的吸水能力V1。

封堵層段井筒內灰塞水泥漿用量V2用下式計算：

式中：h-井筒內灰塞厚度，m。

考慮到在注水泥過程中的水泥漿損耗，在所計算量上附加15%～25%，確保水泥漿量滿足施工要求。

2.3.2 水泥上返速度計算 根據(jù)連續(xù)油管靜止條件下水泥漿上返速度推算出上返時間，以此來估算整個注水泥塞施工的總時間，為水泥漿稠化實驗提供實驗依據(jù)，計算依據(jù)如下：

式中：v1-水泥上返速度，m/min；Q-水泥施工排量，L/min；V-油套環(huán)空容積，L/m。

式中：T-連續(xù)油管提出塞面時間，min；v2-連續(xù)油管上提速度，m/min；H-塞面高度，m。

在注水泥過程中，待水泥漿從連續(xù)油管自由端返出，水泥漿液面開始向上移動后，同時上提連續(xù)油管。根據(jù)排量計算好水泥漿的上返速度，連續(xù)油管的上提速度應小于水泥漿的上返速度。根據(jù)目前常用油管尺寸計算得到不同尺寸連續(xù)油管在不同套管中的水泥上返速度(見表2)。

表2 水泥上返速度計算表

3 施工安全控制

3.1 連續(xù)油管安全性評價

根據(jù)鉆井井身數(shù)據(jù)，采用連續(xù)油管作業(yè)分析軟件對井筒中連續(xù)油管的作業(yè)安全性進行施工模擬，獲得地面懸重-深度關系曲線，確保滿足作業(yè)要求。根據(jù)水泥漿性能，進行連續(xù)油管摩阻預測。可依據(jù)從連續(xù)油管軟件進行摩阻預測或者實施注水泥作業(yè)前進行泥漿摩阻實驗。

為保證水泥塞質量，在注水泥過程中，連續(xù)油管的末端始終插入水泥漿中，建議當0.3 m3～0.5 m3水泥漿完全被驅替出連續(xù)油管時，連續(xù)油管以小于水泥上返速度上提；連續(xù)油管和油層套管之間的環(huán)空始終保持1 MPa～2 MPa的回壓，防止地層液體回流污染水泥漿。

3.2 液量控制

因連續(xù)油管內徑較小，往往在現(xiàn)場施工中容易造成“替漿”不到位或者過頂，極易造成打塞失敗的情況。考慮連續(xù)油管使用后存在拉伸變形，建議在施工前采用“墨水排管法”精確計算連續(xù)油管內容積，然后根據(jù)井身結構及探底深度確定深度基面，計算水泥漿量、配水用量、頂替液量、作業(yè)管柱循環(huán)量。

3.3 泵注完暫堵水泥后洗井方式的選擇

若采用反循環(huán)洗井，水泥漿極易殘留在連續(xù)油管內堵塞連續(xù)油管，造成連續(xù)油管報廢。泵注完水泥漿后將連續(xù)油管起到水泥塞之上一定高度，后采用正循環(huán)方式進行徹底洗井。

4 連續(xù)油管注水泥油管尺寸選擇

按4 000 m連續(xù)油管計算，根據(jù)不同尺寸連續(xù)油管通洗井過程中清水摩阻進行預測(見圖1)。

假設水泥漿按2倍清水摩阻考慮，2″、23/8″的連續(xù)油管排量在200 L/min～600 L/min能滿足現(xiàn)場施工限壓要求(見圖2)。

圖1 4 000 m連續(xù)油管清水摩阻曲線

圖2 4 000 m連續(xù)油管水泥漿摩阻曲線

表3 長慶油田不同套管連續(xù)油管注水泥對應尺寸參數(shù)表

根據(jù)長慶油田目前主要使用套管尺寸，綜合考慮連續(xù)油管與套管環(huán)空體積、不同尺寸連續(xù)油管摩阻，不同套管推薦選擇不同尺寸連續(xù)油管進行施工(見表3)。對于井深、注水泥量規(guī)模較大的井優(yōu)先選擇大管徑連續(xù)油管。

5 連續(xù)油管注水泥地面流程

連續(xù)油管注水泥地面流程使用設備較少，循環(huán)系統(tǒng)簡單，注水泥塞使用泵車為一臺固井車及兩臺雙機雙泵(一臺備用)(見圖3)。

流程：液罐→固井車(雙機雙泵)→連續(xù)油管→1＃閘門→放壓管線→回收池。

圖3 連續(xù)油管注水泥地面流程圖

6 連續(xù)油管注水泥泵注程序設計

按照長慶油田天然氣井永久性封井技術規(guī)范要求，單層油氣井封堵主要施工工序為：安裝設備并試壓→連續(xù)油管壓井→求地層吸收量→連續(xù)油管擠封射孔段→上提連續(xù)油管至安全井段→連續(xù)油管正洗→關井候凝→連續(xù)油管探塞并試壓→打中部水泥懸塞→打井口水泥懸塞→裝簡易井口完井。

根據(jù)連續(xù)油管注水泥施工的特殊性，工藝過程主要為氣層段擠封、打中部水泥懸塞、打井口水泥懸塞。對于單層氣井封堵，泵注程序設計(見表4)。對于多層氣井或井內有橋塞的氣井，由于工序不同，需視具體情況調整泵注程序。

7 連續(xù)油管注水泥可行性評價

某7″套管氣井人工井底為3 600 m，封堵層段為3 496.0 m～3 500.0 m，該層段擠封需水泥3.0 m3計算，采用4 000 m、50.8 mm(2″)連續(xù)油管進行封堵，連續(xù)油管本體容積0.582 L/m，內容積1.443 7 L/m，理論內容積5.8 m3(見圖4)。

第一次封堵從人工井底至射孔段底界上150 m，需水泥漿量8.0 m3(擠封3.0 m3+封堵井筒水泥漿5.0 m3)，按最小施工排量200 L/min，水泥漿摩阻為清水摩阻2倍考慮，預計泵壓26 MPa，水泥漿完全替出連續(xù)油管所需時間為69 min。

第二段封堵從射孔段底界上300 m，需水泥漿3.0 m3，按最小施工排量200 L/min，預計施工泵壓27 MPa考慮，水泥漿完全替出連續(xù)油管所需時間為44 min。

第三段封堵從井口400 m，需水泥漿8.0 m3，按最小施工排量200 L/min，預計施工泵壓29 MPa考慮，水泥漿完全替出連續(xù)油管所需時間為69 min。

為進一步保證施工安全，當0.3 m3～0.5 m3水泥漿完全被驅替出連續(xù)油管，水泥上返速度為11 m/min，以8 m/min～10 m/min速度上提連續(xù)油管，控制井口回壓1 MPa～2 MPa。

三次水泥施工作業(yè)，按最小施工排量200 L/min，連續(xù)油管提出塞面最長作業(yè)時間為100 min(69+250/8)左右，若水泥漿按稠化時間4 h以上考慮，水泥漿不會在連續(xù)油管內發(fā)生凝固，同時施工泵壓達到連續(xù)油管設備安全要求(限壓70 MPa)，完全滿足施工要求。

圖4 X井注水泥塞井身結構示意圖

8 連續(xù)油管注水泥作業(yè)技術的主要優(yōu)勢

與常規(guī)油管注水泥技術相比，連續(xù)油管注水泥技術優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下3個方面：

8.1 適用性強

該技術使用井下工具簡單可靠，因此其適用的井型井況較多，對于小井眼或存在套管變形、高含硫化氫等常規(guī)油管無法作業(yè)的井同樣適用。對地層進行選擇性注水泥的作業(yè)中，使用連續(xù)油管時可以在各種原有井下管柱和工具的情況下，能夠更精確地定點定量的對目的層進行措施，不但減少了材料的浪費，而且降低了對地層的傷害，同時施工成本也得到減少。

表4 單層氣井連續(xù)油管注水泥泵注程序表

8.2 節(jié)約作業(yè)成本，降低勞動強度

連續(xù)油管設備的適應能力極強，對作業(yè)環(huán)境條件的要求不高，可減少施工前期工程的費用支出，特別是在人口稠密區(qū)作業(yè)場地受限的老井封堵。在起下作業(yè)時，使用連續(xù)油管時不需要另立井架，不需要一根一根地上卸油管，操作簡單，極大的縮短了作業(yè)時間，并且減輕了工人的勞動強度。

8.3 作業(yè)風險小

用常規(guī)油管作業(yè)時常因為油管變形、損壞或上扣不緊、作業(yè)過程中不慎落物等造成事故，而使用連續(xù)油管時可避免這些事故的發(fā)生。特別對于高含有害氣體井，全過程帶壓密閉施工，降低了常規(guī)起油管作業(yè)所帶來的風險。

9 認識及建議

(1)通過水泥漿性能、施工工藝分析了連續(xù)油管注水泥塞施工作業(yè)方案的可行性，為下步長慶油田連續(xù)油管注水泥作業(yè)提供了設計依據(jù)；

(2)連續(xù)油管依靠自身的尺寸小、柔性好、可帶壓作業(yè)的優(yōu)點，該技術為今后小套管井、高溫高壓、高含硫化氫、套管損壞及套管變形井帶壓修井泵注水泥漿封堵施工提供了重要的借鑒和參考；

(3)人口稠密區(qū)及作業(yè)場地受限的老井封堵，連續(xù)油管注水泥工藝具有較強的適應能力，具有極好的經(jīng)濟性和廣泛的應用推廣價值，建議在長慶地區(qū)開展連續(xù)油管注水泥工藝實驗研究。

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