連續油管臨時封井注水泥技術在涪陵頁巖氣田的應用

吳磊 何吉標 曹穎

1. 長江大學；2. 中石化江漢石油工程有限公司頁巖氣開采技術服務公司

隨著涪陵頁巖氣田二期產建工作的開展，井位總體部署調整、輸氣管線的限制及后期同平臺鉆井施工要求對先期試氣井進行臨時封井作業，在氣層上部坐封全封可鉆式復合橋塞，驗封合格后進行注水泥塞施工，形成連續且垂厚不小于200 m 的水泥塞，以達到對試氣井臨時封井的技術要求，后續根據生產需要可鉆除橋塞重新開井生產。由于井筒帶壓等原因采用連續油管進行作業，連續油管注水泥塞施工在國內外頁巖氣井中應用很少，在涪陵工區尚屬首次，施工時具有很大的不確定性和安全風險，新工藝、新條件對連續油管注水泥施工質量和安全上均提出了很大的挑戰［1-6]。

1 連續油管臨時封井注水泥技術難點

與常規鉆井注水泥相比，連續油管注水泥在施工環境和條件上有著明顯的差別，連續油管自身存在管道長、內徑小、上提下放能力有限等特點，致使注替水泥施工時排量受限、泵注壓力較高，影響井筒內水泥塞質量，嚴重時甚至出現“插旗桿”或“灌香腸”等質量事故，具有較大的施工風險，故連續油管在井筒內注水泥塞施工作業具有以下技術難點：

(1)連續油管管道長、內徑小及上提下放能力有限，易出現憋泵或上提下放遇卡等情況，存在較大的施工安全風險；

(2)水泥漿為固體顆粒懸浮物，流動摩阻系數大，注替過程中循環壓耗較大，致使施工壓力較高；

(3)油管內徑及管柱間隙小，頂替量精確計量難度大，易出現頂替不到位或過頂替而形成大量混漿段，降低水泥塞質量；

(4)嚴格控制水泥漿稠化時間及抗污染性能，保證多余水泥漿及時洗出井筒，避免出現重大井筒安全事故。

2 連續油管臨時封井注水泥技術

針對連續油管臨時封井注水泥存在的技術難點，從橋塞選型及坐封方式、低摩阻水泥漿體系、平衡注替水泥漿和反循環洗井施工工藝等方面進行優化改進，形成一套成熟的連續油管臨時封井注水泥技術，滿足試氣井臨時封井的技術要求。

2.1 橋塞選型及坐封方式的優化

試氣井井筒與地層連通且井筒內介質主要為氣體，不利于水泥漿形成段塞，無法形成對井筒的有效封隔，故必須將氣層通道進行隔離，將井筒內灌滿液體來保證水泥塞施工質量。根據工區現場及井筒實際情況，采取連續油管下全封可鉆式復合橋塞對水平段進行封隔，驗封合格后在橋塞面進行注水泥塞施工。為保證后期注水泥井筒安全，設計使用兩段橋塞進行坐封，起到雙保險的作用。經過優化對比，橋塞坐封位置的選擇分別以A 靶點以上50 m 和井斜50～60°處為原則進行設計，以保證橋塞順利下放和有效坐封。

2.2 低摩阻水泥漿體系

連續油管具有管道長、管徑及管柱間隙小的特點，流體循環過程中產生的循環壓耗是導致連續油管施工壓力偏高的主要原因，故循環流體的潤滑性能對連續油管安全施工至關重要。為保證連續油管注水泥塞施工的安全性和連續性，優選流變性能好的低摩阻水泥漿體系，降低循環壓耗對施工泵注壓力的影響。水泥漿配方為：嘉華G 級+44%清水+1.0%BS300 減 阻 劑+0.9%BS200R 緩 凝 劑+1.0%BP-1A 消泡劑，其性能參數、流變參數及循環壓耗計算分別見表1、表2 和表3。

表 1 低摩阻水泥漿體系性能參數Table 1 Property parameters of low-friction slurry system

表 2 低摩阻水泥漿與常規水泥漿流變性能對比(室溫25 ℃)Table 2 Comparison of rheological property between low-friction slurry and conventional slurry (air temperature 25 ℃)

由表2 可知，水泥漿的動塑比由0.15 Pa/(mPa · s)提高到了0.23 Pa/(mPa · s)，說明低摩阻水泥漿剪切稀釋性增強，在低剪率下能有效地攜帶巖屑，流變性能顯著提高；且低摩阻水泥漿體系在管柱內的循環壓耗降低4.2 MPa(按水泥漿充滿5 000 m 管柱計算)，能較好滿足連續油管臨時封井注水泥安全施工要求。

表 3 水泥漿在管柱內和環空中循環的范寧摩阻系數及循環壓耗計算Table 3 Calculated fanning friction factor and circulating pressure loss of slurry while circulating in the pipe string and the annulus

2.3 平衡注替水泥漿施工工藝

頂替精確是注水泥塞成功與否的關鍵，在連續油管臨時封井注水泥施工過程中，易出現替空或少替兩種異常情況，影響水泥塞施工質量。替空將致使水泥漿出現大段混漿降低水泥塞質量，混漿嚴重時甚至出現超緩凝現象，在規定候凝時間內難以形成實塞而導致注水泥塞施工失敗；少替將致使水泥漿頂替不到位，管內殘留的水泥漿過多，增大“灌香腸”、“插旗桿”安全施工風險。受施工設備條件限制水泥漿頂替量精確計量難度大，為避免連續油管進行頂替施工過程中出現替空或少替情況，必須采取平衡注水泥塞施工工藝，即頂替到一定量后敞開井口快速上提連續油管，在管內外壓差作用下水泥漿自動從油管內流出，以形成有效完整水泥段塞，保證水泥塞施工質量。連續油管平衡注替水泥漿施工工藝原理見圖1。

圖 1 連續油管平衡注替水泥漿施工工藝原理Fig. 1 Technical principle of coiled-tubing balanced slurry injection and displacement

2.4 反循環洗井施工工藝

由于水泥漿的黏附吸附作用，注替完水泥漿后油管或井筒內會有少量殘余的水泥漿，需進行洗井以保證井筒和連續油管的安全。通過國內外文獻調研和總結，對比反循環洗井與正循環洗井的優缺點，得出連續油管臨時封井注水泥施工作業采取定點反洗循環洗井。反洗相對于正洗具有以下優點：(1)殘余水泥漿通過連續油管返出地面，不需經過上部井筒環空和井口，可以有效保障井筒的施工安全性；(2)清洗所需頂替液量少，節約施工時間，有效降低施工安全風險；(3)可采取定點循環洗井，循環出超出設計量的水泥漿及混漿，精準控制水泥塞厚度，保證施工質量。

3 現場應用

目前涪陵工區開發地區多為焦石壩構造邊緣，相對焦石壩主體區域構造更加破碎，斷裂更為發育，地層傾角更大，井下情況更加復雜，為配合二期產能建設總體部署，涪陵工區先后在JYX-6HF 井、JYX-2HF 井等5 口井應用了連續油管臨時封井注水泥技術，取得了很好的應用效果。下面以此項技術在JYX-6HF 井的應用進行實例分析。

3.1 基本情況

JYX-6HF 井位于重慶市南川區水江鎮雙河村8 組，是針對上奧陶統五峰組-下志留統龍馬溪組下部頁巖氣層部署的一口頁巖氣開發水平井。壓裂試氣評價完成后，因現場實際情況暫達不到試采條件，為滿足后期鉆井施工要求，需要對該井進行臨時封井作業。為降低施工循環壓耗和安全風險，采取?60.325 mm 連續油管進行注水泥塞施工，連續油管性能參數見表4。

表 4 JYX-6HF 井?60.325 mm 連續油管性能參數Table 4 Property parameters of ?60.325 mm coiled tubing in Well JYX-6HF

3.2 現場施工

連續油管臨時封井注水泥技術在JYX-6HF 井進行了成功應用，現場施工過程如下：(1)?50.8 mm連續油管在井深3 165.0 m(垂深2 789.3 m)和井深2 840.0 m(垂深2 642.6 m)處依次坐封2 個全封可鉆式復合橋塞，試壓70 MPa 合格；(2)下?60.325 mm連續油管探至全封橋塞位置2 840 m，遇阻噸位10 kN，上提1.5 m，試氣隊打開返排，壓裂車以500 L/min排量循環清水50 m3洗井；(3)固井車以500 L/min排量往連續油管內依次泵注前置隔離液2 m3、水泥漿3.5 m3(密度1.85～1.88 g/m3)、后置隔離液0.5 m3、頂替泵注清水8.0 m3，泵注最后2 m3時以5 m/min速度上下活動連續油管(10 m 范圍內)；(4)打開滾筒入口旋塞閥使連續油管與大氣連通，以25 m/min速度快速上提連續油管至2 400 m(距離橋塞440 m，距離預計水泥塞面55 m)；(5)關閉與大氣連通的滾筒入口旋塞閥，倒換閘門組，以500 L/min 排量反循環清水30 m3洗井，循環洗井9 m3時返排口出現少量水泥混漿；(6)上提連續油管至井口，關井候凝48 h，專人觀察井口。

3.3 效果分析

關井候凝48 h，確認地面水泥漿樣品凝固后連續油管開泵循環探塞，下至2 531.5 m 時油管載荷由70 kN 降至50 kN，再次復探遇阻顯示明顯，判定探至塞面，水泥塞厚度309.5 m(≥260 m)，符合臨時封井注水泥施工設計技術要求。

4 結論與建議

(1)坐封全封可鉆式復合橋塞為連續油管注水泥塞施工作業創造有利條件，保證水泥塞施工質量；低摩阻水泥漿體系降低注替施工循環壓耗，使施工壓力控制在合理范圍內，有效降低注水泥塞施工安全風險；采取平衡注替工藝可使未頂替到位的水泥漿在管內外壓差作用下自動從油管內流出，以形成有效完整水泥段塞，保證水泥塞施工質量；采取反循環洗井施工工藝，可快速洗出殘余的水泥漿，節約施工時間，有效降低井筒和連續油管的施工安全風險。

(2)連續油管臨時封井注水泥塞工藝的應用使注水泥塞施工在質量和安全均得到了有效保證，取得了顯著的效果；建議采取定點反洗循環，循環出超出設計量的水泥漿及混漿，精準控制水泥塞厚度，降低后續開井生產鉆塞工作量。