柴達木盆地冷探1井尾管懸掛器丟手異常固井實踐

費中明 高飛 蔣世偉 孔哲 楊增民 田寶振

中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司

冷探1井是青海油田部署在柴達木盆地冷湖構造帶的一口風險深探井。鉆探目的是探索冷湖五號深層基巖和侏羅系含油氣性。通過冷探1井鉆探可提升盆地腹部背斜構造帶基巖和侏羅系勘探認識，帶動該領域勘探整體突破，形成天然氣儲量接替區，為柴北坳陷侏羅系含油氣系統下步研究和勘探部署提供依據。因此，冷探1井鉆探的成功與否具有重要的意義。

該井五開?190.5 mm鉆頭鉆至井深5 708.5 m，設計下入?139.7 mm套管進行尾管懸掛固井。作業時?273.05 mm×?139.7 mm懸掛器送入?139.7 mm尾管，期間管串下入、懸掛器坐掛均正常，丟手驗證過程中，上提中和點懸重1 150 kN，上提0.24 m自由段后，懸重逐漸增加，最大過提200 kN，鉆具上行1.21 m，未實現丟手，下步固井注水泥漿作業無法進行。需要順利拔出中心管，保證固井施工安全，同時對高壓氣層進行有效封隔［1］。如果強行起出套管則存在裸眼段砂卡遇阻的風險，如將尾管懸掛器配套工具起至上層套管內則存在套管脫離送入工具致使尾管落井的風險。另外，即便順利起出了尾管，在拆卸時也可能損壞尾管扣，必須更換懸掛器，同時再次入井需先通井，增加鉆井周期和施工成本。針對以上問題，開展了丟手異常處理研究與實踐。

1 固井難點及對策

鉆井工程設計明確該井屬于一級井控風險井，固井施工面臨高溫高壓、上層重合段頂替效率低、水泥漿失重、難壓穩等一系列難題，對水泥漿綜合性能要求高，固井難點如下。

(1)水泥漿性能要求高。電測井底溫度148 ℃，井底壓力101 MPa，要保證水泥石在高溫下的強度不衰減，一次封固段2 506 m，頂部與底部溫度差65 ℃，易出現頂部水泥石強度發展緩慢的現象，產層5 143.0～5 146.5 m存在高壓氣層，油氣上竄速度高，難壓穩，對水泥漿綜合性能要求高［2］。

(2)鉆井液與水泥漿污染嚴重。有機鹽鉆井液與水泥漿接觸后稠化時間由407 min縮短至15 min，上部?273.05 mm套管與?139.7 mm套管環容31.94 L/m，受整體施工排量限制，水泥漿在此井段極易發生竄槽，導致水泥漿與鉆井液直接接觸，影響固井質量的同時給固井施工帶來風險［3］。

(3)井控風險大。儲層發育高壓氣層，下套管和固井作業時井筒鉆井液靜止時間長，氣體滑脫上升、地層氣侵污染鉆井液和固井液會導致溢流、井涌，造成較高的井控風險［4］。

針對以上難點，提出以下應對思路。

(1)針對水泥石高溫強度衰減、頂部水泥石抗壓強度發展緩慢及產層難壓穩等問題，需要優選抗高溫衰減劑、緩凝劑及增強材料，采用抗高溫防氣竄水泥漿。

(2)針對鉆井液與水泥漿污染嚴重問題，采用先導鉆井液和高效抗污染沖洗隔離液雙重隔離解決相容性差的難題。

(3)針對井控風險大的問題，以往通常采用“三壓穩”的方式，即固井前、固井過程中、固井候凝3個階段對地層都處于壓穩狀態。冷探1井由于井下情況不具備壓穩條件，采用水泥漿內加入防氣竄劑和“三壓穩”設計。

2 處理方法及過程

2.1 處理方法

施工準備完成后，開鉆井泵，循環排量14 L/s，循環并注入封閉漿，循環壓力8.2～8.6 MPa。停泵后，下壓至1 100 kN后上提至1 150 kN懸重不變，標注上提自由段下限，繼續上提至1 150 kN懸重上漲位置，標注上提自由段上限。控制過提50 kN、200 kN、300 kN、350 kN、400 kN，上提靜停 2～3 min，然后下放至原懸重1 150 kN，每次動作重復操作3～4次，進行丟手驗證。上提至懸重1 550 kN，即過提400 kN，靜停3 min，隨后下放至1 150 kN，再重復上述操作3次，第4次操作時，懸重突降至1 150 kN，丟手成功。

注入先導鉆井液25 m3、高效抗污染沖洗隔離液14 m3、抗高溫防氣竄水泥漿領漿28.5 m3、尾漿14 m3，替完鉆井液后，起鉆6柱，正循環1.5周，再起鉆2柱，關井憋壓2 MPa候凝。施工過程中未發生漏失、憋堵等復雜事故，順利拔出送入工具，施工連續正常。72 h后測聲幅，固井質量合格，該井?139.7 mm尾管固井實現了產層封固目的，順利交井。

2.2 過程分析

通過控制上提載荷，反復上提靜停下放，觀察懸重，反復驗證，確認懸掛器是否丟手成功。?127 mm鉆桿抗拉強度3 230 kN，尾管浮重770 kN，有2 460 kN余量。懸掛器載荷支撐盤承載能力為600 kN，同時考慮摩阻，控制最大上提載荷在500 kN以內，使鉆桿、套管和懸掛器不被拉斷，可充分保證鉆桿、套管和懸掛器結構的安全。

檢查起出后的送入工具，發現密封芯子帶出了3小片帶有類似螺紋的鐵片，觀察發現除了防砂罩扶正壓環的扶正肋有磨損和類似螺紋貼片的擠壓痕跡外，送入工具其他部分完好無異常。判斷該擠壓痕跡為密封芯子帶出的金屬片上的類似螺紋擠壓造成。結合丟手過程現象，判斷此次丟手異常主要是井下金屬異物卡住防砂罩扶正壓環造成，過提噸位靜停下放措施成功脫手也驗證了這種分析的合理性。

懸掛器丟手及中心管驗封情況判斷：開泵，排量14 L/s，循環壓力8.6 MPa。進行反復丟手驗證，自14.20 m下放至12.29 m，放回原丟手位，在此位置反復上提下放5次，高度1.5 m，上提下放過程無阻卡現象。開泵，排量14 L/s，循環壓力8.8 MPa，循環1.5 min。反向憋壓2 MPa驗封，井口無回流，壓力1.7 MPa，懸掛器丟手成功，密封有效。

固井前中心管再次密封驗證：正常循環排量為14 L/s，壓力為8.8 MPa，如果中心管密封失效，循環排量為14 L/s時，經計算壓力約為3.8 MPa，同時鉆井液循環標記遲到時間為180 min。通過循環觀察壓力排量與中心管解卡前后變化及遲到時間進行推斷，中心管部位密封正常。循環正常后固井施工前，再次上提下放中心管，當下壓超過150 kN，反復3次，上提時均有30～50 kN關卡現象，根據此情況判斷固井后拔出中心管沒有問題，并加壓8 MPa完成固井作業。

3 關鍵技術

3.1 耐高溫防氣竄固井水泥漿體系

為防止水泥石在高溫下發生強度衰減［5］，加入高溫增強材料DRB-2S和高溫強度抗衰退劑DRB-3S［6］；為保證高溫下漿體的沉降穩定性，加入高溫穩定劑DRK-4S和高溫懸浮劑DRY-S2；采用鐵礦粉和微錳雙重加重，改善漿體流變性；優選降濾失劑DRF-4S、減阻劑DRS-1S和緩凝劑DRH-3L調節水泥漿體的整體綜合性能。

采用雙凝抗高溫防氣竄水泥漿，密度均為2.00 g/cm3，通過實驗優化調整，確定最終水泥漿配方。領漿為嘉華G級水泥+60%鐵礦粉+30%高溫增強材料DRB-2S+15%石英砂+10%微錳+5%高溫強度抗衰退劑DRB-3S+5%微硅+3%高溫穩定劑DRK-4S+3%防氣竄劑DRT-1S+1%高溫懸浮劑DRYS2+2.5%降濾失劑DRF-4S+1.2%減阻劑DRS-1S+3.6%緩凝劑DRH-3L+37%水；尾漿除緩凝劑DRH-3L加量為2.3%，其他材料及加量和領漿一致。

水泥漿漿體流動度均為22 cm，領漿稠化時間407 min，尾漿稠化時間218 min，濾失量均為45 mL，游離液均為0，沉降穩定性均為0(≤0.02 g/cm3)，領漿48 h 頂部抗壓強度16.7 MPa，尾漿48 h 底部抗壓強度25.2 MPa，滿足高溫探井油層尾管固井技術要求。目前現場主要以環空不出現帶壓為主，室內則以滲透率為依據或者以流量為依據。

因該井懸掛器丟手出現異常，為防止后續再出現丟手復雜，充分保證處理時間，將封固段水泥漿量設計由下塞100 m+裸眼+重合段+上塞100 m變更為下塞250 m+裸眼+重合段，懸掛器上100 m水泥塞量去掉，同時裸眼段長593 m，增加下水泥塞高度150 m，減小環空水泥漿與隔離液、鉆井液的混竄，保證環空高壓地層裸眼段的封固質量。為避免懸掛器內部結構出現異常，施工變更為不投鉆桿膠塞，不碰壓，設計下塞250 m，以防替空。

3.2 固井前置液體系

針對鉆井液與水泥漿污染問題，配置先導保護鉆井液40 m3，固井施工時注入足夠的隔離液(接觸時間不少于12 min)以降低水泥漿與鉆井液直接接觸發生污染的風險。

抗污染沖洗加重隔離液配方為：水+1%懸浮劑DRY-S1+1%高溫懸浮劑DRY-S3+20%加重材料DRW-2S+155%重晶石+1%緩凝劑DRH-2L+8%沖洗液DRY-1L。隔離液密度1.85 g/cm3，沖洗液DRY-1L可起到潤濕反轉的作用，提高沖洗效果。

設計前隔離液用量14 m3，占整個裸眼段593 m和上層套管環空高度390 m，接觸時間約為17 min；設計泵替中心管保護液13 m3，占套管400 m和送入鉆桿1 000 m，減少拔出中心管后水泥漿與鉆井液的接觸污染。

加入先導保護鉆井液和隔離液后稠化時間由原來的15 min延長至420 min未稠，相容性得到改善。采用先導保護鉆井液和抗污染沖洗加重隔離液設計，避免了鉆井液與水泥漿的直接接觸，提高了施工安全性。

3.3 “三壓穩”設計及防氣竄水泥漿體系

產層5 143.0～5 146.5 m存在高壓氣層，油氣上竄速度高難壓穩，井控風險大。因此采用“三壓穩”設計：注水泥漿前，井處于不漏不溢狀態，井底壓力為100.2 MPa，井底當量密度1.79 g/cm3；固井過程中，水泥漿和隔離液密度均大于鉆井液密度，同時存在循環摩阻，井底當量密度大于1.79 g/cm3，井底處于壓穩狀態；固井候凝過程中，尾漿凝固過程中會失重，尾漿密度由2.0 g/cm3降低至1.07 g/cm3(鹽水密度)，環空液柱壓力為98.2 MPa，失重2 MPa，不能壓穩地層，固井結束后環空關井憋壓2 MPa候凝，待實際頂部水泥石養護強度達到14 MPa之后(此時高壓氣層已被封固完好)起鉆，再進行下步作業。

水泥漿內加入防氣竄劑，阻止氣體滑脫上升，避免地層氣侵污染。加入3%防氣竄劑的水泥漿濾失量 45 mL，滲透率為 0.006×10?3μm2，靜膠凝強度過渡時間為6 min，氣竄量為0，達到了防氣竄劑行業標準性能指標的要求，有效阻止了井下高壓氣體的侵入，降低井控風險［7］。

4 結論

(1)解決懸掛器丟手異常的方法是通過控制上提力，重復上提靜停下放，觀察懸重變化，最終丟手成功，可為深井尾管懸掛出現類似丟手復雜提供解決的思路。

(2)該技術只適用于有異物硬卡不嚴重的情況，不適用于懸掛器結構設計不合理或其他復雜情況。

(3)為根本解決類似復雜異常，需從工具本身入手，使懸掛器結構設計更加合理，并在地面試驗模擬成功后才可入井，懸掛器入井后要精心操作，防止落物，嚴格按照操作規程進行施工。