流花油田水平段注水泥塞工藝研究

馬溢，李波，張鑫(.中海石油中國有限公司深圳分公司，廣東 深圳 58067； .中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術深圳分公司，廣東 深圳 58067)

0 引言

隨著鉆井技術的不斷進步以及提高油氣采收率更高要求，水平井、大斜度井、分支井在南海東部應用越來越廣泛，老井眼回填側鉆，新井眼領眼回填側鉆等作業(yè)越來越普遍。這些井的特點往往是下部井段接近水平，甚至超過水平，常含有開發(fā)價值已經(jīng)不大的目的層，需要注回填、側鉆水泥塞鉆進新井眼，對水泥塞的位置、水泥石強度、封固質量等均提出較高的要求。

非水平段注水泥塞，技術相對比較成熟，難度不大。而對于水平段注水泥塞而言，還要考慮因井眼水平帶來的諸多難題。本文針對流花油田的特點，系統(tǒng)性地介紹了水平井注水泥塞的難點以及應對措施。

1 流花油田水平井注水泥塞難點

(1)流花油田水深較深、泥線溫度較低，影響循環(huán)溫度的因素較多，試驗溫度難以準確掌握；

(2)水平段及周圍含有油氣顯示層，要求水泥漿能較好封固顯示層，且不能污染顯示層；

(3)水平段注水泥塞，頂替效率低，水泥漿易被污染，形成較多的混漿，造成水泥石強度低，同時易出現(xiàn)高邊水槽，形成竄槽，降低了封固質量。

(4)本井水泥塞段井斜最高超過93°，水泥漿注完后容易出現(xiàn)置換，水泥塞位置不易保證[1-2]。

2 技術措施

2.1 試驗溫度確定

流花油田某井鉆8-1/2″井眼期間排量2.4 m3/min，由于水深的原因，泥線溫度低，循環(huán)溫度相比一般淺水同類井深的井，溫度低很多，實測循環(huán)溫度基本維持在56 ℃。通過地溫梯度計算，完鉆后靜止溫度為110 ℃，如按水泥塞作業(yè)的區(qū)域經(jīng)驗系數(shù)0.8～0.9之間取值，循環(huán)溫度應該在88～99 ℃之間，兩者循環(huán)溫度之間的差值超過30 ℃。水泥漿試驗溫度是以循環(huán)溫度為準：如循環(huán)溫度取值過高，實際稠化時間會偏長，水泥石起強度時間也會相應變長，24 h強度很可能不能滿足封固油氣層的強度要求，也不利于壓穩(wěn)油氣層；如取值過低，實際稠化時間偏短，導致作業(yè)安全時間不夠，容易造成注完水泥塞后不能起鉆或鉆桿內堵塞水泥事故。

注水泥塞作業(yè)時，固井泵排量一般在0.48～1.00 m3/min之間，與鉆井期間排量存在較大差異，因此，鉆井期間的循環(huán)溫度只能作為參考。為獲得準確的循環(huán)溫度數(shù)據(jù)，筆者引進了PVI公司的軟件進性了模擬。該軟件可應用于各種類型固井作業(yè)，近年來在國際上應用非常廣泛，認可度非常高。

注水泥塞作業(yè)之前，按要求至少應循環(huán)鉆井液一周，一般有如下目的：(1)降低氣全量，按標準要求應控制在5%以內；(2)循環(huán)均勻鉆井液密度，以免注水泥塞后壓力不平衡；(3)調整鉆井液性能，清潔井眼，有助于提高水泥塞質量；(4)降低井底溫度，使實際的循環(huán)溫度與設計的試驗溫度保持一致，確保作業(yè)安全。

此外，循環(huán)溫度的確定還要考慮作業(yè)中途可能出現(xiàn)意外暫停情況，需要預留一定安全時間處理故障。

用PVI軟件模擬注水泥塞前循環(huán)鉆井液以及注水泥塞中途出現(xiàn)中斷后的循環(huán)溫度(如圖1所示)。如果水泥塞作業(yè)前不循環(huán)，中途中斷40 min，循環(huán)溫度最高達到83.1 ℃，循環(huán)兩周，循環(huán)溫度70 ℃，說明注水泥塞前充分循環(huán)鉆井液非常有必要。如作業(yè)前循環(huán)二周，作業(yè)過程又連續(xù)，循環(huán)溫度最高66.7 ℃，說明中途暫停后循環(huán)溫度會增加。

圖1 注水泥前循環(huán)溫度模擬

綜合考慮以上多種情況，模擬注水泥塞前循環(huán)鉆井液一周(約2 h)，注水泥過程作業(yè)中斷40 min，1 h內起鉆至水泥面時，最終循環(huán)溫度為74.5 ℃。因此，水泥塞最終試驗溫度以該溫度為準。

通過以上分析可知，循環(huán)溫度與泵入排量、起鉆時間、固井前循環(huán)時間、現(xiàn)場作業(yè)是否中斷均有很大關系，確定循環(huán)溫度時均要考慮這些因素。在現(xiàn)場作業(yè)時還應注意，如水泥漿入井后出現(xiàn)施工中斷，要控制好處理故障時間[3]。

2.2 前置液設計

為保證良好的固井質量，需要合理地設計前置液的性能和數(shù)量。以NO.2#塞為例，采用6 m3隔離液+6 m3沖洗液+1.5 m3混合水的結構，在實測的8.61″井眼中可填充456 m，高于滿足標準150 m的要求。由于泥漿比重只有1.15 g/cm3，漏斗黏度51 s/qt，考慮到井眼漏失當量較低，隔離液和沖洗液均選擇不加重。

沖洗液采用油水雙效型沖洗液W21L，主要成分為多種表面活性劑的混合物，用鉆井水、海水均可配制，30%濃度可達到良好的沖洗效果，對泥餅有較好的稀釋、滲透作用。PVI軟件模擬顯示，裸眼段紊流接觸時間超過7 min(如圖2所示)。

圖2 沖洗液紊流時間模擬

以上模擬結果顯示，選擇合適的前置液類型，增大前置液用量，調整合適的流變參數(shù)，可有效提高水泥漿的頂替效率。

2.3 水泥漿設計

本次水泥漿配方采用了聚合物水泥漿體系，設計比重1.92 g/cm3。

配方組成為：“G”水泥+35%硅粉(干混)+2%堵漏劑(干混)+ 0.5%消泡劑+0.5%分散劑+4%降失水劑+6%增強劑+1%防竄劑+0.2%緩凝劑。

從水泥漿性能可看出，提高水泥漿比重，級配不同粒徑的增強劑和防竄劑，可有效提高水泥石強度，滿足封固油層的能力。水泥中干混堵漏顆粒，使水泥漿具有良好的防漏堵漏效果，同時嚴格控制失水量和自由液，增加水泥漿稠度，可減少對顯示層的污染。

2.4 其他工程措施

工過程旋轉鉆桿，水平井段注水泥塞施工過程中，保持管柱旋轉，將對提高頂替效率大有幫助。

鉆具優(yōu)選，水平井段注水泥塞作業(yè)一般在水泥塞段優(yōu)先選擇小尺寸鉆具，可減小壓差卡鉆的風險。

使用刮管球，刮管球為高分子塑料制成泡沫球，油田上主要用于清刮鉆具內壁，特別用于注完水泥后的管柱清刮。

循環(huán)加壓侯凝，水平段注完水泥塞后，水泥漿基本處于靜止狀態(tài)，由于密度比鉆井液或后置液高很多，在重力作用下易與其置換，特別是在稠化時間偏長、流變性好時，可能會產(chǎn)生高邊水帶，形成竄槽，導致封固質量差，同時水泥塞的位置也難以保證，增加了后期鉆塞時間。

使用循環(huán)加壓候凝，應控制好排量，注意觀察井眼漏失情況，如存在漏失，應降低循環(huán)排量。本次水泥塞設計時，水泥中提前干混有堵漏顆粒，同時前置液比重設計為1.0 g/cm3，模擬施工過程最大ECD為1.3 g/cm3，遠低于預測的地層承壓能力1.6 g/cm3，漏失風險較小。

3 現(xiàn)場實施效果

NO.1#(棄井)和NO.2#(側鉆)水泥塞連續(xù)作業(yè)完成，過程均安全順利，其中NO.2#水泥塞候凝24 h后，探塞面位置與第一個循環(huán)點位置基本一致，下壓鉆具重量5 t，套管試壓13.8 MPa，穩(wěn)壓10 min合格。起鉆后觀察，鉆桿內外均無水泥殘留。至此，NO.2#水泥塞位置和強度均滿足了側鉆要求。

4 結論與認識

(1)水平井段注水泥塞，特別是水深較深、泥線溫度低的井，確定試驗溫度需要實測、經(jīng)驗系數(shù)、PVI軟件模擬的方式進行多方位校核。同時綜合考慮實際泵入排量、起鉆時間、固井前循環(huán)時間、現(xiàn)場作業(yè)中斷等因素的影響。

(2)水平井段注水泥塞，要優(yōu)化水泥漿性能，選擇具備防竄能力的水泥漿體系，適當增加水泥漿稠度，控制更低的失水量，零自由液，同時盡可能提高水泥石強度。

(3)水平井段注水泥塞作業(yè)中，特別是使用復合鉆桿時，推薦使用刮管球，可保證良好的清刮效果。

(4)水平井段注水泥塞，水泥漿注完后，在保證井眼不漏的前提下，宜采取循環(huán)加壓候凝的方式，可有效防止水泥漿靜止時發(fā)生置換，防止高邊竄槽，同時保證水泥塞的位置。