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，常含有開發價值已經不大的目的層，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，循環溫度相比一般淺水同類井深的井，溫度低很多，實測循環溫度基本維持在56 ℃。通過地溫梯度計算，完鉆后靜止溫度為110 ℃，如按水泥塞作業的區域經驗系數0.8～0.9之間取值，循環溫度應該在88～99 ℃之間，兩者循環溫度之間的差值超過30 ℃。水泥漿試驗溫度是以循環溫度為準：如循環溫度取值過高，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，也不利于壓穩油氣層；如取值過低，實際稠化時間偏短，導致作業安全時間不夠，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，鉆井期間的循環溫度只能作為參考。為獲得準確的循環溫度數據，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，近年來在國際上應用非常廣泛，認可度非常高。

注水泥塞作業之前，按要求至少應循環鉆井液一周，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，使實際的循環溫度與設計的試驗溫度保持一致，確保作業安全。

此外，循環溫度的確定還要考慮作業中途可能出現意外暫停情況，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鉆井液以及注水泥塞中途出現中斷后的循環溫度(如圖1所示)。如果水泥塞作業前不循環，中途中斷40 min，循環溫度最高達到83.1 ℃，循環兩周，循環溫度70 ℃，說明注水泥塞前充分循環鉆井液非常有必要。如作業前循環二周，作業過程又連續，循環溫度最高66.7 ℃，說明中途暫停后循環溫度會增加。

圖1 注水泥前循環溫度模擬

綜合考慮以上多種情況，模擬注水泥塞前循環鉆井液一周(約2 h)，注水泥過程作業中斷40 min，1 h內起鉆至水泥面時，最終循環溫度為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，循環溫度與泵入排量、起鉆時間、固井前循環時間、現場作業是否中斷均有很大關系，確定循環溫度時均要考慮這些因素。在現場作業時還應注意，如水泥漿入井后出現施工中斷，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，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。

鉆具優選，水平井段注水泥塞作業一般在水泥塞段優先選擇小尺寸鉆具，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。

循環加壓侯凝，水平段注完水泥塞后，水泥漿基本處于靜止狀態，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 現場實施效果

NO.1#(棄井)和NO.2#(側鉆)水泥塞連續作業完成，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點位置基本一致，下壓鉆具重量5 t，套管試壓13.8 MPa，穩壓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、經驗系數、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、固井前循環時間、現場作業中斷等因素的影響。

(2)水平井段注水泥塞，要優化水泥漿性能，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，宜采取循環加壓候凝的方式，可有效防止水泥漿靜止時發生置換，防止高邊竄槽，同時保證水泥塞的位置。