司鉆法壓井第二周循環影響因素的探討

方世祥 羅 源 楊欣雨

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

司鉆法為現場常用壓井方法, 但卻很少用該方法一次性壓井成功的案例,為了提升現場壓井效率,減少壓井失敗造成的復雜情況, 有必要對司鉆法壓井的理論和施工方案影響因素深入剖析,以求更佳壓井方案。

司鉆法壓井主要為“控制壓力不變”三個階段,第一階段為原漿循環排氣控制立壓不變, 第二階段為從重漿泵入到鉆頭下行時間段內控制套壓不變, 第三階段為重漿上行時間段內控制立壓不變[1,2]。對司鉆法壓井理論和施工方案影響因素等進行剖析,發現在重漿下行階段內,無論何種工況,均采取控制循環套壓不變的做法值得商榷討論。

1 保持井底壓力平衡分析

司鉆法壓井要求在整個壓井循環過程中均要保持井底壓力平衡, 其平衡條件為“套壓+環空液柱壓力+環空壓耗”=地層壓力,即第二周循環重漿下行時間段內,在環空液柱壓力和環空壓耗不變的情況下, 控制套壓不變就能達到井底壓力平衡的目的[1]。環空壓耗在壓井條件不變時,其值保持不變,而保持環空液柱壓力不變的條件為:

1.1 利用重漿開始壓井前,井內鉆井液均未受污染。在現有方法和設備條件下難以達到, 其原因為第一周排氣過程中存在環空不規則、壓力波動、節流閥控制立壓存在滯后現象等,使得井內仍然存在少量受侵鉆井液。

1.2 重漿下行期間,無新的流體侵入井內。該條件同樣很難達到,因為不僅井內負壓差致使流體侵入井內,正壓差置換反應同樣可以使流體侵入井內,并且置換反應是隨時進行的[3,5]。

2 壓井影響因素的探討

2.1 地層因素對壓井的影響

地層儲層物性較差,短時間內侵入井內流體較少,即使存在壓力波動現象,也很難對壓井結果造成影響,此時司鉆法第二周循環重漿下行時采取控制套壓不變的措施是可行的。相反如果地層儲層物性較好,則該方法不可行,因為井底置換反應明顯,并且存在壓力波動,致使流體持續侵入環空,靜液柱壓力降低[2,3,5],導致流體快速侵入井內,造成多次壓井。

2.2 井深對壓井的影響

例:X-1 井為直井,鉆至3200m 發生溢流,測得鉆鋌長100m,內容積4.01L/m;5”鉆桿3100m,內容積9.26L/m;低泵沖排量為10L/s,使用以下公式計算:

式中Vd-鉆具內容積,L/m;L-鉆具長度,m;Qk-泵排量,L/s。

以下進行不同井深條件下重漿下行時間的計算,其他條件不變,鉆至3200、4200、5200m 發生溢流,由計算結果(圖1-a)可知:

圖1 重漿下行時間的計算

2.2.1 當井深較淺,重漿下行時間相對較短。正常情況下侵入井內的流體較少, 此時第二周循環重漿下行時采取控制套壓不變的措施是可行的, 因為在短時間內不會有太多流體進入井內,對壓井結果的影響也是有限的。

2.2.2 當井深較深,重漿下行時間相對較長。正常情況下侵入井內的流體較上者會明顯增多,此時若遇聯通性好的產層,效果更為明顯。該情況下,當重漿下行時采取控制套壓不變的措施是不可行的,因為下行時間過長,即使聯通性較差也會導致更多的流體進入井內,加上壓力波動,流體不斷進入環空,使得壓井復雜。

2.3 鉆具尺寸對壓井的影響

根據前文2.2 案例及公式(1)進行不同鉆具尺寸下重漿下行時間的計算,其它條件不變,改變鉆具尺寸,3-1/2”鉆桿內容積3.78L/m;4”鉆桿內容積5.2L/m;5”鉆桿內容積9.26L/m,由計算結果(圖1-b)可知:

鉆具尺寸越小,其內容積越小,在相同排量下,司鉆法第二周循環重漿下行時間越短,其它條件一定的情況下,侵入井內的流體會相對較少,反之會增多。

2.4 低泵速排量對壓井的影響

根據前文2.2 案例及公式(1)進行不同排量下重漿下行時間的計算,其它條件不變,更改壓井排量,分別為5L/s、7L/s、10L/s,由計算結果(圖1-c)可知:

壓井排量一般為正常排量的1/3-1/2,低泵沖壓井排量越大,井底ECD 越大,第二周循環重漿下行時間越短,其它條件一定的情況下,侵入井內的流體會相對較少,反之會增多。通過對井深、鉆桿具寸和壓井排量三方面分析得出,同等條件下,井深越深、鉆具尺寸越大、壓井排量越小,則重漿下行時間越長。以上三方面因素再結合聯通性較好的地層, 重漿下行時采取控制套壓不變的措施理論上則是不可行的,地層聯通性好,井內本身的置換就很明顯,再加上重漿下行時間較長,使得流體不斷進入環空,此時如果保持套壓不變,侵入井內的油氣會迅速增加,并且存在累積效應,井底壓力會大大降低,使得壓井復雜,造成多次循環壓井,甚至導致壓井失敗。

3 推薦施工措施

針對重漿下行時間過長、地層聯通性較好的井侵,推薦司鉆法壓井采用以下方法:第一循環周排除受侵鉆井液期間內,控制循環立壓始終等于初始循環立壓不變。第二循環周從重漿泵入鉆具開始下行至鉆頭時間段內,通過計算繪制出立管壓降曲線,采取控制循環立壓按計算數據下降的措施[1,4],在重漿從鉆頭進入環空返至井口的過程中,始終保持循環立壓等于終了循環立壓。

重漿下行到鉆頭任一點處立壓PTcd的計算如下:

設重漿進入鉆桿內長度y1=Q·t/A1,則鉆桿內的平均密度[6,7]

式中:Q-壓井排量,m3/s;t-壓井時間,s;A1-鉆桿內橫截面積,m2;D-井深,m;pp-井底壓力,MPa;Δpdrill-鉆桿內壓耗,MPa;ρk,ρm-重漿密度和鉆井液密度,g/cm3;Gk,Gm-重漿梯度和鉆井液梯度,MPa/m。

4 優化后立壓、套壓變化規律（圖2）

圖2 優化后立壓、套壓變化曲線圖

4.1 立壓變化規律

第一循環周,0-t2時間段內,保持初始循環立壓PTi不變,以原漿循環排除受侵泥漿[1];第二循環周,t2-t3時間段內,重漿由井口至鉆頭,控制循環立壓按計算數據下降,立壓由PTi降到終了循環立壓PTf;t3-t6時間段內,重漿由井底返至井口,保持PTf不變。

4.2 套壓變化規律

第一循環周,0-t1時間段內,溢流頂部到達井口,套壓上升到第一個峰值;t1-t2時間段內,溢流返出井口,一般情況下該周很難一次循環干凈,存在少量流體,因此套壓下降,但未降至初始關井立壓;t2-t3時間段內,重漿由井口至鉆頭,井內雖存在少量入侵流體,使得靜液柱壓力下降,但此時套壓略有上升,用以維持井底壓力,抑制流體入侵程度,大大延緩流體入侵,使得井內入侵流體極少;t3-t4時間段內,重漿進入環空,入侵流體到達井口,因入侵流體相對較少,套壓上漲趨勢并非太大;t4-t5時間段內,入侵流體排出,套壓迅速下降;t5-t6時間段內,排除井內原鉆井液,套壓逐漸下降,隨著重漿返至井口,此時井內雖可能仍存在極少量入侵流體,但對套壓影響極小,使得井內套壓下降為0,此時壓井成功。

5 結論

5.1 通過分析得出,地層、井深、鉆具尺寸、低泵速排量等因素均對司鉆法壓井第二周循環有較大影響, 因此第二周循環重漿下行時間內,控制套壓不變壓井的措施有一定的適用性,現場壓井施工應根據實際工況選擇合理壓井方法。

5.2 傳統司鉆法適用于一般井侵狀況,而針對重漿下行時間過長、儲層物性較好等特殊工況的井侵,推薦在司鉆法第二周循環重漿下行期間, 采用控制循環立壓按計算數據下降的壓井措施。