南海東部大位移井固井技術淺析

趙 琥 （長江大學石油工程學院，湖北 荊州434023）中海油服油田化學研究院固井工藝研究所，北京101149

傳統(tǒng)意義上的大位移井 （Extended Reach Drilling，ERD）一般是指井的水平位移與垂直位移之比等于或大于2的定向井，然而這種定義不能完全的概括不同類型的大位移井或其相關復雜的井。目前國際上對大位移井的分類主要有2類：①非常淺的ERD。非常淺的ERD的特點是垂深比較淺，地層膠結不好，井底循環(huán)當量比重 （ECD）有限，粘滯力和拖拽力過大。在南海東部地區(qū)，流花油田比較典型，平均TVD800～1000m，井眼易漏失、ECD不好控制，下入套管困難。②非常長的ERD。非常長的ERD的特點是井眼比較長、井眼軌跡比較復雜，此類井需克服井下摩阻、井底壓力和地層應力等困難，此類井受鉆機能力限制的影響。在南海東部地區(qū)，西江油田比較典型，ERD井深達到8800～9000m。固井質量的好壞直接影響到油田的生產，特別是投資巨大的大位移井固井，如果沒有好的固井質量，油井產能將很快的衰減，將直接影響到投資效益。對于大位移井固井來說面臨的主要困難有以下幾個方面：井眼清潔很困難、套管下入困難、套管居中困難、ECD限制頂替排量、粘稠泥漿難以驅替、井底溫度不易掌握、套管膠塞失效等。下面，筆者就南海東部地區(qū)大位移固井的關鍵技術措施進行了歸納和總結。

1 井眼清潔

井眼清潔對大位移固井來說至關重要，良好的井眼清潔能為固井提供一個有利的環(huán)境，巖屑床的形成將直接影響到固井的膠結質量。根據(jù)井眼的傾斜角度和巖屑的運移軌跡可以分析出大位移井巖屑床容易形成的原因。對于直井到30°角的斜井，攜帶巖屑主要需克服巖屑自身的重力，容易通過調節(jié)鉆井液的粘度和循環(huán)排量，提高巖屑的下滑阻力，從而把巖屑帶至地面30～65°井段，巖屑下落至低邊時，受重力的影響，巖屑會自然向下滑動，通過鉆桿的旋轉擾動和提高排量，能使巖屑重新進入鉆井液過流區(qū)，從而不斷的把巖屑攜帶至地面［1］。65～90°井段則完全不同，一旦巖屑下落至低邊，攜帶巖屑必須克服巖屑的滑動阻力。在大位移井中由于大斜度井段比較長，井眼環(huán)空和鉆具組合尺寸的影響，巖屑隨著尺寸的變化，導致鉆井液的端面流速不盡相同，從而容易形成巖屑床，大斜度井段一旦形成巖屑床，僅僅通過調節(jié)泥漿性能，無法實現(xiàn)低邊巖屑的攜帶。

根據(jù)南海東部地區(qū)的作業(yè)經驗，通過鉆進過程中的短起或起鉆前循環(huán)是實現(xiàn)大位移井的井眼清潔的最有效途徑之一，只有鉆進或倒劃眼過程中的循環(huán)清潔，才能保證套管能夠順利下入和提高水泥環(huán)的膠結質量。鉆進過程中的井眼清潔實際上是一個將鉆進速度 （ROP）與鉆井井眼清潔體系能力相匹配的過程。筆者根據(jù)南海的作業(yè)經驗推薦了一些在鉆進過程中非常重要的關于井眼清潔的鉆進參數(shù)、監(jiān)測工具及出現(xiàn)井眼清潔問題時的補救措施。

1）關鍵的井眼清潔參數(shù) ①排量。任何時候盡量開到最大。用6．5inch缸套，最大排量可達1000gpm，在靶點深度可以降到800gpm左右 （受泵壓限制）。②轉速。鉆桿轉速150～180rpm為最佳，同時也需考慮鉆具振動等因素進行優(yōu)化。③泥漿性能。泥漿旋轉粘度計6轉讀數(shù)值保持在12～14范圍內，塑性粘度和低固相比重盡量低 （盡量使用高目數(shù)的震動篩和離心分離機），盡量使泥漿比重最小。④鉆進速度。在扭矩、摩阻和其他系統(tǒng)參數(shù)限制范圍內進行優(yōu)化。

2）井眼清潔的監(jiān)測 ①鉆具摩阻觀察。確保每鉆一柱記錄上提、下放、旋轉時的懸重和扭矩，并與上一柱進行對比。如果有大的變化，應在鉆臺上及時分析解釋，做出處理。②鉆屑觀察。常規(guī)震動篩監(jiān)測。觀察巖屑的體積、尺寸和形狀，鉆進時，震動篩上應該儲積較多的巖屑。③參數(shù)對比。監(jiān)測并記錄上面列出的關鍵參數(shù)，找出變化趨勢。④擬水力學。從理論上模擬出井眼清潔模式，并盡力校正這一模式。

3）井眼清潔補救措施 ①如果上述關鍵的井眼清潔參數(shù)還沒有得到優(yōu)化，調整這些關鍵參數(shù)達到以上要求為止；② 控制鉆進速度 （ROP），直到實際的摩阻值回到理論計算曲線；③考慮其他措施，如泵入清掃泥漿 （如加重泥漿或帶有堵漏性質的泥漿）、倒劃眼或者通井；④停鉆，把鉆具提離井底，進行循環(huán)清潔井眼。

2 套管漂浮接箍

在大位移固井中最常使用到的套管下入技術是漂浮接箍技術，其主要作用原理就是在套管串下端下入一段充滿空氣的套管，利用空套管自身的浮力，減少套管與井壁之間的摩擦阻力，從而實現(xiàn)套管在水平段的下入。目前常用的套管漂浮接箍，主要有Halliburton和Davis生產的漂浮接箍。

1）Halliburton漂浮接箍 Halliburton漂浮接箍所使用的是 “擊穿式”接箍，作用原理就是空套管下入預定井深后，通過加壓擊穿漂浮接箍的爆破板，從而實現(xiàn)下部空套管的灌漿。

2）Davis漂浮接箍 Davis漂浮接箍所使用的是 “剪切銷釘式”接箍，作用原理就是空套管下入預定井深后，通過加壓剪斷剪切銷釘，打開過流閥，實現(xiàn)底部空套管的灌漿。

實際使用過程中對于Halliburton漂浮接箍由于采用的是破裂板，由于破裂板除了壓力擊破外，受外力撞擊同樣會導致破裂，因此對于Halliburton漂浮接箍在下入過程中應該特別防止提前擊破。另外對于漂浮接箍在下入過程中，由于下段是空套管，必須注意下放套管速度不能過快，預防激動壓力壓漏地層。

3 扶正器的選擇與安裝

良好的套管居中能夠提高固井質量，但前提是能夠順利下入套管。扶正器的安放數(shù)量、安放位置將直接影響到套管能否順利下入。為保證大位移井套管的順利下入，必須滿足以下條件：①盡可能的優(yōu)化套管扶正器的加放數(shù)量；②如果不要求活動套管，推薦使用半剛性或雙弓扶正器，避免使用單弓彈性扶正器；③如果需要活動套管，推薦使用滾軸剛性扶正器；④為增加管鞋的居中和下入順利，建議浮鞋段采用半剛性扶正器，浮鞋以上第一根套管距離浮鞋5～6m位置加放2個扶正器，增加浮鞋向上的舉升力，減少下入過程的阻力，其后第2～3根套管不加放扶正器，以增加套管的撓性［1］。

通過南海大位移的固井，扶正器的加放需要根據(jù)實際的井況進行優(yōu)化和調整，并不是扶正器越少越好下入，扶正器的合理加放不但能夠盡可能的保證套管居中，而且還能夠減少套管的摩阻，實現(xiàn)套管的順利下入。表1列舉了HZ25-4-4井ERW套管扶正器加放數(shù)量。

表1 HZ25-4-4ERW套管扶正器加放數(shù)量

4 頂 替

水泥漿的污染是影響大位移套管固井質量的最主要因素之一。為了滿足大位移井井眼清潔的要求，大位移鉆井所采用的泥漿體系多為油基泥漿體系，要有效頂替此類泥漿十分困難。因此，大位移井要實現(xiàn)良好的頂替就需要綜合運移各種手段。

1）排量選擇 大位移井固井面臨的最大問題就是ECD受限，影響ECD的主要因素包括井眼的長度、環(huán)空的清潔程度、排量、泥漿性能、抽吸和激動壓力。合理的排量選擇能夠實現(xiàn)有效的頂替，同時避免ECD過大引起地層漏失。如何實現(xiàn)合理排量，現(xiàn)場通常的做法是首先通過相關的計算機模擬軟件根據(jù)相關的參數(shù)做出合理的排量選擇，其次通過鉆井過程中排量實驗，確認最大頂替排量。

2）清洗液的優(yōu)選 為了滿足油基泥漿的有效驅替，必須優(yōu)選沖洗液，選用的油基泥漿沖洗液必須對油基鉆井液所形成的泥餅具有強力滲透、增溶、乳化懸浮的復合效果，能在短時間內迅速有效地將附著在井壁套管壁上的油漿油膜洗凈，使井壁和套管壁從油濕變成水濕狀態(tài)，以有效地提高固井質量。

3）多級隔離液的使用 由于大位移井井眼比較長，整個頂替過程中沖刷管壁和頂替泥漿的接觸時間比較長，隔離液、沖洗液的摻混和污染比較嚴重，最終隔離液、清洗液抵達目前層時就失去原有的沖洗效果，無法實現(xiàn)目的層的有效沖刷和隔離。對此主要采用多級隔離液組合，能夠實現(xiàn)目的層的有效沖洗。

多級隔離液組合：基油＋粘稠隔離液＋沖洗液＋后置隔離液＋混合水＋低比重水泥漿＋尾漿。其中，基油的作業(yè)主要用于稀釋油基泥漿，為下面的粘稠隔離液創(chuàng)造有利的頂替環(huán)境；沖洗液選用油基泥漿沖洗液，有效的沖刷稀釋油基泥漿，改變管壁和井壁的親油環(huán)境，為水泥漿膠結創(chuàng)造條件；后置隔離液用于頂替前面易被污染的流體；低比重水泥漿能有效頂替前面的各種流體，為真正需要封固的尾漿提供一個良好的相容環(huán)境。

5 組合膠塞合理使用

在實際運用過程中，套管膠塞在大位移固井中破損率比較高，主要原因是由于大位移井眼長，再加上大部分是水平段，因此在頂替過程中，膠塞受管壁摩損的影響，導致破損，從而無法實現(xiàn)水泥漿的有效頂替和正常碰壓，而且水泥容易被膠塞頂部的泥漿污染。為保證頂替的順利，通常的做法是增加膠塞的數(shù)量，如采用雙頂塞方法。

6 大位移井循環(huán)溫度的確認

影響井下循環(huán)溫度的主要因素有液體性能、循環(huán)排量、地溫梯度、地層巖石的熱物性、液體入口的溫度、管柱形狀與熱物性、井眼尺寸、循環(huán)時間、井深［2］。結合南海地區(qū)的鉆井和作業(yè)特點，綜合分析大位移井影響井底循環(huán)溫度確認的主要因素有：

1）鉆井液性能 大位移鉆井為了減少鉆具的摩阻多采用油基泥漿，油基泥漿的導熱系數(shù)比水基泥漿要小，因此油基泥漿散熱比較緩慢，在同等循環(huán)條件下，采用油基泥漿的井底溫度要比水基泥漿的溫度偏高［3］。

2）TVD／MD 確定水泥漿升溫速率，由于大位移井的水平位移和垂直位移較大，垂相上的地溫梯度變化不大。因此在循環(huán)過程中，井內流體流過相同或相近溫度層位的時間較長，通過循環(huán)作用在地層所降低的溫度速率相對直井或斜井較慢。

3）循環(huán)排量 由于大位移井ECD的限制，循環(huán)過程中的循環(huán)排量不宜過大，循環(huán)降溫的效率相對較低。

4）循環(huán)時間 大位移井井眼較長，由于海上作業(yè)時間和費用的限制，循環(huán)時間也不宜太長，井底溫度降低的空間也相對有限，無法達到直井或斜井的循環(huán)效果。

通常情況下，確定井下循環(huán)溫度的主要方法有井下實測法、估算法、計算機模擬法3種。井下實測法是確定井下溫度的最直接辦法，是其他2種方法的基礎；在大位移井中通常采用的是參考LWD數(shù)據(jù)，但受鉆頭研磨和馬達旋轉所產生的高溫的影響，LWD采集的數(shù)據(jù)往往偏高。

［1］Mike Mims，Tony Krepp．Drilling Design and Implementation for Extended Reach and Complex Wells ［M］ ．Houston：K＆M Technology Group，LLC，Texas，2003．

［2］何世明，徐壁華，何平，等 ．水泥漿與泥漿比熱的室內研究 ［J］．西南石油學院學報，2000，22（4）：65-69．

［3］何世明，徐璧華，尹成，等 ．井下循環(huán)溫度模型及敏感性分析 ［J］．西南石油學院學報，2002，24（1）：57-60．