擠水泥作業設計及軟件開發

陳 彬 (長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023；中海油深圳分公司，廣東 深圳 518067)

劉良華 (中石油冀東油田公司陸上采油廠，河北 唐山 063200)

擠水泥作業設計及軟件開發

陳 彬 (長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023；中海油深圳分公司，廣東 深圳 518067)

劉良華 (中石油冀東油田公司陸上采油廠，河北 唐山 063200)

在石油天然氣井固完井過程中，對于封堵炮眼、封堵套管泄漏、封堵地層漏失以及補注水泥，通常需要進行擠水泥作業，然而其設計是否合理直接影響作業成敗和封固質量。因此，對擠水泥作業設計進行系統研究，并開發相應的擠水泥設計軟件具有重要的實際意義。對擠水泥工藝選擇、擠水泥流體性能設計、用量設計、施工設計進行系統的分析研究，并開發了擠水泥設計軟件，結合一口井進行擠水泥設計，結果滿足工程要求，達到了安全擠水泥的目的，對于科學指導擠水泥作業施工具有一定的指導意義。

擠水泥；流體性能；流體用量；施工；軟件開發

擠水泥是利用液體壓力擠壓水泥漿，使之進入環空需要封固的井段或地層裂縫與孔隙，或用于封堵炮眼、封堵套管泄漏和封堵地層漏失等，以達到封隔油氣層的目的。如果管外有漏失層和高滲透層，擠入壓力低于地層破裂壓力時即可將水泥擠入，稱為低壓擠水泥，其特點是所施加壓力使脫水水泥漿在炮眼以及可能存在的孔道和裂縫處形成水泥濾餅而進行封堵。如果擠入壓力高于地層破裂壓力才能將水泥擠入，稱為高壓擠水泥，是將地層壓裂后進入炮眼以及可能存在的孔道和裂縫進行封堵。擠水泥設計合理與否直接影響作業成敗和封固質量，因此，對擠水泥作業設計進行系統研究，并開發相應的擠水泥設計軟件具有重要的實際意義。

1 擠水泥工藝

在石油天然氣井固井過程中擠水泥工藝有以下3種：

1.1井口法擠水泥

井口法擠水泥是將鉆桿或油管下至預定井深，泵入一定量的水泥漿和替鉆井液，然后把管柱提出水泥面，循環出多余的水泥漿，關閉井口，從管柱水眼內擠入一定量的鉆井液，從而達到把水泥漿擠入地層封隔油氣水層(或封堵炮眼、封堵套管泄漏、封堵地層漏失)的目的[1]。

1.2封隔器法擠水泥

用油管或鉆桿把封隔器下至預定井深，泵入一定量的水泥漿和替鉆井液，然后把管柱提出水泥面，循環出多余的水泥漿，坐封封隔器，從管柱水眼內擠入一定量的鉆井液，從而達到把水泥漿擠入地層封隔油氣水層(或封堵炮眼、封堵套管泄漏、封堵地層漏失)的目的。

1.3承留器法擠水泥

用鉆桿或油管將水泥承留器下至擠水泥目的層頂部，從管柱水眼內直接擠水泥，從而達到把水泥漿擠入地層封隔油氣水層(或封堵炮眼、封堵套管泄漏、封堵地層漏失)的目的。

上述3種擠水泥工藝中，井口法擠水泥操作工藝簡單，在現場應用較為廣泛，下面以井口法擠水泥工藝為例進行設計。

2 擠水泥設計

2.1流體性能設計

在設計擠水泥作業流體性能時，必須按照井下溫度與壓力做水泥漿化驗，以確定藥品種類和加量。設計水泥漿稠化時間=擠水泥施工時間(注水泥漿時間+替鉆井液時間+起鉆時間+循環時間+關閉井口時間+擠水泥時間)+60min。水泥漿失水量依據地層滲透性而定，低滲透地層允許API失水量在100～200ml之間，高滲透地層允許API失水量在50～100ml之間，裂縫性地層失水量控制在200～500ml之間。水泥石24h的抗壓強度應大于14MPa。

為了有效隔離水泥漿與套管內其他流體，防止互相污染，前置液和后置液的高度不得低于150m，必要時應做管內流體與水泥漿的污染試驗。

2.2流體用量設計

1)水泥漿用量 對于封堵炮眼，水泥漿用量為擠入量、炮眼段套管的內容積及附加量之和；對于封堵套管泄漏，水泥漿用量為擠入量、泄漏段套管的內容積及附加量之和；對于封堵漏失層，水泥漿用量為擠入量、漏失段的內容積及附加量之和；對于補注水泥，水泥漿用量為補注段容積與附加量之和。連通炮眼間環空補注水泥，或尾管射孔處至喇叭口環空補注水泥，應有部分水泥漿從上部炮眼或喇叭口返出。

對于擠入量，封堵炮眼根據炮眼長度確定，射孔井段300L/m；擠入排量不低于300L/min時的擠入量不宜低于5m3；裂縫性地層擠入量不宜低于10m3；易破裂地層及高壓擠水泥，水泥漿量應適當增大。

井口法擠水泥在上提作業管柱前，宜在作業管柱內保留比管外至少高100m的水泥漿。

2)頂替液用量 井口法擠水泥作業的頂替液用量包括以下2部分：①作業管柱的內容積減去前置液、水泥漿和后置液體積；②設計的水泥漿用量[2]。

2.3施工設計

1)安全壓力要求 ①封堵炮眼、套管泄漏擠水泥作業在侯凝期間，擠入位置的套管內壓力不應低于管外。②井口法擠水泥作業中，上提注水泥作業管柱時的管內靜液柱壓力不應低于管外的靜液柱壓力[3]。

2)試擠要求 ①遇有下列情況時，應在擠入位置以下坐橋塞：①試擠壓力將壓裂(或壓漏)擠入位置以下的裸眼地層。②不能肯定試擠壓力不會壓裂(或壓漏)擠入位置以下的裸眼地層。②關井試擠時，試擠壓力不應超過套管抗內壓強度的70%和井口額定工作壓力。③用封隔器試擠時，試擠壓力不應超過套管抗外擠強度的70%或封隔器的額定工作負壓差。④下橋塞后，試擠壓力不應超過橋塞的額定工作正壓差[3]。

3)控制井口最大壓力 控制井口最大壓力計算公式[2]為：

Ph=Pf-Pi-3.45

式中，Ph為控制井口最大壓力，MPa；Pf為擠入點地層破裂壓力，MPa；Pi為管內液柱壓力，MPa。

3 擠水泥設計軟件開發與應用

以擠水泥作業設計理論為基礎，結合現場擠水泥施工特點，在Microsoft Windows的環境下，用Visual Basic 6.0可視化編程語言開發了擠水泥設計軟件。該軟件可應用井口法擠水泥分別對封堵炮眼、封堵套管泄漏、封堵地層漏失、補注水泥4種工況進行擠水泥設計。

3.1基本井況

某井井身結構為：一開用?444.5mm鉆頭鉆至井深203.7m,?339.7mm表層套管下至井深 193.3m；二開用?311.15mm鉆頭鉆至井深1750m,?244.5mm技術套管下至井深1748.2m；三開用?215.9mm鉆頭鉆至井深3995m，?139.7mm油層套管下至井深3993m，水泥返至井深2200m，油層套管為N80鋼級套管，壁厚7.72mm。

油層套管固井后發現套管泄漏，采用?118mm封隔器找漏，確定漏失位置在2530～2533m之間，漏失點地層漏失壓力為33.2MPa，擬采取擠水泥補救措施。

3.2設計結果

采用嘉華G級水泥，密度為1.9g/cm3的水泥漿，在試驗溫度90℃、試驗壓力25MPa條件下，稠化時間271min，24h抗壓強度大于14MPa。采用?73mm鉆桿×400m+Y211型封隔器+?73mm鉆桿×2136m下井管串結構進行擠水泥作業，預計水泥漿擠入量為3.5m3，水泥漿附加量0.5m3。具體施工排量與時間計算如表1所示。

表1 擠水泥作業設計施工排量與時間

按照上述擠水泥設計參數與施工程序進行現場施工后，套管試壓合格，擠水泥作業成功。

4 結 語

1)擠水泥作業對水泥漿稠化時間、失水量、抗壓強度等性能有一定要求，現場必須按照井下溫度與壓力條件進行水泥漿化驗，合理確定水泥漿性能。

2)根據施工工藝準確計算水泥漿與頂替液用量，并設計足量的前置液與后置液，嚴格按照安全壓力要求和試擠要求進行擠水泥，確保擠水泥作業成功。

3)開發了擠水泥設計軟件，可應用井口法擠水泥分別對封堵炮眼、封堵套管泄漏、封堵地層漏失、補注水泥4種工況進行擠水泥設計，結果滿足工程設計要求。

[1]秦紹峰,蘇曉東,胡修權.提高擠水泥漿施工成功率的措施與方法[J].內江科技,2008(7):114，162.

[2]鉆井手冊(甲方)編寫組.鉆井手冊[M].北京:石油工業出版社,1990:626-632.

[3]SY5374.2-2006,固井作業規程(第2部分：特殊固井)[S].

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.03.027

TE242.6

A

1673-1409(2012)03-N081-02

2012-01-28

陳彬(1983-)，男， 2006年大學畢業，碩士生，現主要從事鉆井技術與管理方面的研究工作。