寧東工區二級結構水平井固井工藝應用現狀與分析

劉鐵軍

摘 要：為進一步提高鉆井效率，寧東工區二級結構水平井二開直接鉆進至B點完鉆，采用水平段下入篩管（或裸眼）+套管的管柱結構，應用管外封隔器（或水泥傘）將水平段與A點上部地層分隔開來并通過分級注水泥器實現上部注水泥作業。該文通過6口井的應用實驗，總結分析了該工藝技術的工藝難點，提出了提高二級結構水平井固井工藝可靠性的技術措施。

關鍵詞：水平井 套管串結構 管外封隔器 模擬通井 壓力控制

中圖分類號：TE256 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0097-02

1 二級結構水平井固井工藝概況

為進一步提高鉆井效率，寧東工區部分水平井采用了二級井身結構，即二開直接鉆進至B靶點完鉆，水平段采用裸眼或下入篩管，套管下至A靶點附近并實施上部注水泥作業。典型井身結構及套管程序見表1，表2。

該種結構水平井主要通過管外封隔器（或水泥傘）將水平段與上部環空分隔，通過盲板將水平段與套管內封隔，再通過分級注水泥器實現上部注水泥作業。

其優點主要有：（1）取消三開鉆井，大大提高了鉆井效率，可有效縮短建井周期；

（2）技術套管規格由177.8 mm改為139.7mm，可節省鋼材，降低成本；

（3）與177.8mm套管相比，下入139.7 mm套管增大了套管與井壁間的環狀間隙，可降低環空摩阻，進而降低井漏的風險；

（4）可避免水泥漿對水平段產層的污染。

其難點主要有：

（1）對入井工具（管外封隔器、盲板、分級注水泥器等）的可靠性要求較高，封隔器能否有效脹封、分級注水泥器能否正常開孔、順利關閉對固井施工將產生直接影響；

（2）由于受井眼軌跡及井身質量的影響，套管串（含篩管）順利下至預定位置的難度較大；

（3）因井漏或管外封隔器脹封失效等原因導致水泥漿進入水平段產層，將對后期試油氣作業造成較大影響。

2 二級結構水平井固井工藝應用現狀

2.1 套管串結構類型

寧東工區已完成6口二級結構水平井的施工，其管串結構分為以下3種類型：

類型1：引鞋（帶盲板）+3根套管（每根加裝水泥傘1個）+循環孔打開式免鉆分級注水泥器+套管串，此種類型應用于NP8、NP13井。

類型2：引鞋+盲板短節+1根套管+管外封隔器+1根套管+管外封隔器+1根套管+壓差式分級注水泥器+套管串，此種類型應用于NP11井。

類型3：引鞋+篩管串+盲板短節+1根套管+管外封隔器+1根套管+管外封隔器+1根套管+壓差式分級注水泥器+套管串，此種類型應用于NP10、ND27P6、NP15井。

2.2 固井施工簡況

二級結構水平井固井水泥漿漿柱結構設計為雙密度兩凝體系，領漿設計密度1.25～1.30 g/cm3，封固造斜點以上井段，設計稠化時間240-300 min；尾漿設計密度1.75 g/cm3，封固造斜點以下井段，設計稠化時間100 min左右。施工簡況詳見表3。

NP11井在采用第1種類型管串結構下套管中途準備開泵循環時，發生蹩泵，被迫起出套管。經檢查發現循環孔打開式分級注水泥器的關閉套已經提前關閉，改用第2種類型管串結構重新下套管后進行固井作業。NP15井下套管中途遇卡，剩余17根套管未入井，被迫實施固井作業。

2.3 固井施工結果

二級結構水平井注水泥及替漿過程中除NP11、NP13井替漿中、后期發生漏失外，其余各井均連續正常。施工結果詳見表4。

NP11井由鉆井隊負責后期水平段掃塞作業，掃塞后順利進入試油作業。

NP13井在后期掃塞作業時發生事故，嚴重影響了工期和試油作業。

NP15井因套管中途遇卡，被迫實施固井作業，漏封A點以上170余m井段，給后期試油作業造成一定影響。

3 二級結構水平井固井工藝應用分析

3.1 水平段（目的層）存水泥原因

在水泥漿漿柱結構設計、施工壓力控制基本相同的情況下，發生漏失的NP11、NP13井裸眼段存有水泥，分析原因主要有：

（1）由于水平段（目的層巖性砂巖）地層壓力較低，固井施工及候凝過程中因壓力增加而發生水泥漿下行。

（2）管外裸眼封隔器（或水泥傘）未能充分起到封隔、阻擋環空水泥漿下行進入裸眼段的作用。

在同等條件下，NP8、NP10和ND27P6井未發生漏失，后期作業正常，裸眼段未發現水泥，實現了設計目的。對比NP11、NP13井的情況，說明漏失對該固井工藝成功率影響較大。

3.2 套管中途遇卡原因

NP15井下套管中途遇卡，剩余17根套管未入井，經反復上提下放均未能解卡，分析原因主要有：

（1）設計靶前距較小（250.03 m）、井眼曲率及曲率變化較大（封隔器卡點位置曲率7.05～7.82 °/30 m）且不規則，是造成本次套管串遇阻卡的主要原因；

（2）通井管柱組合為：81/2″鉆頭+61/2″雙扶正器+5″鉆桿，通井時起下鉆比較順暢。封隔器組合最大外徑為：下封隔器178 mm、上封隔器178 mm，長度分別為3 m、4.29 m，且連續安放3只剛性扶正器（最大外徑211 mm），管串剛性較強，與井眼間隙較小，不利于管串順利下入；

（3）該管串組合為：引鞋+篩管串+盲板短節+封隔器+1根套管+封隔器+1根套管+分級注水泥器+套管串，由于使用了盲板，套管串為死腔，一旦發生遇阻卡情況不能進行循環。

3.3 入井工具性能對固井工藝的影響

在管串結構中使用管外封隔器或水泥傘的目的是實現環空分隔，滿足上部注水泥作業的工藝需要。由NP11、NP13井的施工結果可知，兩口井均未能達到工藝要求的有效分隔，因此在水平段（裸眼或篩管段）有可能發生漏失井采用該固井工藝時，工具的可靠性就成為至關重要的影響因素。endprint

水泥傘是在注水泥過程中防止水泥漿通過水泥傘下竄，起隔離水泥漿的作用。其工作原理是固井結束時，在環空液柱壓力的作用下使錐形膠皮筒（或帆布筒）張開，阻止水泥漿下沉，可稱為“被動隔離”。其優點是結構簡單，使用方便，成本低。

管外封隔器則是采用水力膨脹式結構，液體經限壓閥進入中心管與膠筒間的膨脹腔內，使封隔器膠筒膨脹與井壁緊密接觸形成密封，起到封隔和橋堵的作用，可稱為“主動隔離”。其優點是由于使用了自鎖裝置可使膨脹腔內的壓力保持不變，因而封隔器膠筒與井壁間可實現長時間封隔密封。相對于水泥傘而言，其結構復雜，操作程序多，成本較高。

通過對管外封隔器和水泥傘工作原理及使用材料進行對比分析，可以得出結論：在使用條件相同的情況下，管外封隔器順利脹封后的封隔效果好于水泥傘。

分級注水泥器的可靠性對固井工藝的實施同樣至關重要。若分級注水泥器無法正常開孔將直接導致無法正常實施固井作業；關閉套若無法關閉則會形成隱患，對套管串的長期密封性產生影響。

4 提高二級結構水平井固井工藝可靠性的技術措施

通過對已施工6口井的對比、分析，如何確保套管串順利下放到位、防止井內發生漏失和提高入井工具的可靠性是提高二級結構水平井固井工藝可靠性的的關鍵問題所在。

4.1 確保套管串下放到位

（1）在鉆井設計與施工階段，充分考慮套管串組合形式及其允許下入的最小曲率半徑與井眼軌跡的關系。通過合理的井眼軌跡設計與控制，為套管串順利下放到位提供先決條件。

（2）下套管前，采用不小于套管串剛度的管柱組合進行模擬通井，并達到起下管柱順暢無阻卡為通井合格。

（3）調整鉆井液性能，加入潤滑材料，提高潤滑性，減小下套管摩阻。

（4）控制套管下放速度，及時灌漿，套管進入造斜點以后密切關注摩阻變化情況，避免出現大噸位強壓或強拉，防止出現套管粘卡。

（5）合理選擇并安放扶正器。

4.2 防止井內漏失

（1）鉆井過程中發現有漏失跡象及時采取措施，應用隨鉆堵漏等技術措施提前進行處理和預防，必要的時候應進行承壓堵漏作業；

（2）下套管前應調整鉆井液性能，在確保井內安全的前提下，降低鉆井液的粘度、切力；發生井內漏失，應先期進行堵漏作業，必要時應進行承壓試驗。

（3）下套管過程中應嚴格控制套管下放速度，防止因激動壓力過高而壓漏地層。

（4）在確保“壓穩”的前提下，通過合理的水泥漿柱結構設計和壓力控制，降低注水泥作業時發生漏失的風險。

4.3 提高入井工具可靠性

（1）通過廣泛的市場調研和應用統計，選擇質量好、信譽高、服務技術強的供貨方為供應商；

（2）工程技術人員熟知并掌握入境工具結構、性能、工作原理和使用（操作）方法，以最大限度的發揮工具的效用。

（3）嚴格執行入井工具的檢驗和操作規程，加強工具入井前的檢查或試驗，杜絕工具“帶病”入井。

（4）管外封隔器脹封位置應選擇在巖性較致密穩定、井眼規則、井斜較小且井徑小于封隔器有效脹封外徑的井段。

（5）在設備、機具保障上滿足工具操作的需要和要求。

5 結論與認識

（1）二級結構水平井固井工藝可有效縮短建井周期，減少鋼材使用量，適用性較高，具有推廣價值。

（2）由于套管串結構復雜，入井工具較多，對井眼軌跡和井身質量提出了更高的要求。

（3）下套管前的模擬通井對能否實現套管串下放到位至關重要，模擬通井順暢可大大提高套管串到位率。

（4）嚴格執行入井工具的檢驗和操作程序，可大大提高工具的可靠性。

（5）通過優化水泥漿柱結構設計和注水泥作業中的壓力控制，可在一定程度上降低漏失風險。

（6）可與工具廠商協作研究，繼續優化管串結構。

參考文獻

[1] 鉆井手冊（甲方）寫組.鉆井手冊（甲方）[M].石油工業出版社，1990.

[2] 徐惠峰.鉆井技術手冊（三）固井[M].石油工業出版社，1990.

[3] 周全興.鉆采工具手冊（上）[M].科學出版社，2002.

[4] 朱禮平，肖國益.模擬下套管技術在河壩區塊大斜度井中的應用[J].天然氣工業 2010，30（1）.

[5] 王翔，黨冰華.NP8等6口井鉆井工程設計[D].華北分公司工程技術研究院.endprint

水泥傘是在注水泥過程中防止水泥漿通過水泥傘下竄，起隔離水泥漿的作用。其工作原理是固井結束時，在環空液柱壓力的作用下使錐形膠皮筒（或帆布筒）張開，阻止水泥漿下沉，可稱為“被動隔離”。其優點是結構簡單，使用方便，成本低。

管外封隔器則是采用水力膨脹式結構，液體經限壓閥進入中心管與膠筒間的膨脹腔內，使封隔器膠筒膨脹與井壁緊密接觸形成密封，起到封隔和橋堵的作用，可稱為“主動隔離”。其優點是由于使用了自鎖裝置可使膨脹腔內的壓力保持不變，因而封隔器膠筒與井壁間可實現長時間封隔密封。相對于水泥傘而言，其結構復雜，操作程序多，成本較高。

通過對管外封隔器和水泥傘工作原理及使用材料進行對比分析，可以得出結論：在使用條件相同的情況下，管外封隔器順利脹封后的封隔效果好于水泥傘。

分級注水泥器的可靠性對固井工藝的實施同樣至關重要。若分級注水泥器無法正常開孔將直接導致無法正常實施固井作業；關閉套若無法關閉則會形成隱患，對套管串的長期密封性產生影響。

4 提高二級結構水平井固井工藝可靠性的技術措施

通過對已施工6口井的對比、分析，如何確保套管串順利下放到位、防止井內發生漏失和提高入井工具的可靠性是提高二級結構水平井固井工藝可靠性的的關鍵問題所在。

4.1 確保套管串下放到位

（1）在鉆井設計與施工階段，充分考慮套管串組合形式及其允許下入的最小曲率半徑與井眼軌跡的關系。通過合理的井眼軌跡設計與控制，為套管串順利下放到位提供先決條件。

（2）下套管前，采用不小于套管串剛度的管柱組合進行模擬通井，并達到起下管柱順暢無阻卡為通井合格。

（3）調整鉆井液性能，加入潤滑材料，提高潤滑性，減小下套管摩阻。

（4）控制套管下放速度，及時灌漿，套管進入造斜點以后密切關注摩阻變化情況，避免出現大噸位強壓或強拉，防止出現套管粘卡。

（5）合理選擇并安放扶正器。

4.2 防止井內漏失

（1）鉆井過程中發現有漏失跡象及時采取措施，應用隨鉆堵漏等技術措施提前進行處理和預防，必要的時候應進行承壓堵漏作業；

（2）下套管前應調整鉆井液性能，在確保井內安全的前提下，降低鉆井液的粘度、切力；發生井內漏失，應先期進行堵漏作業，必要時應進行承壓試驗。

（3）下套管過程中應嚴格控制套管下放速度，防止因激動壓力過高而壓漏地層。

（4）在確保“壓穩”的前提下，通過合理的水泥漿柱結構設計和壓力控制，降低注水泥作業時發生漏失的風險。

4.3 提高入井工具可靠性

（1）通過廣泛的市場調研和應用統計，選擇質量好、信譽高、服務技術強的供貨方為供應商；

（2）工程技術人員熟知并掌握入境工具結構、性能、工作原理和使用（操作）方法，以最大限度的發揮工具的效用。

（3）嚴格執行入井工具的檢驗和操作規程，加強工具入井前的檢查或試驗，杜絕工具“帶病”入井。

（4）管外封隔器脹封位置應選擇在巖性較致密穩定、井眼規則、井斜較小且井徑小于封隔器有效脹封外徑的井段。

（5）在設備、機具保障上滿足工具操作的需要和要求。

5 結論與認識

（1）二級結構水平井固井工藝可有效縮短建井周期，減少鋼材使用量，適用性較高，具有推廣價值。

（2）由于套管串結構復雜，入井工具較多，對井眼軌跡和井身質量提出了更高的要求。

（3）下套管前的模擬通井對能否實現套管串下放到位至關重要，模擬通井順暢可大大提高套管串到位率。

（4）嚴格執行入井工具的檢驗和操作程序，可大大提高工具的可靠性。

（5）通過優化水泥漿柱結構設計和注水泥作業中的壓力控制，可在一定程度上降低漏失風險。

（6）可與工具廠商協作研究，繼續優化管串結構。

參考文獻

[1] 鉆井手冊（甲方）寫組.鉆井手冊（甲方）[M].石油工業出版社，1990.

[2] 徐惠峰.鉆井技術手冊（三）固井[M].石油工業出版社，1990.

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[5] 王翔，黨冰華.NP8等6口井鉆井工程設計[D].華北分公司工程技術研究院.endprint

水泥傘是在注水泥過程中防止水泥漿通過水泥傘下竄，起隔離水泥漿的作用。其工作原理是固井結束時，在環空液柱壓力的作用下使錐形膠皮筒（或帆布筒）張開，阻止水泥漿下沉，可稱為“被動隔離”。其優點是結構簡單，使用方便，成本低。

管外封隔器則是采用水力膨脹式結構，液體經限壓閥進入中心管與膠筒間的膨脹腔內，使封隔器膠筒膨脹與井壁緊密接觸形成密封，起到封隔和橋堵的作用，可稱為“主動隔離”。其優點是由于使用了自鎖裝置可使膨脹腔內的壓力保持不變，因而封隔器膠筒與井壁間可實現長時間封隔密封。相對于水泥傘而言，其結構復雜，操作程序多，成本較高。

通過對管外封隔器和水泥傘工作原理及使用材料進行對比分析，可以得出結論：在使用條件相同的情況下，管外封隔器順利脹封后的封隔效果好于水泥傘。

分級注水泥器的可靠性對固井工藝的實施同樣至關重要。若分級注水泥器無法正常開孔將直接導致無法正常實施固井作業；關閉套若無法關閉則會形成隱患，對套管串的長期密封性產生影響。

4 提高二級結構水平井固井工藝可靠性的技術措施

通過對已施工6口井的對比、分析，如何確保套管串順利下放到位、防止井內發生漏失和提高入井工具的可靠性是提高二級結構水平井固井工藝可靠性的的關鍵問題所在。

4.1 確保套管串下放到位

（1）在鉆井設計與施工階段，充分考慮套管串組合形式及其允許下入的最小曲率半徑與井眼軌跡的關系。通過合理的井眼軌跡設計與控制，為套管串順利下放到位提供先決條件。

（2）下套管前，采用不小于套管串剛度的管柱組合進行模擬通井，并達到起下管柱順暢無阻卡為通井合格。

（3）調整鉆井液性能，加入潤滑材料，提高潤滑性，減小下套管摩阻。

（4）控制套管下放速度，及時灌漿，套管進入造斜點以后密切關注摩阻變化情況，避免出現大噸位強壓或強拉，防止出現套管粘卡。

（5）合理選擇并安放扶正器。

4.2 防止井內漏失

（1）鉆井過程中發現有漏失跡象及時采取措施，應用隨鉆堵漏等技術措施提前進行處理和預防，必要的時候應進行承壓堵漏作業；

（2）下套管前應調整鉆井液性能，在確保井內安全的前提下，降低鉆井液的粘度、切力；發生井內漏失，應先期進行堵漏作業，必要時應進行承壓試驗。

（3）下套管過程中應嚴格控制套管下放速度，防止因激動壓力過高而壓漏地層。

（4）在確保“壓穩”的前提下，通過合理的水泥漿柱結構設計和壓力控制，降低注水泥作業時發生漏失的風險。

4.3 提高入井工具可靠性

（1）通過廣泛的市場調研和應用統計，選擇質量好、信譽高、服務技術強的供貨方為供應商；

（2）工程技術人員熟知并掌握入境工具結構、性能、工作原理和使用（操作）方法，以最大限度的發揮工具的效用。

（3）嚴格執行入井工具的檢驗和操作規程，加強工具入井前的檢查或試驗，杜絕工具“帶病”入井。

（4）管外封隔器脹封位置應選擇在巖性較致密穩定、井眼規則、井斜較小且井徑小于封隔器有效脹封外徑的井段。

（5）在設備、機具保障上滿足工具操作的需要和要求。

5 結論與認識

（1）二級結構水平井固井工藝可有效縮短建井周期，減少鋼材使用量，適用性較高，具有推廣價值。

（2）由于套管串結構復雜，入井工具較多，對井眼軌跡和井身質量提出了更高的要求。

（3）下套管前的模擬通井對能否實現套管串下放到位至關重要，模擬通井順暢可大大提高套管串到位率。

（4）嚴格執行入井工具的檢驗和操作程序，可大大提高工具的可靠性。

（5）通過優化水泥漿柱結構設計和注水泥作業中的壓力控制，可在一定程度上降低漏失風險。

（6）可與工具廠商協作研究，繼續優化管串結構。

參考文獻

[1] 鉆井手冊（甲方）寫組.鉆井手冊（甲方）[M].石油工業出版社，1990.

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[3] 周全興.鉆采工具手冊（上）[M].科學出版社，2002.

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[5] 王翔，黨冰華.NP8等6口井鉆井工程設計[D].華北分公司工程技術研究院.endprint