冀東油田南堡1－2號和1－3號人工島大斜度井固井施工難點及解決對策

來東風，趙永光，靳鵬菠（中石油冀東油田分公司勘探開發建設項目部，河北唐山063200）

謝鵬偉，鄧威，吳亞春 （中石油冀東油田分公司勘探開發建設項目部，河北唐山063200）

冀東油田于2011年至2013年在南堡1－2號和1－3號人工島部署了一批大斜度井，其井斜在55～75°，位移在2500～3300m，而井斜和位移的增加帶來了一系列問題，如井眼的清潔、管串的安全下入、扶正器選擇與優化、水泥漿性能的控制等，加之該區域地層連通性好，注水井受效明顯，目的層承壓能力低，容易出現漏吐現象，由此加大了固井難度。為此，筆者對大斜度井固井技術在冀東油田南堡1－2號和1－3號人工島施工中的應用情況進行了探討，以便為油田開發提供幫助。

1 施工難點

1）巖屑易堆積清除困難，增加了施工風險。大斜度井鉆屑在上返過程中，由于受重力作用影響，鉆屑在大斜度（40～60°）井段易堆積形成巖屑床［1］。固井過程中，當黏稠的水泥漿經過該井段時，把堆積的巖屑托舉上來，易在環空截流面積小處造成蹩堵，引發井漏并影響固井施工安全。過厚的巖屑床容易形成鍵槽和臺階，也危害到套管串的安全下入，增加了下套管過程中井下發生復雜情況的風險［2］。另外，大段巖屑帶夾在水泥漿和井壁之間也會影響固井質量。因此，保持井眼清潔對大斜度井固井施工非常重要。

2）套管柱易偏心，頂替效率難以保證。在大斜度井中，由于拉力和重力的作用，套管總是偏向井眼的上井壁或下井壁從而形成套管柱偏心，窄邊處流動阻力大，泥漿不易被替除干凈，易形成滯留區，水泥漿在頂替過程中與滯留的泥漿形成混漿，這樣延長了水泥漿的稠化時間，加大了油氣竄的機率，同時形成的混漿凝固后水泥石強度低，給后期開發留下隱患。因此，如何確保套管柱的居中度，提高頂替效率至關重要。

3）泥漿中混入原油，常規沖洗液無法滿足要求。南堡1－2和1－3號人工島大斜度井在鉆進過程中為了解決定向托壓問題，在三開泥漿中混入7%左右的原油，雖然解決了定向困難問題，但增加了固井難度。由于常規沖洗液洗油效果不佳，附著在套管壁和井壁的油污難以被洗凈，殘余油污形成的油膜會影響2個界面的膠結質量。

4）油氣比較高，要求水泥漿具有一定的防氣竄能力。南堡1－2號人工島平均油氣比約為500m3／t，南堡1－3號人工島平均油氣比600～800m3／t，具有一定氣井的特征，需要水泥漿性能在滿足大斜度井固井水泥漿性能要求的條件下還要具備一定的防氣竄能力，確保水泥漿在后凝過程中環空不發生氣竄。

5）存在漏吐問題，工藝措施難以實現。南堡1－2號人工島開發目的層為館陶組，屬于高孔中－高滲地層，上部為大段玄武巖，裂隙發育，底部為含礫不等粒砂巖。多口井下完套管后發生漏失，停泵后回吐，且堵漏效果不明顯。該漏失類型的井壓力窗口窄，在施工過程中泥漿漏入地層，壓耗消失后返吐，返吐回來的流體與水泥形成混漿影響固井質量，并形成油氣竄流通道。南堡1－3號人工島漏失發生在上部井段，經過反復堵漏，地層承壓能力有所提高，但仍無法滿足常規工藝措施要求。

2 具體施工措施

2.1 強化井眼準備

1）采用強剛性鉆具組合通井。通常做法如下：牙輪鉆頭＋212mm螺旋扶正器＋2～3根165mm鉆鋌＋210mm螺旋扶正器＋1～2根165mm鉆鋌＋加重鉆桿＋鉆具，下鉆至狗腿大或阻卡井段反復劃眼、短起直至消除阻卡點，上述作業一方面能夠修整井壁，破壞局部狗腿或臺階，另一方面可以破壞巖屑床，為套管順利下入創造條件。

2）重漿攜帶沉砂，清除巖屑床。強剛性鉆具組合下鉆到底后，過20m3重塞（密度1.55～1.60g／cm3）。同時，轉動井內鉆具，通過二維和三維流動剖面分析，發現環空中有一股異常“射流”可以把鉆屑由井眼低端驅走，這是當鉆具轉動產生的“拖拽力”和重塞的重力變化引起的“吸引力”結合在一起時，就出現了這種“射流”，其流過環空狹窄區域能洗刷井眼的低端，并且加重鉆井液產生更高的浮力，亦有助于驅動井眼中的鉆屑和淤泥［3］。循環過程保持鉆具轉動，直至重塞返出井口，通過振動篩除掉鉆屑，從而達到清潔井眼的目的。

3）井眼進行動態承壓，模擬固井施工過程。針對曾出現過漏失的井，在通井階段要求進行動態承壓，模擬固井施工過程。根據電測井徑卡算，按環空上返速度達到1.1～1.2m／s的排量循環3～4周，檢驗井眼的承壓能力。此外，在替漿過程中，起壓后適當降低頂替排量，以減小漏失風險的發生。對于出現又漏又吐的井，由于其漏失量一般不大，可以通過尋找漏失平衡點下的循環排量，采取塞流強行固井。

2.2 提高套管居中度

大斜度井中套管串在重力作用下容易形成管柱偏心，試驗結果表明，要從環空窄邊間隙中把鉆井液充分驅走，套管與井壁的居中度必須大于67%（居中度＝ ［W／（Rh－Rc）］×100%。其中，Rh表示井眼半徑；Rc表示套管半徑；W 表示套管與井眼之間的間距［3］）。因此，合理選擇剛性扶正器和安放位置，對于提高大斜度井頂替效率具有重要作用。剛性扶正器選擇鋁合金旋流扶正器而非鑄鐵滾輪剛性扶正器，因為前者有更好的改變局部流場并實現紊流頂替的作用，彈性扶正器則選擇雙弓彈性扶正器，具體內容如表1所示。通過相關軟件模擬發現，當套管居中度均大于67%時，環空鉆井液在頂替過程中能全部參與流動。

表1 扶正器選型及加法

2.3 提高界面膠結質量

常規沖洗液無法將套管壁和井壁上附著的油污清除干凈，使用驅油型沖洗液效果的更好，該驅油型沖洗液能有效改善界面親水性能，使固井表面產生潤濕反轉效果，與水泥環膠結良好，且與鉆井液有良好的相容性，洗油效率高（見表3）。

表3 驅油型沖洗液洗油效率評價表

2.4 實現壓穩和防竄雙重目標

南堡1－2和1－3號人工島在實際考慮壓力平衡時采取如下舉措：①控制油氣上竄速度小于15m／h；②嚴格控制水泥漿密度差，確保整個環空液柱壓力傳遞的持續性；③在漿柱設計中，速凝失重時大于地層壓力2MPa以上。④施工結束后，關閉井口環空加壓3MPa

或關井后凝。⑤后凝期間，周圍注采井停注停采。此外，南堡1－2和1－3號人工島在水泥漿體系調整方面主要做了以下調整：一是設計低密度水泥漿；二是在不改變原有水泥漿性能基礎上加入早強劑M53S。使用低密度水泥漿有3個優點：①利用低密度水泥漿初始稠度較高、密度大于鉆井液密度的特點，當低密度水泥漿進入環空后能產生一種托舉效果，將井眼中沉沙和虛泥餅帶上來，進一步改善井眼環境，提高膠結質量；②低密度水泥漿含有漂珠，對于低壓易漏層有一定的封堵能力，能夠降低低壓層漏失的風險，確保返高滿足完井要求；③低密度水泥漿稠化時間較長，能夠長時間對環空進行壓力的補償。加入早強劑M53S則主要是為了縮短水泥漿稠化時間，增加水泥石早期強度，降低油氣竄的風險。

2.5 優化漿柱結構和施工參數

針對漏吐并存類型井，在固井施工設計過程中應慎重考慮，主要從以下幾個方面著手：①尋找漏失平衡壓力。循環過程中，找準漏失平衡點下的循環排量，固井設計中參考該循環排量下的液柱壓力和立壓。另外，施工前，盡量讓地層回吐，施工過程中，施工壓力控制在平衡壓力以內，確保施工過程中不發生漏失。②漿柱結構采用低密度＋常規水泥漿，緩凝水泥漿少打，多打低密度水泥漿，這樣能夠盡量降低井底液柱壓力，減小漏失風險。③優化施工參數。漏吐地層壓力窗口窄，一般達不到紊流頂替條件下的環空返速要求，在頂替流態的選擇上應避開層流而選擇塞流，因塞流環空返速低，壓耗小，有利降低漏失風險。④施工前，確認無回流后才能開始施工。施工結束后，應迅速關閉井口候凝，不進行環空加壓。

3 現場應用

南堡13－1502井完鉆井深4460m，是一口三開定向井，造斜點338m，最大井斜62。，垂深2731m，井底位移3265m，油頂4050m，油底4310m，返高3900m。當鉆進至井深3895m發生漏失，漏速2m3／h，累計漏失42.3m3。經過2次堵漏，后續鉆進過程中，未再次出現漏失。

3.1 井眼準備工作

采用通井鉆具組合：牙輪鉆頭＋?212mm螺旋扶正器＋1柱鉆鋌＋?210mm螺旋扶正器＋加重鉆桿＋鉆桿。稀重漿攜帶沉砂時，先過20m3密度1.24g／cm3、黏度40s稀漿，再用20m3密度1.55g／cm3的重漿清掃井眼，過段塞時應保持井內鉆具旋轉。

3.2 固井施工情況

固井施工具體內容如下：①固井前試壓20MPa，穩壓30min，地面管線應不刺不漏。②注前導漿25m3（密度1.23g／cm3）；BCS－110L前置液9m3（占環空高度300m）；共注入水泥漿31m3（1.50g／cm3水泥漿13m3；1.90g／cm3緩凝水泥漿6m3；1.90g／cm3速凝水泥漿12m3。③注入 KYS－1后置液3m3，起壓前替漿排量2.1～2.2m3／min，起壓后控制泵壓不超過11MPa逐漸降低排量，防止井漏，共替漿50.2m3，碰壓由11MPa碰至14MPa。④固井施工過程返出正常，碰壓后環空加壓3MPa，24h后測聲波幅值，發現油層段高密度水泥漿曲線幅度值小于15%且基本沒有套管波，說明水泥膠結質量優質［3］，從而取得了良好的固井施工效果。

4 幾點認識

1）大斜度井井眼清潔非常重要，不僅關系到套管串的安全下入和施工安全。另外，大段的巖屑床還會在井壁和水泥漿環之間形成“夾層”，影響膠結質量，并留下油氣竄通道。為此，可以采用重漿＋轉動鉆具模式，其井眼清潔效果好，在實際施工過程中未出現套管下不到位、蹩堵等現象。

2）針對氣油比高的大斜度井，在水泥漿性能選擇上，除滿足大斜度井固井技術指標外，還應考慮其防竄性能。在未使用防竄水泥漿體系的條件下，應拉大速凝和緩凝水泥漿稠化時間差、加入早強劑和多打低密度水泥漿，這在一定程度上能起到提高固井質量的效果。

3）對于漏吐并存類型大斜度井，目前在井眼準備、漿柱結構和施工參數優化以及水泥漿體系選擇上研究力度不夠，今后應進一步加以完善。

［1］ 馬永峰 .大斜度井保持井眼清潔的有效方法 ［J］.鉆井液與完井液，2003，20（5）：54－56.

［2］ 王文廣，翟應虎，黃彥，等 .冀東油田大斜度井及水平井巖屑床厚度分析 ［J］.石油鉆采工藝，2007（29）：5－7.

［3］ 陶世平 .提高大斜度井固井質量的方法 ［J］.鉆井液與完井液，1996，16（4）：15－18.