提高埕海二區大斜度井固井質量對策研究

李文娟，唐世忠

（中國石油大港油田公司，天津大港300280）

受地面條件限制，大港油田埕海二區完鉆井中近一半為大斜度井，大斜度井井斜角大的特點客觀決定了套管固井工藝難度大，固井質量難以有效保證。而對于“海油陸采”的埕海二區，固井質量的好壞直接關系到油水井能否正常投產投注、油水井的壽命以及海上油田開發安全等系列問題。針對埕海二區大斜度井開展提高固井質量對策技術研究，對于實現油水井細分層系精細開發意義重大。

1 固井質量現狀及難點分析

1．1 固井質量現狀

埕海二區自2008年5月開鉆以來，截至2011年共完鉆36口井，主體采用三開井身結構，三開懸掛Φ139．7mm的尾管。其中大斜度井19口，水平井3口，占總井數的61%。完鉆井中有9口井的一、二界面膠結都較差，全部為大斜度井，占總井數的25%。

1．2 大斜度井固井難點分析

難點一：防竄難度大。分析原因有兩個方面：

（1）大斜度井封固段較長，水泥漿在固井初期因“失重”而引起高壓油氣層壓不穩，油氣竄槽，影響固井質量。

（2）井斜角大，水泥漿容易發生沉降分離，水泥環膠結質量差，達不到防竄要求。

難點二：頂替難度大。分析原因有三個方面：

（1）埕海二區沙一段存在大段泥灰巖，在大斜度井中更容易發生井壁剝落和坍塌，造成井徑不規則，影響頂替效率，導致固井質量不理想。

（2）大斜度井的套管居中度低，套管偏心后寬間隙的流體先流動，窄間隙的流體后流動，導致窄間隙的鉆井液頂替不干凈，影響固井質量。

（3）大斜度井段和水平井段容易產生巖屑床，為保證井眼清潔，使用了高粘切鉆井液，增加了頂替鉆井液的難度［1］。

2 提高固井質量對策研究

2．1 防止油氣水竄

2．1．1 優化固井工藝技術

考慮到安全環保問題，要求水泥必須返至上層套管內200 m，因此埕海二區的水泥封固段都較長，尤其是技術套管的水泥封固段長均大于1 500 m。封固段長帶來的風險是：①造成施工壓力過高，容易壓漏低壓易漏層；②水泥漿在候凝初期“失重”引起高壓油氣層壓不穩，油氣竄槽，影響固井質量。

針對埕海二區水泥封固段長的問題，完鉆井基本采用雙凝固井工藝，防止地層流體侵入到水泥漿內而引起油、氣、水竄槽，從而確保固井質量。

2．1．2 優選水泥漿體系

2011年開展了低滲聚合物水泥漿的先導試驗，優選沉降穩定性好、防竄性能強的水泥漿體系。

（1）沉降穩定性好。常規水泥漿和低滲聚合物水泥漿的穩定性室內實驗結果表明，常規水泥漿的水泥石上下密度差為0．06 g／cm3，低滲聚合物水泥漿的水泥石上下密度差小于0．02 g／cm3，而且析水為0，可見低滲聚合物水泥漿體系的穩定性較好。

（2）防竄性能強。一般使用水泥漿性能系數SPN值的大小來評價水泥漿的防竄能力。SPN值與水泥漿稠化時間、稠化過渡時間、失水有關。一般要求水泥漿的稠化過渡時間小于20 min，能有效地防止發生油氣水竄。通過統計可看出（表1），完鉆井的稠化過渡時間基本都小于20 min，水泥漿的性能系數SPN值基本也都小于6。采用目前的水泥漿體系防竄性能較好，滿足大斜度井固井防竄需要。

2．2 提高頂替效率

在一口井的井身結構、井斜角、封固段長一定的情況下，影響頂替效率的主要因素有排量、井徑、鉆井液性能、偏心度［2］。固井基本參數見表2。

表1 埕海二區部分完鉆井水泥漿性能系數

表2 頂替基本參數

2．2．1 優選排量

頂替液的流態分為塞流、層流和紊流。塞流勻速推進，紊流橫向擾動，其寬間隙、窄間隙的最大頂替界面相差不大。層流的流速剖面呈尖峰型，造成水泥漿中央突進，在井壁處滯留“死鉆井液”，造成頂替不干凈。因此，塞流和紊流更利于提高頂替效率。

注水泥過程中水泥漿為冪律流變模式，將水泥漿的n、K值代入公式［2］可以計算紊流的臨界排量。通過計算可以看出（表3），受井眼條件、泵功率的限制，水泥漿頂替過程無法實現紊流頂替；塞流頂替的速度太慢，發生油氣水竄的幾率增大，因此現場往往采用層流頂替。引入有效層流的概念，通過計算達到有效層流需要的排量可以看出，在現有的設備和井眼條件下能夠達到有效層流頂替。

表3 埕海二區部分完鉆井臨界排量計算

2．2．2 井眼條件

井徑擴大后會造成死角的鉆井液頂替不干凈，頂替效率降低［3］。若發生坍塌、掉塊，會出現大肚子井眼。井徑不規則，易形成鉆井液滯留區，而影響頂替效果。

通過選擇合理的鉆井液密度，保證壓力平衡，避免發生坍塌掉塊而造成大肚子井眼。優選鉆井液體系，增強鉆井液的抑制性，保證井壁穩定。

2．2．3 鉆井液性能

鉆井液性能見表4、圖1～圖4。隨著鉆井液塑性粘度的增加，頂替效率急劇下降，說明塑性粘度的變化對頂替效率的影響較大。隨著鉆井液動切力的增加，頂替效率先急劇增加后緩慢下降，說明動切力在3～6Pa時，對頂替效率的影響較大。隨著鉆井液流性指數的增加，頂替效率先急劇增加后緩慢下降，說明流性指數控制在一定范圍內（0．3～0．7），能夠獲得較高的頂替效率。隨著鉆井液稠度系數的增加，可泵性較差，頂替效率急劇下降，因此要在滿足鉆井需求的情況下盡量降低稠度系數才能保證有效地頂替。

表4 埕海二區完鉆井鉆井液性能參數統計

圖1 塑性粘度對頂替效率的影響

圖2 動切力對頂替效率的影響

圖3 塑性粘度對頂替效率的影響

圖4 動切力對頂替效率的影響

2．2．4 套管居中度

由圖5可知，隨著套管偏心度的增加頂替效率減小。可采用加扶正器的方式減少套管的偏心。理論計算表明，埕海二區大斜度井穩斜段每兩根套管需要安裝一個剛性扶正器才能保證套管居中度符合要求。

圖5 偏心度對頂替效率的影響

但是扶正器的數量過多過密，在井眼曲率、方位變化較大的井段，可能會造成硬卡；另外，套管下入的摩阻大，固井時環空壓耗大，造成頂替困難。

為避免扶正器的安放數量過多，現場一般采用剛性滾輪扶正器與彈性雙弓扶正器交叉使用的方式，保證大斜度井段和水平井段井眼的套管居中度。

3 結論及認識

（1）采用稠化過渡時間短、防竄性能強、沉降穩定性好的低滲聚合物水泥漿體系，能夠滿足大港油田埕海二區大斜度井固井時的防竄需求。

（2）偏心度對頂替效率影響較大，采用剛性扶正器和彈性扶正器交叉使用的方式，可保證套管偏心度小于0．3，有利于水泥漿對鉆井液的頂替。

（3）埕海二區的大斜度井固井前鉆井液的塑性粘度控制在20～30 mPa·s，動切力控制在4～12 Pa，能夠提高水泥漿的頂替效率。

［1］劉崇建，黃柏宗，徐同臺，等．油氣井注水泥理論與應用［J］．北京：石油工業出版社，2001：393．

［2］李靜，林承焰，王言峰．非牛頓流體頂替機理研究綜述［J］．鉆井液與完井液，2009，26（1）：75－77．

［3］王斌斌，王瑞和，步玉環．不同流態下水泥漿環空頂替的數值模擬研究［J］．鉆井液與完井液，2010，27（3）：76－78．