深井大尺寸套管固井技術在塔里木油田的應用

孫萬興高 飛歐陽斌劉振通吳永超張小建（.渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司，河北任丘 06550；. 渤海鉆探工程有限公司鉆井技術服務分公司，天津 0080；.渤海鉆探工程有限公司油氣井測試分公司，河北廊坊 065000）

引用格式：孫萬興，高飛，歐陽斌，等. 深井大尺寸套管固井技術在塔里木油田的應用［J］.石油鉆采工藝，2015，37（5）：54-57.

深井大尺寸套管固井技術在塔里木油田的應用

孫萬興1高 飛1歐陽斌2劉振通1吳永超3張小建1（1.渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司，河北任丘 062550；2. 渤海鉆探工程有限公司鉆井技術服務分公司，天津 300280；3.渤海鉆探工程有限公司油氣井測試分公司，河北廊坊 065000）

引用格式：孫萬興，高飛，歐陽斌，等. 深井大尺寸套管固井技術在塔里木油田的應用［J］.石油鉆采工藝，2015，37（5）：54-57.

摘要：克深2-1-14井是塔里木盆地庫車坳陷克拉蘇構造帶上的一口重點天然氣開發井，完鉆井深為5 541 m。該井地質結構復雜，第四系、新近系和古近系上段蘇維依組為易吸水膨脹坍塌的泥巖段，同時存在礫石及砂巖層，為低壓易漏地層。針對該地層特點和工程現狀，二開采用?365.13 mm + ?339.7 mm大尺寸組合套管，下至深度5 541 m，同時應用了低黏切先導鉆井液、黏性加重隔離液和雙凝水泥漿的體系，完成了該深井、大尺寸套管、大井眼環空的固井施工作業，施工后電測檢驗封固質量優。該井的成功經驗可為今后同類型井的固井施工提供有益的借鑒。

關鍵詞：深井； 分級固井； 厚壁套管； 加重隔離液； 配伍性

大尺寸套管固井技術主要是針對采用常規固井方法在固大尺寸套管時，容易出現的管內替漿量大、時間長、水泥漿返速低、頂替效率差、套管下入存在風險等問題。克深2-1-14井是塔里木盆地庫車坳陷克拉蘇構造帶上的一口重點天然氣開發井，目的層為古近系和白堊系［1］。一開507 m，水泥返至地面。二開鉆遇第四系砂、泥巖互層和礫巖層，漏失、垮塌和縮徑嚴重，鉆進1 670~3 057 m井段時起下鉆阻、卡嚴重，劃眼頻繁。二開采用?365.13 mm+?339.7 mm組合套管，套管下入深度5 540 m，封固第四系、新近系和古近系易漏層，為三開2.30 g/cm3高密度鉆井液鉆穿庫姆格列木群鹽膏層創造條件［2］。通過采取一系列技術措施，較好解決了二開大尺寸井眼的下套管作業和固井質量問題。

1　固井難點及固井方案

1.1 固井難點

（1）地質條件復雜。裸眼井段5 041 m，鉆穿了多套不同巖性、不同壓力體系的地層，第四系、新近系和古近系上段蘇維依組為泥巖砂巖互層，井壁吸水膨脹和坍塌落塊共存，地層承壓能力低，極易發生漏失。

（2）水泥漿性能要求高。水泥封固段長，井底最高溫度117 ℃，上下溫差大，該次固井作業需混水泥量665 t，混拌注水泥漿500 m3，漿體在管內外行程一萬多米，作業時間長，增加了施工風險和難度。水泥驅替時流速較低，流阻大，易發生井漏水泥低返，對水泥漿和隔離液的性能穩定性要求高［3］。

（3）套管下入風險大。上部套管軸向載荷大，吊卡下套管作業，套管接箍在軸向拉力作用下，易失穩變形，上扣連接困難，絲扣易滑脫斷裂，同時較高的鉆井液密度對大口徑套管徑向的承壓載能也是一個考驗。

1.2 固井方案

（1）套管設計。為提高井口套管抗拉、抗內壓和下部抗擠強度，中部采用高鋼級、中等壁厚氣密扣套管，底部采用高強度、厚壁非標套管［4-5］，二開井身結構設計見表1。套管自由重量606 t，在1.65 g/cm3鉆井液中的浮力系數為0.79，套管浮重4 692 kN。井口套管三軸抗拉強度11 203 kN，三軸抗內壓強度36.75 MPa，抗拉安全系數為2.38；按有效載荷方法計算，井口套管抗內壓安全系數為1.24；井底液柱壓力89.59 MPa， 底部套管三軸抗外擠強度為95.46 MPa，套管全部掏空狀態下，抗外擠安全系數為1.06，大于1。以上3項安全系數均滿足負荷要求。

表1　二開井身結構設計

（2）選用套管卡盤進行下套管作業，將套管重力分解為徑向力和軸向力，作用在套管本體上，避免套管接箍承受過大軸向載荷失穩變形，導致套管上扣困難、套管滑扣、脫扣及絲扣密封失效等事故發生［6-7］。

（3）井深2 000 m以下井段，每3根套管加放雙弧高彈性扶正器1只，以上井段每5根套管加放剛性扶正器1只。提高套管居中度，減少套管與井壁接觸面積；下套管采用連續灌漿方式，減少套管靜止灌漿時間，降低套管黏卡機率。

（4）采用非連續式分級固井。分級箍下深2 500 m，縮短單次固井施工封固段長度，降低施工壓力，縮短水泥漿在環空的流動行程，減少水泥漿的混竄污染［8］。

（5）水泥漿體系設計。控制水泥漿的失水，優化水泥漿性能保證水泥漿良好的流動性和穩定性。一級固井采用雙凝水泥漿體系，在滿足安全施工時間的前提下，依據電測井底溫度和作業時間需要，合理確定水泥漿領、尾漿稠化時間。降低超長封固段大溫差對上部封固段水泥漿低溫超緩凝的影響。

2　水泥漿體系的室內設計及性能

固井液設計遵循鉆井液密度＜隔離液密度＜水泥漿密度和鉆井液膠凝強度＜隔離液膠凝強度＜水泥漿膠凝強度，并用相對較高的膠凝強度液體驅替較低膠凝強度的液體［9］，其中鉆井液使用BH-WEI體系，其性能參數見表2。

表2　二開鉆井液性能

固井施工前，注入與水泥漿及鉆井液相容性、流動性較好，具有低失水，對泥頁巖有較好抑制性的防漏先導鉆井液和黏性加重隔離液，密度設計分別為1.65 g/cm3和1.70 g/cm3，沖洗隔離段長分別為450 m和200 m，防止鉆井液與水泥漿接觸污染，降低鉆井液與水泥漿的混竄機率，提高頂替隔離效果。

2.1 先導鉆井液配方及性能

先導漿配方采用淡水+2.3%膨潤土+加入0.3%聚合物抑制劑+重晶石，密度1.65 g/cm3，馬氏漏斗黏度45 s，動切力17 Pa，API失水4 mL。 聚合物抑制劑具有高溫降濾失和封堵抑制性能及較強的抗鹽作用。該先導漿可抑制泥頁巖水化分散及膨脹，保持井壁穩定，預防井下漏失，同時具有良好的潤滑性，改善鉆井液流變性，利于稀釋置換不規則井筒內的鉆井液。

2.2 隔離液配方及性能

隔離液采用淡水+0.8%懸浮劑O-SP+5%分散劑Landy-906L +4%緩凝劑LANDY-606L+鐵礦粉，密度1.70 g/cm3，馬氏漏斗黏度56 s，動切力21 Pa，API失水為7 mL，沉降穩定性實驗上下密度差0.02 g/cm3，漿體穩定，對先導鉆井液具有較好的沖洗、推移、隔離及緩沖作用。

2.3 水泥漿配方及性能

一級固井尾漿中，加入35%硅粉，以延緩下部封固井段水泥石高溫強度的衰減。水泥漿基本性能見表3。其中：一級領漿：G級水泥+4%降失水劑LANDY-806L+1.4%LANDY-606L+0.5%分散劑LANDY-906L+0.2%消泡劑LANDY-19L；一級尾漿：（G級水泥∶硅粉=100∶35）+ 4%LANDY-806L + 1.4%LANDY-606L+0.5%LANDY-906L+LANDY-19L；二級水泥漿：G級水泥+2%LANDY-806L+ 0.5%LANDY-606L+0.5%LANDY-906L+0.2% LANDY-19L。

表3　水泥漿的基本性能

2.4 漿體配伍性實驗

從施工現場取得先導鉆井液、隔離液和水泥樣品，實驗前將先導漿和隔離液充分攪拌，破壞漿體膠凝結構并懸浮起固相沉淀物，水泥用現場水按API規范配制成水泥漿，將先導鉆井液、隔離液和水泥漿按不同比例混合，測量混合漿體的高溫流變性［10-11］，實驗結果見表4。

先導鉆井液∶隔離液∶水泥漿= 25∶50∶25時的初始稠度為9 Bc，稠化時間600 min未稠化，說明先導鉆井液、隔離液和水泥漿之間具有良好的相容性。同時較低的初終稠度，能夠滿足施工安全要求。

3　現場應用

3.1 工藝措施

（1）下套管前采用大于套管剛性的雙扶正器滿眼鉆具結構通井，對起下鉆遇阻、卡及縮徑井段進行劃眼處理，井下暢通后，短程起下鉆一趟，驗證井下穩定情況。

（2）進行大排量循環洗井2周，并注入防卡潤滑鉆井液，起鉆下套管。

表4　先導鉆井液、隔離液與水泥漿的配伍性

（3）為實現大排量注漿，縮短施工時間，連接2條?127 mm注漿管線至水泥頭，用4臺7025型雙機雙泵水泥車同時進行水泥漿混配和向井內注漿作業。

（4）施工前進行地層承壓試驗，最大循環排量達到67 L/s。

（5）一級固井施工：注入先導鉆井液40 m3，密度1.65 g/cm3，黏度45 s；注隔離液20 m3，密度1.70 g/cm3，黏度56 s；注水泥領漿185 m3，密度1.90 g/cm3；注水泥尾漿85 m3，密度1.88 g/cm3；后置液壓膠塞15 m3，密度1.70 g/cm3；頂替重泥漿145 m3，密度1.85 g/cm3；注分級箍開孔液20 m3，密度1.65 g/cm3；頂替鉆井液248.6 m3，密度1.65 g/cm3，替漿結束。施工排量60 L/min，施工壓力8.5 MPa。

（6）二級固井施工：注先導鉆井液40 m3，密度1.65 g/cm3，黏度45 s；注加重隔離液20 m3，密度1.70 g/cm3，黏度56 s；注水泥漿226 m3，密度1.89 g/cm3；后置液壓膠塞10 m3，密度1.70 g/cm3；頂替鉆井液193 m3，密度1.65 g/cm3；施工排量50 L/s，施工完成。

3.2 施工質量

施工作業及候凝期間，未發生井漏和氣竄，實現了平衡壓力固井。CBL升幅和VDL變密度固井質量檢測結果為全井段質量優秀。該井套管下深5 541 m，空重617 t，累計注替量1 167.6 m3。

4　結論與認識

（1）深井大尺寸套管固井作業，應選用高強度厚

壁套管，特別是頂、底兩端套管，以滿足抗拉、抗內壓及抗外擠強度要求。

（2）采用雙級分段固井技術，較好地解決了深井，大尺寸套管固井注、替漿量大，漿體流動行程長，水泥漿竄槽混漿嚴重，及上下溫差大對水泥漿配方及性能的影響。

（3）優選水泥漿體系并調整其性能，在大井眼環空中形成紊流頂替，同時使用相容性和流動性較好的先導鉆井液和加重隔離液，有效地保證了大井眼環空的頂替效率和固井質量。

參考文獻：

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（修改稿收到日期 2015-08-27）

〔編輯 薛改珍〕

Application of large size casing cementing technology about deep wells in Tarim Oilfield

SUN Wanxing1, GAO Fei1, OUYANG Bin2, LIU Zhentong1, WU Yongchao3, ZHANG Xiaojian1
（1. NO.1 Cementing Company of Bohai Drilling Engineering Co. Ltd., CNPC, Renqiu 062550, China;
2. Drilling Technology & Service Branch of Bohai Drilling Engineering Co. Ltd., CNPC, Tianjin 300280, China;
3. Well Testing Branch of Bohai Drilling Engineering Co. Ltd., CNPC, Langfang 065000, China）

Abstract:Well KES2-1-14 is a key development well for natural gas located on Crassus belt of Kuqa depression of Tarim Basin and drilled well depth of 5 541 m. The well had complex geological structure. The Quaternary, Neogene and Paleogene section on Suweiyi Formation is a section of mudstone which is susceptive to swelling and collapse when contacted with water. There are also conglomerate and sandstone layers, which are low pressure leaking formations. In view of the formation characteristics and engineering Status, the ?365.13 mm + ?339.7 mm large size combination casing was used for 2nd spud and was run in to a depth of 5 541 m; Meanwhile, a low-viscosity lead drilling fluid, viscosity weighted spacer and separable setting cement slurry were used to finish cementing of large size casing in this deep well with large wellbore annulus. Electric log showed very good cementation quality. The casing setting depth in this well is 5 541 m, its bare weight is 617 t and cumulative injected and displaced volume is 1 167.6 m3, which are three new records in cement job at home.

Key words:deep well; staged cementing; heavy casing; weighted spacer; compatlibility

作者簡介：孫萬興，1963年生。2005年畢業于中國石油大學石油與天然氣工程專業，副總工程師。電話：13667518899。E-mail：2602829709@qq.com。

doi:10.13639/j.odpt.2015.05.014

文章編號：1000 – 7393（2015）05 – 0054 – 04

文獻標識碼：B

中圖分類號：TE256