精細動態控壓固井技術在順南區塊的應用

郭繼剛

（ 中石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮陽 457001）

精細動態控壓固井技術在順南區塊的應用

郭繼剛

（ 中石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮陽 457001）

郭繼剛.精細動態控壓固井技術在順南區塊的應用［J］.鉆井液與完井液，2016，33（5）：76-79.

塔中順南區塊存在油氣活躍、后效嚴重、壓力窗口窄、井深、井底溫度高、地層承壓能力低等固井技術難點。為了解決順南區塊固井作業存在的問題，開展了精細動態控壓固井技術現場實踐，順利完成了該區固井作業。該技術通過有效控制井口、井底壓力，防止井漏、溢流的發生，在保證施工安全的同時提高了固井質量。目前已在順南6井、順南7井成功應用，效果顯著。該技術對壓力敏感性地層固井有推廣應用前景。

固井；精細控壓；井漏；溢流；固井質量；順南區塊

塔中順南區塊是中石化西北油田分公司的主要油氣勘探區塊，該區奧陶系碳酸鹽巖儲層分為上奧陶統和中下奧陶統。上奧陶統儲集空間主要為低孔低滲基質、次生溶蝕孔洞和構造縫。中下奧陶統一間房、鷹山組裂縫、洞穴十分發育，縫洞一體［1-2］。本區鉆遇碳酸鹽巖儲層高壓氣層時，氣侵非常嚴重，后效持續時間長，全烴值居高不下，鉆井液進出口密度差較大，若采用提高鉆井液密度進行壓穩，又會發生漏失。近年來，順南5、順南4-1等井采用常規尾管固井方法固井，存在壓漏地層或壓不住油氣上竄的風險，導致固井質量較差。因此，針對順南區塊井深、井底溫度高、壓力窗口極窄、壓穩和防漏難以兼顧的固井難題，采用精細控壓固井技術在該區開展了現場固井實踐，通過準確計算環空循環摩阻，提高頂替效率，進一步提高了尾管固井質量。

1　精細動態控壓固井原理及設備

1.1精細動態控壓固井技術原理

精細動態控壓固井技術是在精細控壓鉆井技術的基礎上提出的，主要在固井前循環、注固井液、替鉆井液及后續反循環等固井過程中，通過精確動態控制，正注入排量和返出口流量控制產生反向回壓來調節井筒液柱壓力，實現安全固井的技術［3］。該技術基于優化環空加重隔離液、加重水泥漿等漿體結構，通過壓穩計算，并結合控壓裝置，進行固井作業過程中壓穩地層，減少固井液對井筒的進一步侵入，且不至于壓漏地層，可控制井口及井底壓力，更好地保障固井施工安全。該技術下固井施工前循環、注隔離液、注水泥漿、替高密度鉆井液、替漿等各種工況下井底當量都有變化，各種工況均要有精準的動態井口控壓，才能確保壓穩地層且不壓漏地層［4］。

1.2精細動態控壓固井設備

精細動態控壓固井設備與精細控壓鉆井基本相同［5-6］，主要有以下2種設備與常規固井不同。

1）旋轉控制頭。所用格瑞迪斯旋轉控制頭采用整體式設計，材質滿足H2S酸性氣體井服務。旋轉控制頭密封膠芯的材質是氨基甲酸乙酯，并且使用Kevlar聚合物高強纖維尼龍復合材料做加強涂層，使用時間是常規膠芯的3倍。旋轉控制頭軸承總成靜密封工作壓力35 MPa，100 r/min下的動密封工作壓力是17.5 MPa，200 r/min下的動密封工作壓力是10.5 MPa。旋轉控制頭潤滑和冷卻系統全過程使用油對旋轉控制頭進行冷卻潤滑，不使用水冷卻，便于操作和維修保養。

2）自動節流控制系統。利用控壓儀器，數據反饋至電腦，可實現對壓力進行實時監控。具體流程如下：鉆井液等流體從井內返出后，要經過旋轉控制頭及控壓自動節流控制系統，自動節流控制系統通過控制自動節流閥開度的大小，調整施加的井口回壓，調整壓力變化，從而保持穩定的的預設井底壓力。控制系統額定工作壓力35 MPa，節流閥具有自動控制功能和手動操作功能。自動節流控制系統還安裝有流量計，以測量出口流量。控壓設備自動節流控制系統包括手動控制面板、進程邏輯控制器、操作面板、報警設置和3個相互連通的節流閥（節流閥A、B、C全開通徑為φ76.2 mm）。節流閥的額定工作壓力為35 MPa。數據采集系統的傳感器和自動節流控制系統整體設計在一起，在控壓設備指令接收器收到指令后，調整節流閥開度以調節井口回壓的大小。

2　現場應用實例分析

目前精細動態控壓固井技術已在順南6、順南7井成功實施，現場實施難度極大。下面以順南6井四開固井（5 706～7 248.5 m）為例，介紹該技術的具體應用情況。

2.1順南6井基本情況

2.1.1鉆井過程復雜情況

1）四開采用φ215.9 mm鉆頭鉆進至奧陶系時鉆遇異常高壓氣層，氣侵非常嚴重，且后效持續時間長，全烴值居高不下，鉆井液進出口密度差大，每次起鉆都需充分循環排氣，打重漿帽保證起下鉆安全。采用欠平衡鉆井無法正常鉆進。

2）鑒于欠平衡鉆進無法滿足鉆進需求，提高鉆井液密度進行過平衡打鉆，提高鉆井液密度后，出現不同程度的漏失。由于地層壓力“窗口很窄”，采用格瑞迪斯井口控壓裝置，降低鉆井液密度，井口控壓、井底當量密度平衡的方式鉆進。

3）鑒于儲層油氣上竄的后效嚴重，鉆進過程中都有漏失，為提高井底承壓能力進行了堵漏，以增大壓力窗口。對四開已鉆裸眼段進行全裸眼承壓堵漏，為后期固井施工創造有利條件。

4）通過地層承壓、井口控壓，井底當量鉆井液密度達到上窗口密度時，油氣上竄速度可以控制在30 m/h以內。

2.1.2其他數據

最大井斜位置為6 624 m；最大井斜為0.491°，井底溫度為178 ℃，井底循環溫度為150 ℃，實驗溫度為150 ℃。裸眼井段為6 706～7 250 m；平均井徑為224.29 mm；擴大率為3.9%。

2.2精細動態控壓固井相關計算結果

控壓固井相關計算結果見表1～表3。

表1　注輕漿控壓計算結果

表2　固井施工作業控壓計算結果

表3　固井施工作業控壓計算結果

2.3順南6井固井技術措施

2.3.1精細控壓固井技術措施

1）通過優化環空加重隔離液、加重水泥漿等漿體結構，進行壓穩計算，并結合控壓裝置，使固井作業過程中壓穩地層。

2）在井眼循環、起鉆、下套管、進行懸掛器投球坐掛倒扣、安裝水泥頭等作業時，要求井底當量密度大于1.98 g/cm3，確保壓穩地層。

3）施工過程中控制井底當量密度為2.05 g/cm3，調節施工排量和控壓壓力。①注前置液、 領漿、 尾漿時， 施工排量為0.6 m3/min， 并控壓5.5 MPa；②替漿時前置液未出套管前保持施工排量為0.8 m3/min，并控壓4.3 MPa；③前置液和水泥漿出套管過程中，環空靜液壓力不斷增加，保持施工排量，降低控壓值；替量達到49 m3時，控壓值降為1.4 MPa；④替漿最后8 m3時降低排量至0.3 m3/min，采用塞流頂替并井口控壓4.0～2.6 MPa，同時防止井漏；計量誤差實際最后5 m3降低排量至0.3 m3/min，控壓4.0 MPa；⑤起鉆5柱，反循環，反循環控制排量，使井底當量密度控制在2.05 g/cm3。現場反循環排量0.6～0.9 m3/min，控制反循環壓力10.0 MPa。

2.3.2防竄固井技術措施

①采用控壓固井技術，有利于降低密度差，提高水泥漿頂替效率，控制氣層氣竄。②采用雙凝抗高溫液硅膠乳防氣竄水泥漿，有利于水泥漿在失重時對氣層的壓穩。③在保證施工安全的條件下盡可能縮短尾漿稠化時間，在水泥漿中加入防氣竄劑，提高固井質量［7］。④根據防氣竄壓穩計算，確定雙凝界面為6 750 m；領漿封固段5 906～6 750 m，密度為2.15 g/cm3，稠化時間為330～400 min；尾漿封固段6 750～7 250 m，密度為2.15 g/cm3，稠化時間為150～240 min。

2.3.3防漏固井技術措施

①進行地層承壓試驗，使全裸眼段（動態）承壓能力當量密度大于2.05 g/cm3，保證固井作業有足夠的安全窗口。②實際地層承壓能力試驗結果為：在全井鉆井液密度為1.98 g/cm3條件下井口憋壓5 MPa不漏，井底當量鉆井液密度為2.05 g/cm3。

2.3.4提高重疊段頂部固井質量技術措施

①確保重疊段頂部200 m套管居中度大于70%。②附加一定量的水泥漿，以提高頂部水泥漿接觸時間，提高水泥漿頂替效率。③采用抗高溫液硅膠乳防氣竄水泥漿，提高水泥漿阻止氣竄的能力，同時添加的增韌劑SFP-3和膠乳有利于提高水泥石的彈塑性。④替漿到位后，進行反擠作業，設計擠入5 m3水泥漿，有利于保障封固質量。⑤候凝期間，進行憋壓候凝，補償水泥漿失重時的壓力損失。

2.3.5提高底部封固段固井質量技術措施

①優化硅粉顆粒及加量，防止水泥石在超高溫下強度衰退，提高水泥環的強度。②采用抗高溫液硅膠乳防氣竄水泥漿，利用納米級的液硅和膠乳提高氣體運移阻力，從而提高水泥漿阻止氣竄的能力。③確保封固段底部200 m套管居中度大于70%。④替漿作業后期采用塞流頂替，提高水泥漿頂替效率。

3　固井質量評價

測井資料解釋認為未使用精細動態控壓固井的順南501、順南4-1井固井質量較差，裸眼段封固質量不理想。而順南6井固井質量明顯較好（見圖1），裸眼段封固質量提升明顯，管鞋封固質量理想。其中順南6井重疊段也有200 m左右的優良封固段。說明精細動態控壓固井在解決順南區塊φ177.8 mm尾管固井難題上，起到了較好的應用效果。

圖1　順南6井四開裸眼段固井CBL曲線

4　結論及建議

1.精細控壓固井技術在塔中順南區塊φ177.8 mm尾管固井取得了較好效果，為該區塊提供了新的固井方法，也為精細控壓固井技術積累了的經驗。

2.精細動態控壓固井在順南區塊的應用也存在著一些問題：現場施工中環空壓耗理論計算結果與實際值存在一定的偏差，可通過現場的循環排量，泵壓等現場數據倒推出循環摩阻，優化循環摩阻的計算，為精細控壓提供更為符合實際的計算依據；控壓設備中缺少回壓泵，在井隊大泵不開的情況下控壓無法進行，現場施工中裝水泥頭，投球坐掛，起鉆等工序無法做到控壓，在這些工序中難免會有油氣竄出，如果能夠加裝回壓泵裝置進行獨立加壓，可以有效控制這些工序施工的后效，也免除了后續的擠水泥作業工序；井底沒有壓力實時監控設備，井底壓力變化及控壓操作均由理論計算得出，與實際現場施工中存在一定的誤差。因此，該技術的進一步推廣還需要進一步的研究與實踐。

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Application of Precise Dynamic Pressure Control Well Cementing Technology in Block Shunnan

GUO Jigang
（Cementing Branch of Zhongyuan Petroleum Engineering Ltd.， Sinopec， Puyang， Henan 457001）

Well cementing operations in Block Shunnan has been encountering technical difficulties such as active oil and gas， severe gas cut， narrow density window， deep well， high bottom hole temperature， and low pressure bearing etc. To deal with these difficulties， a precise dynamic pressure control well cementing technology was applied in Shunnan， and well cementing was successfully performed. In applying this technology， the pressures at the wellhead and the bottom were carefully controlled to prevent lost circulation and well kick from occurring. The well cementing job was safely performed while the job quality was enhanced. This technology has been successfully applied in cementing the well Shunnan-6 and the well Shunnan-7. This technology is of great importance in cementing wells penetrating pressure-sensitive formations， and is worth applying widely.

Precise pressure control well cementing； Lost circulation； Well kick； Job quality of well cementing； Application prospect；Block Shunnan

TE256

A

1001-5620（2016）05-0076-04

10.3696/j.issn.1001-5620.2016.05.016

中國石油化工集團公司項目“中原油田深層水平井關鍵技術研究”（JP12005）。

郭繼剛，工程師，1975年生，畢業于中國石油大學（北京）石油工程專業，現在主要從事固井工藝技術相關研究。電話 18503938187；E-mail：gjg921@126.com。

（2016-4-21；HGF=1604N10；編輯王小娜）