塔里木山前區塊超深井尾管塞流固井技術

莊建山，　宋元洪，　高飛，　孫萬興，　陳大滄，　孔哲，　屈凌霄

塔里木山前區塊超深井尾管塞流固井技術

莊建山，宋元洪，高飛，孫萬興，陳大滄，孔哲，屈凌霄

（渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司，河北任丘 062552）

莊建山等.塔里木山前區塊超深井尾管塞流固井技術［J］.鉆井液與完井液，2016，33（4）：83-86.

克深905井是克深氣田克深9井區中部的一口開發評價井，四開完鉆需進行尾管固井，井深為7 368.2 m，井底靜置溫度為164 ℃，壓力為180 MPa，在鉆進過程中易發生溢流、井漏等復雜情況，且環空間隙小，安全密度窗口窄，為保證固井質量，防止井漏發生，全程采用塞流注替。根據現場水泥漿情況進行了水泥漿流變學設計和塞流頂替計算；優選了抗高溫、抗鹽高密度水泥漿體系及與鉆井液相容性好的沖洗型隔離液；設計了能夠壓穩地層密度為2.58 g/cm3的抗高溫水泥漿；對現場泵壓與返出量進行了實施監控。現場固井過程中未發生漏失，施工順利，所封固井段的固井質量合格率為99.2%，該井尾管塞流頂替為中國首次在井深7 368.2 m的井段使用。

塞流注替；超深井；尾管固井；高密度水泥漿

克深905井是部署在塔里木盆地庫車坳陷克拉蘇構造帶克深9區塊上的一口開發評價井，位于新疆維吾爾自治區阿克蘇地區拜城縣境內，鉆探目的是深化克深9區塊構造、了解儲層地質特征，評價克深9區塊單井產能，為開發方案設計提供了依據。該井三開鉆至古近系庫姆格列木群鹽層頂界，四開鉆至庫姆格列木群膏巖段底界，主要是封固膏巖層段，為五開鉆進做好準備工作。四開采用尾管固井，用φ241.3 mm 鉆頭鉆至井深為7 368.2 m，懸掛器位置在井深為6 556.86 m處，采用無接箍φ206.38 mm 厚壁套管下至井深為7 368.2 m，尾管懸掛封固段長為811.34 m。該井四開使用油基鉆井液，鉆井時發生溢流、井涌等復雜情況，安全密度窗口窄［1］，四開中途完鉆時鉆井液密度為2.49 g/cm3。為提高頂替效率，減少固井過程中井漏風險，通過理論分析和現場試驗，現場使用了一套塞流注替固井技術及配套工藝，保證了該井的固井質量，為深井復雜井固井提供了寶貴經驗。

1　固井技術難點及應對措施

克深905井四開完鉆井深為7 368.20 m，屬超深井固井，存在以下技術難點：①地層安全壓力窗口窄，地層承壓能力低。鉆井液密度在2.45 g/cm3時發生鹽水溢流，提高鉆井液密度到2.58 g/cm3后又發生井漏，施工中既要防止溢流發生，又要防止井漏。②鹽膏層蠕變，環空間隙小。四開主要是鉆穿庫姆格列木群，該地層含有大段膏巖層，地層蠕變嚴重，環空間隙小，下扶正器受到限制。③地層溫度和壓力高。電測井底靜止溫度為164 ℃，壓力為180 MPa，屬于高溫高壓固井。④對水泥漿密度要求高。完鉆時鉆井液密度為2.49 g/cm3，固井設計領漿密度為2.58 g/cm3，尾漿密度為2.51 g/cm3，水泥漿密度高，施工壓力大。⑤該井采用油基鉆井液，存在污染風險。

針對以上難點提出了如下的應對措施：①采用塞流固井工藝，減小環空壓耗，防止井漏發生。②采用抗鹽水泥漿體系，施工前充分循環，清潔井底沉砂和巖屑。③優選抗高溫水泥漿，保證水泥漿在高溫、高壓下的性能。④采用濕混加微錳和干混加GM加重劑的方式，雙重加重提高水泥漿的密度，保證水泥漿的流動性和穩定性。⑤采用沖洗型隔離液，充分隔離沖洗鉆井液與水泥漿，保證固井質量。

2　塞流固井工藝

由于克深905井承壓能力低，若采用常規固井工藝井漏不可避免，故采用塞流頂替工藝，保證固井過程中不發生漏失，并提高水泥漿頂替效率［2-4］。克深905井四開鉆頭直徑為241.3 mm，井徑擴大率按5%計算，套管外徑為206.38 mm，水泥漿性能及施工參數見表1。

表1　現場水泥漿大樣性能及施工參數

結合水泥領漿、尾漿在環空（裸眼段、重合段）雷諾數及環空返速，由表1可知，注水泥排量為6 L/s時，Re為124，流態符合塞流，臨界環空返速在0.236～0.35 m/s。

3　高密度抗鹽水泥漿體系

克深905井使用油基鉆井液鉆進，四開完鉆電測井底靜止溫度為164 ℃，實驗壓力為180 MPa；井底存在漏失點，防漏堵漏形勢嚴峻。為防止井漏，兼顧頂替效率，除了采用塞流頂替方式，在水泥漿體系上也進行設計［5-9］。主要包括：①井底在7 362 m附近，地層破裂壓力當量密度為2.629 g/cm3，為壓穩地層，設計了雙密雙凝水泥漿液柱結構，下塞、裸眼段及重合段100 m采用2.51 g/cm3水泥漿，剩余重合段及上塞封固段采用2.58 g/cm3的水泥漿，密度比鉆井液高0.08～0.09 g/cm3。②考慮水泥漿的防竄效果，在水泥漿中加入防氣竄劑，防止油氣水侵入，提高水泥漿的防竄性能。③在水泥漿中加入纖維，占水泥漿體積的0.1%，增強水泥石的韌性，同時提高水泥漿的防漏性能。④高密度水泥漿使用GM鐵礦粉和超細微錳配合加重，微錳濕混，加入懸浮劑增加微錳的懸浮性，同時加入硅粉、微硅，實現顆粒級配達到緊密堆積，提高漿體耐溫性和水泥石強度。⑤考慮地層中含大段鹽膏巖，水泥漿須具有耐鹽性，在水泥漿中加入抗鹽降失水劑、緩凝劑和分散劑，同時加入工業鹽，提高水泥漿的耐鹽穩定性。

3.1高密度抗鹽水泥漿配方

通過實驗，優選出一套高密度抗高溫耐鹽水泥漿體系，配方如下。

阿克蘇G級水泥+硅粉+微硅+FLOK-2 防氣竄劑+GM鐵礦粉+LANDY-806L降失水劑+ LANDY-602L緩凝劑+LANDY-906L分散劑+ LANDY-19L消泡劑+工業鹽+LANDY-28S懸浮劑+Micromax?超細加重劑+纖維+井場水

3.2水泥漿常規性能

通過使用超細微錳和GM鐵礦粉雙重加重的方法，保證了超高密度水泥漿的穩定性，現場大樣水泥漿基本性能見表2。由表2可知，領、尾漿API失水量均小于50 mL。SPN值較小，具有一定的防竄效果。

表2　水泥漿基本性能

3.3沖洗型隔離液

為減少油基鉆井液與水泥漿的污染，使用具有沖洗作用的隔離液，并增加隔離液與鉆井液的接觸時間。在93 ℃下攪拌20 min，測得該隔離液的密度為2.52 g/cm3，塑性黏度為131 mPas，動切力為13.8 Pa，流性指數為0.871，稠度系數為0.352 Pa·sn。設計隔離液用量10 m3，占環空高度588 m，接觸時間為28 min，該隔離液與鉆井液和水泥漿的相容性見表3。由表3可知。LANDY-21L沖洗劑可以起到“潤濕反轉”效果，避免了鉆井液對水泥漿的污染，大幅度提升了鉆井液的頂替效率，有效地清洗井壁與套管壁，保證了水泥的膠結質量。基本配方如下。

普通鐵礦粉+Micromax?超細加重劑+LANDY-21L沖洗劑+LANDY-602L緩凝劑+LANDY-906L分散劑+LANDY-19L消泡劑+工業鹽+LANDY-28S懸浮劑+燒堿+井場水

表3　LANDY-21L與鉆井液和水泥漿的相容性

4　現場固井工藝

施工全程采取密度、排量、泵壓3參數監測，記錄了施工參數，確保施工連續，排量穩定，施工壓力符合設計要求。通過對克深905井泵入量和返出量的對比，及時掌握施工過程中是否有漏失，并且為水泥漿出套管鞋以后的返高位置提供依據。

4.1施工過程及泵壓監控

克深905井施工過程排量與泵壓曲線見圖1。由圖1可知，整個施工過程泵壓變化在可控范圍之內，最高施工壓力為10 MPa，最后碰壓至10 MPa，開回水放壓正常，拆卸水泥頭，起鉆。施工過程中未發生漏失、憋堵等復雜事故，72 h后測聲幅固井質量合格。

圖1　施工過程排量與泵壓曲線圖

下完套管坐掛之前循環排量為0.36 m3/min，壓力為8～9 MPa，坐掛排量為0.36 m3/min，壓力為9 MPa。固井前鉆井液密度為2.49 g/cm3，黏度為100 s，塑性黏度為80 mPa·s，動切力為3 Pa，流性指數為0.93，稠度系數為0.18 Pa·sn。

試壓25 MPa；注入10 m3沖洗隔離液，密度為2.52 g/cm3；10 m3領漿，平均密度為2.58 g/cm3；20 m3尾漿，平均密度為2.51 g/cm3；14 m3壓膠塞，泵替61.6 m3密度為2.49 g/cm3的鉆井液；全程注替排量為0.30～0.36 m3/min。其中，替漿至20.3 m3時，水泥漿由101.6 mm鉆桿進入196.85 mm套管，立管壓力開始逐漸下降；替漿至42.3 m3時，水泥漿出套管鞋；替漿至54.3 m3時，立壓最高到12 MPa膠塞重合，然后下降至8 MPa。

整個施工過程最高施工壓力為10 MPa，最后碰壓至12 MPa，開回水放壓正常，拆卸水泥頭，起鉆。施工過程中未發生漏失、憋堵等復雜事故，72 h后測聲幅，固井質量合格率99.2%。

4.2泵入返出量監控

通過對泵入量和返出量的對比，現場工程師及時掌握施工過程中是否有漏失，并且為水泥漿出套管鞋以后的返高位置提供依據，結果見圖2。由圖2可知，開始替漿前，注入前置液、水泥漿、后置液累積量54 m3，返出量累積量約為54 m3，證明注漿過程中沒有漏失；替漿過程中，泵入量和返出量清零后重新計量，泵入量曲線與返出量曲線大約平行，證明替漿過程中泵入量和返出量的差值基本保持一致，替漿過程中沒有發生漏失。

圖2　泵入量和返出量曲線圖

5　結果與討論

1.使用塞流頂替工藝在克深905井φ206.38 mm尾管固井中實現了無漏失固井，固井施工順利，所封固井段固井質量合格率為99.2%，首次在7 368 m實現了尾管塞流頂替固井。

2.塞流頂替技術在以往的固井施工過程中已經有過應用，但因為塞流頂替對環空返速限制較低，延長了整體施工時間，對施工人員及設備是個考驗。

3.通過在克深905井φ206.38 mm尾管固井中的應用，說明塞流頂替技術可以在承壓能力低、且存在井漏風險的高深井上使用，為高溫深井復雜井尾管固井提供了可借鑒的技術和經驗。

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Plug Flow Liner Cementing Technology for Ultra Deep Well in Piedmont Tarim

ZHUANG Jianshan， SONG Yuanhong， GAO Fei， SUN Wanxing， CHEN Dacang， KONG Zhe， QU Lingxiao
（No.1 Cementing Branch of CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited， Renqiu， Hebei 062552）

The well Keshen-905 is an appraisal well drilled in the middle of the block Keshen-9， Keshen gas field， the fourth interval of which was going to be cemented with liner string. The well is 7，368.2 m in depth， and has bottom hole static temperature of 164 ℃and pressure of 180 MPa. Well flow and mud losses have been encountered during drilling. Narrow annular space and small difference between the formation pressure and the pressure at which mud loss will occur all contribute to lost circulation during well cementing. To ensure the quality of well cementing and prevent lost circulation， plug flow was adopted in the whole process of cementing. In field operations， cement rheology was designed and plug flow calculated. The cement slurry was designed to be used at high temperature and have salt contamination tolerance， and high density （2.58 g/cm3）. A flushing spacer compatible with drilling fluid was used. Monitoring of pump pressure and the volume of cement slurry

showed that no lost circulation had ever happened during cementing. 99.2% of the hole cemented had job quality passed the requirements.

Plug flow pumping and displacing； Ultra deep well； Liner cementing； High density cement slurry

TE256.6

A

1001-5620（2016）03-0083-04

10.3696/j.issn.1001-5620.2016.04.017

莊建山，高級工程師，男，1962年生，2006年獲西南石油大學工程碩士學位，現任渤海鉆探第一固井公司經理。電話 （0317）2751056；E-mail： zhuangjs@cnpc.com.cn。

（2016-04-18；HGF=1505C2；編輯王超）