“接力式”免鉆注水泥器在漏失井固井中的應用

李勝杰

中國石油大港油田第五采油廠

“接力式”免鉆注水泥器在漏失井固井中的應用

李勝杰

中國石油大港油田第五采油廠

大港油田港西油田一區二、四斷塊在加密鉆井中，經常發生目的層井漏的問題。該斷塊油藏為明化鎮組、館陶組，埋深700～1 500 m，縱向上油層分布密集，許多小塊油層常年枯竭式開采，造成地層低壓，壓力系數0.85，目的層承壓能力滿足不了原設計的二開井固井的要求，給后續固井質量帶來了嚴峻的問題。為提高固井質量，針對漏失的原因，進行了免鉆雙級注水泥完井井身結構設計，研究開發了“接力式”免鉆雙級注水泥器和帶檔銷套管外封隔器的聯作技術，“接力式”免鉆雙級注水泥器成功地解決了雙級固井與帶檔銷套管外封隔器的配合、免鉆等工藝問題，現場應用固井質量合格率大于90%。

漏失井；免鉆；雙級固井；套管外封隔器；聯作

在固井作業中，對于深井和易漏地層，往往采用雙級固井的方法。目前應用的雙級注水泥器［1-2］，從工具操作方式上，有機械式和壓差式2種；從工具附件的處理方式上，有鉆塞式和免鉆式2種。隨著技術的發展，應用較多的是免鉆式雙級注水泥器。

大港油田在老區加密鉆井過程中，經常發生井漏的情況。針對大港漏失井特點，結合目前固井技術現狀，開發了一種“接力式”免鉆雙級注水泥器，與帶檔銷的套管外封隔器聯作，較好地解決了大港油田漏失井固井質量差的問題。

1 井漏原因分析

Analysis on the reasons for lost circulation

大港油田港西油田一區二、四斷塊油藏為明化、館陶油組，埋深700～1 500 m。從縱向上看，油層分布密集，許多小塊油層常年枯竭式開采，得不到能量補充，造成地層低壓，壓力系數0.85，鉆井過程中極易漏失；從平面上看，該區塊面積為0.68 km2，分布有20多條斷層，經過幾十年的注水開發，地層間壓力系統極為紊亂，高低壓互層常見，在鉆井過程中，易造成低壓地層漏失；從成巖機理看，油層埋藏淺，壓實作用差，巖石骨架結構力弱，部分層系為流沙層，地層滲透率高，易漏失，漏失后堵漏效果不明顯。

2 漏失井固井方法

Lost circulation well cementing method

該區塊鉆井采用二開井身結構，生產套管為?139.7 mm。原設計完井管柱結構為浮鞋+短套+浮箍+套管柱（到井口），設計水泥返高到井口。

應用目前先進的堵漏技術，在盡量不污染油層的情況下進行堵漏，目前承壓當量鉆井液密度最大可達到1.5 g/cm3。采用常規固井方式，目的層承壓能力不能滿足水泥漿返高的要求。筆者對目前能夠解決漏失井固井的技術進行了調研，主要有常規固井和雙級固井兩個方向。在研究過程中，共形成了4個備選方案，方案1～3為調研方案，方案4為筆者攻關研究方案（見表1）。

表1 漏失井固井方案優化選擇Table 1 Optimization and selection of lost circulation well cementing program

從表1可以看出，方案1常規固井適用的前提是必須將漏失層很好地堵漏，但目前的常規堵漏技術卻很難解決堵漏和油層保護的雙重問題。

方案2和方案3采用雙級固井，首先對下部漏失井段固井，再對漏失井段以上固井。由于漏失井段一般不會超過20 m，如果下部固井段控制在300 m以內，可以極大降低水泥漿密度和流動對地層的回壓，承壓當量不會超過1.5 g/cm3，防止在固井時發生漏失。方案3采用免鉆塞技術，雙級注水泥器的固井附件在二級固井結束時，自動下落入井底，保持全井段內通徑一致，免除鉆塞，減少施工周期和環節，降低施工費用，對比方案2有了較大進步。

在調研文獻中［3-4］，有一種和方案2類似的雙級注水泥技術，該技術將分級注水泥器與套管外封隔器進行了聯用，較好地解決了漏失井固井問題。由于技術的發展，這項技術亟需進一步完善。比如，分級注水泥器為鉆塞式的，施工工藝較復雜；套管外封隔器沒有安裝檔銷，存在提前坐封的風險等。

3 雙級注水泥技術優化

Optimization of two-stage cementing technology

優化方案研究思路和特點主要體現：

（1）在雙級固井管柱分級注水泥靠下位置設計一組套管外封隔器，并且在封隔器的傳壓孔必須安裝檔銷。原因是在一級固井時，為了保證固井質量，一級固井的水泥漿會返到雙級注水泥器以上，一旦凝固，將對二級固井循環造成影響，因此必須在一級水泥漿凝固之前，就要打開注水泥器，即二級循環孔，循環出多余的水泥漿。在這個過程中，為了避免打開循環孔后循環對下部井段造成回壓，壓漏地層，必須設計一組套管外封隔器，實現環空壓力隔離的功能。帶檔銷的目的是為了防止套管外封隔器在下入和固井前循環過程中意外坐封。

（2）減少鉆塞等后續工序，應用最新的免鉆注水泥技術，完善解決固井問題。目前，市面上的免鉆注水泥器可以實現免鉆功能，但不能滿足和安裝帶檔銷的套管外封隔器的聯作要求，在整個施工工藝中，沒有環節實現撞斷檔銷，開啟傳壓孔脹封套管外封隔器的過程。因此，必須開發一種具備以上功能的免鉆注水泥器。

通過攻關研究和試驗，從懸掛器固井得到啟發，在新的免鉆注水泥器內預制一個空心膠塞，不僅可以提高對注水泥器下部水泥漿的頂替效果，還可以撞斷檔銷。一級固井時，當撓性塞到達免鉆雙級注水泥器時，與安裝在注水泥器上的空心塞復合，完成“接力”，空心塞帶動撓性塞繼續下行，空心塞不僅膠碗“厚實”，更好地起到隔離水泥漿和頂替液的作用，而且剛性外徑大，可以撞斷套管外封隔器的檔銷，“激活”封隔器。碰壓時，升高壓力，套管全井憋壓，并穩壓一定時間，膨脹套管外封隔器，實現環空壓力隔離。封隔器膨脹好后，投入打開塞，憋壓打開二級循環孔，進行二級固井。二級固井碰壓后，注水泥器內的固井附件靠重力作用自動下落到井底，實現免鉆塞（圖1）。

圖1 自通徑雙級注水泥固井示意圖Fig.1 Schematic map of self-drift two-stage cementing

4 主要工具

Main tools

免鉆雙級固井工具，主要包括免鉆雙級注水泥器、套管外封隔器、碰壓座及其配套工具。免鉆雙級注水泥器結構見圖2。

圖2 自通徑雙級注水泥器及其配件Fig.2 Self-drift two-stage cementing device and its accessories

一級注水泥采用“雙塞”設計，即撓性塞下行到注水泥器后，與預裝在里面的空心塞復合，實現“接力”，利用空心塞隔離效果好的特點，增強隔離效果。同時，空心塞可以撞斷套管外封隔器內的檔銷，開啟套管外封隔器。目前使用的同類型工具不具備撞斷套管外封隔器檔銷的設計。

二級注水泥采用“打得開，關得住，下落順暢”的理念設計。打開塞采取加重設計，提高坐封效果和下落重力，關閉塞與打開塞采取“桶裝”設計，實現了下落順暢，免除鉆塞。

目前，該技術開發了?139.7 mm和?177.8 mm 2種型號的雙級注水泥器，2種型號水泥器的撓性塞通過壓力10 MPa，重力塞打開壓力8 MPa，關閉塞關閉壓力6 MPa，密封能力25 MPa，滿足?139.7 mm套管和?177.8 mm套管完井的需要。免鉆雙級注水泥器其他主要設計參數見表2。

表2 免鉆雙級注水泥器技術參數Table 2 Technological parameters of drilling free two-stage cementing device

5 現場應用

Field application

截止到2015年底，該技術共實施7口井，固井質量合格率達到90%以上。以大港油田西XX井為例，該井鉆至1 339～1 468 m處發生漏失，漏失260 m3，當時鉆井液密度1.25 g/cm3。井身結構：一開?311.1 mm鉆頭×505 m+?244.47 mm套管×（0.00～503.21）m，設計封固段0～503.21 m； 二開?215.9 mm鉆頭×1 468 m + ?139.7mm套管×（0～1 464）m，設計封固段354～1464 m。為了防止固井時水泥漿壓漏易漏層，將二開常規固井重新設計為雙級固井，應用免鉆雙級固井技術進行固井。

完井管柱設計為免鉆雙級注水泥器+帶檔銷套管外封隔器的雙級固井管柱。一級固井井段1 200～1 464 m，二級固井井段354～1 200 m，注水泥器深度1 200 m，套管外封隔器深度1 220 m。管串結構：浮鞋+短套+浮箍+短套+碰壓座+套管柱+套管外封隔器+套管×2根+免鉆雙級注水泥器+套管柱（到井口）。注水泥工藝設計見表3。

表3 注水泥水泥漿用量設計Table 3 Design of slurry volume for cementing

（1）下套管前，做固井模擬承壓試驗，注入1.45 g/cm3的重漿15 m3，大排量循環不漏，井底動態當量密度1.40 g/cm3。

（2）套管下完后小排量頂通，壓力正常后大排量循環2周，排量2.0～2.1 m3/min。調整鉆井液性能，動切力不超過5.00 Pa，塑性黏度10～30 mPa·s。

（3）一級固井采取平衡壓力設計原則，保證固井過程中既不壓漏地層，又要有效壓穩油氣層，第一級注入沖洗液300 m，水泥漿返至井深1 200 m，井底靜態當量1.32 g/cm3，井底動態當量1.34 g/cm3。

（4）第1級碰壓后，繼續打壓脹封套管外封隔器。脹封完泄壓，投放打開塞，水泥車加壓打開免鉆注水泥器循環孔，循環鉆井液，循環清洗排量控制在1.8～2.0 m3/min，注意觀察井口鉆井液返出情況，并做好鉆井液密度的測量工作，若發現井口返出混漿及水泥漿，應及時排放。

（5）12 h以后進行第二級施工，施工正常。

（6）候凝48 h測固井質量，合格率達到96.4%。

6 結論及建議

Conclusions and suggestions

（1）免鉆雙級注水泥器與帶檔銷的套管外封隔器的雙級注水泥技術，對固井漏失層堵漏的要求會降低或者不需要堵漏。

（2）采用免鉆塞技術，施工緊湊，施工周期短，節省費用，且避免了鉆塞帶來的風險。

（3）一級固井采用雙塞“接力”設計，不僅提高了隔離和頂替效果，而且和帶檔銷的套管外封隔器實現了聯作。

（4）該技術的成功應用，探索出一條在老區漏失油藏提高固井質量的方式方法。

References:

［1］袁進平，蔡俊林，宋本嶺.自通徑液壓分級注水泥器［J］.石油機械，2002，30 （1）：14-15.YUAN Jinping,CAI Junlin,SONG Benling.A new hydraulic stage cementer［J］.China Petroleum Machinery,2002,30 （1）: 14-15.

［2］陳會年，秦金立，刁國玉，陳武君.中國特殊雙級注水泥器的研制現狀與發展趨勢 ［J］.油氣地質與采收率，2007，14 （4）：98-100.CHEN Huinian,QIN Jinli,DIAO Guoyu,CHEN Wujun.Research and development trend of the special double stage cement tool in china ［J］.Petroleum Geology and Prcovery Efficiency,2007,14（4）: 98-100.

［3］周代，何德清，蒲世東，徐吉義，王開勇，肖建英.分級注水泥器與管外封隔器的選用［J］.油氣田地面工程，2009，28（2）：42-43.ZHOU Dai,HE Deqing,PU Shidong,XU Jiyi,WANG Kaiyong,XIAO Jianying.Selection of double-stage cementer and external casing packer［J］.Oil-Gasfield Surface Engineering,2009,28（2）: 42-43.

［4］孟衛東，李保峰，劉保順，林海斌，周冬松，王巖.裂縫性基巖油藏固井技術在栗2井的應用 ［J］.石油地質與工程，2010，24（2）：96-98.MENG Weidong,LI Baofeng,LIU Baoshun,LIN Haibin,ZHOU Dongsong,WANG Yan.Application of cementing technology in fractured bedrock reservoir in LI 2 well［J］.Petroleum Geology and Engineering, 2010,24（2）:96-98.

（修改稿收到日期 2017-03-07）

〔編輯 薛改珍〕

Application of relay-type device with no drilling and no cementing in cementing of lost circulation well

LI Shengjie
No.5Oil Production Plant,PetroChina Dagang Oilfield Company,Tianjin300270,China

During the infill drilling in the second and fourth fault blocks of Gangxi Aera 1 in Dagang Oilfield,lost circulation often happens in the target layers.The faulted block oil reservoirs are located in Minghua and Guantao Formations with burial depth of 700-1 500 m.Oil layers are closely distributed in the vertical direction and many small oil layers are always developed in the depletion mode without energy supplementation,so the reservoir pressure is low with pressure coefficient of 0.85.And consequently,the pressure bearing capacity of target beds cannot satisfy the requirements of originally designed second-section cementing,and the subsequently cementing quality is impacted seriously.To improve cementing quality,the casing program for well completion of drilling free two-stage cementing was designed after the reasons for lost circulation were analyzed.The combination technology of relay drilling free two-stage cementing device and external casing packer with backing pin was researched and developed.By virtue of relay drilling free two-stage cementing device,the technical issues are solved successfully,such as two-stage cementing,coordination with the external casing packer with backing pin and drilling free.The qualified cementing rate is over 90%.

lost circulation well; drilling free; two-stage cementing; external casing packer; combination

李勝杰.“接力式”免鉆注水泥器在漏失井固井中的應用 ［J］.石油鉆采工藝，2017，39（3）：319-322.

TE256

：B

1000–7393（2017 ）03–0319– 04DOI:10.13639/j.odpt.2017.03.012

: LI Shengjie.Application of relay-type device with no drilling and no cementing in cementing of lost circulation well［J］.Oil Drilling & Production Technology,2017,39(3): 319-322.

李勝杰（1978-），2002年畢業于西南石油學院石油工程專業，現從事產能建設鉆井、試油技術管理工作。通訊地址：（300280）天津大港油田公司第五采油廠。電話：022-25933240。E-mail：dg_lishjie@petrochina.com.cn