連續(xù)油管注水泥封堵工藝技術(shù)探討

樊啟國(guó)，陳 恒

(川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西西安 710018)

目前長(zhǎng)慶油田老井逐年增加，隨著安全環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻，大部分井需要進(jìn)行治理，同時(shí)部分邊緣探井因安全隱患也需要永久封井，近兩年在長(zhǎng)慶油田累計(jì)完成常規(guī)油管注水泥封堵施工40余井次，采用常規(guī)油管擠封需多次起下管柱、作業(yè)工序繁復(fù)、施工周期長(zhǎng)、井控風(fēng)險(xiǎn)高。

連續(xù)油管具有尺寸小、柔性好、可帶壓作業(yè)、無(wú)需壓井和起出井內(nèi)管柱、井控風(fēng)險(xiǎn)小、省時(shí)高效、對(duì)作業(yè)場(chǎng)地的要求低等特點(diǎn)。目前在長(zhǎng)慶油田主要應(yīng)用于通洗井、沖砂、氣舉排液、帶底封拖動(dòng)壓裂，尚未用連續(xù)油管進(jìn)行注水泥作業(yè)，但該技術(shù)已在國(guó)內(nèi)外成功應(yīng)用[1-5]。

為此，在借鑒前人施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以長(zhǎng)慶油田單層油氣井封堵為例進(jìn)行了連續(xù)油管注水泥可行性分析。

1 連續(xù)油管注水泥技術(shù)難點(diǎn)

(1)連續(xù)油管自身內(nèi)徑較小，在連續(xù)油管內(nèi)注水泥，摩阻相比常規(guī)油管高，施工泵壓高，對(duì)水泥漿降阻性能要求更高；

(2)若施工層位較深，水泥漿量大，泵注時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，目前常規(guī)水泥漿的稠化時(shí)間短，用連續(xù)油管注水泥易引發(fā)“灌香腸”事故，需進(jìn)一步開(kāi)展水泥漿的稠化時(shí)間研究；

(3)水泥漿自井口運(yùn)移到作業(yè)層的過(guò)程中容易與連續(xù)油管內(nèi)殘余的隔離液及井筒中的洗井液形成混漿，影響水泥塞強(qiáng)度和施工安全。

2 水泥塞設(shè)計(jì)

2.1 水泥漿體系優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)于長(zhǎng)慶氣井，目的層水泥封堵作業(yè)，選擇超細(xì)水泥，中部及井口的水泥懸塞，選擇G級(jí)水泥。

連續(xù)油管注水泥前，提前計(jì)算出注水泥井段的地層溫度，選擇合適的水泥漿體系，確保水泥漿的密度、抗壓強(qiáng)度、稠化時(shí)間、沉降穩(wěn)定性、失水量、流變性等參數(shù)滿足施工要求，為確保施工時(shí)連續(xù)油管不被固在井內(nèi)，稠化時(shí)間建議在整個(gè)施工時(shí)間基礎(chǔ)上附加50%(見(jiàn)表1)，同時(shí)考慮水泥漿的降阻性。

表1 水泥漿建議性能參數(shù)表

2.2 隔離液選擇

對(duì)水泥漿體系進(jìn)行相溶性實(shí)驗(yàn)，將水泥漿、隔離液按照水泥漿與隔離液兩者混合，通過(guò)改變混合過(guò)程中成分的比例，將混合后所配制的液體進(jìn)行稠化實(shí)驗(yàn)，測(cè)定出在安全時(shí)間內(nèi)，混合后的液體是否稠化，從而確定其安全性[4]。

2.3 水泥量計(jì)算及上返速度的確定

2.3.1 注水泥量的計(jì)算 水泥漿的注入量計(jì)算，如下式所示：

長(zhǎng)慶油田大部分井都經(jīng)過(guò)壓裂改造，在注水泥前用清水進(jìn)行試擠，確定地層的吸水能力V1。

封堵層段井筒內(nèi)灰塞水泥漿用量V2用下式計(jì)算：

式中：h-井筒內(nèi)灰塞厚度，m。

考慮到在注水泥過(guò)程中的水泥漿損耗，在所計(jì)算量上附加15%～25%，確保水泥漿量滿足施工要求。

2.3.2 水泥上返速度計(jì)算 根據(jù)連續(xù)油管靜止條件下水泥漿上返速度推算出上返時(shí)間，以此來(lái)估算整個(gè)注水泥塞施工的總時(shí)間，為水泥漿稠化實(shí)驗(yàn)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，計(jì)算依據(jù)如下：

式中：v1-水泥上返速度，m/min；Q-水泥施工排量，L/min；V-油套環(huán)空容積，L/m。

式中：T-連續(xù)油管提出塞面時(shí)間，min；v2-連續(xù)油管上提速度，m/min；H-塞面高度，m。

在注水泥過(guò)程中，待水泥漿從連續(xù)油管自由端返出，水泥漿液面開(kāi)始向上移動(dòng)后，同時(shí)上提連續(xù)油管。根據(jù)排量計(jì)算好水泥漿的上返速度，連續(xù)油管的上提速度應(yīng)小于水泥漿的上返速度。根據(jù)目前常用油管尺寸計(jì)算得到不同尺寸連續(xù)油管在不同套管中的水泥上返速度(見(jiàn)表2)。

表2 水泥上返速度計(jì)算表

3 施工安全控制

3.1 連續(xù)油管安全性評(píng)價(jià)

根據(jù)鉆井井身數(shù)據(jù)，采用連續(xù)油管作業(yè)分析軟件對(duì)井筒中連續(xù)油管的作業(yè)安全性進(jìn)行施工模擬，獲得地面懸重-深度關(guān)系曲線，確保滿足作業(yè)要求。根據(jù)水泥漿性能，進(jìn)行連續(xù)油管摩阻預(yù)測(cè)。可依據(jù)從連續(xù)油管軟件進(jìn)行摩阻預(yù)測(cè)或者實(shí)施注水泥作業(yè)前進(jìn)行泥漿摩阻實(shí)驗(yàn)。

為保證水泥塞質(zhì)量，在注水泥過(guò)程中，連續(xù)油管的末端始終插入水泥漿中，建議當(dāng)0.3 m3～0.5 m3水泥漿完全被驅(qū)替出連續(xù)油管時(shí)，連續(xù)油管以小于水泥上返速度上提；連續(xù)油管和油層套管之間的環(huán)空始終保持1 MPa～2 MPa的回壓，防止地層液體回流污染水泥漿。

3.2 液量控制

因連續(xù)油管內(nèi)徑較小，往往在現(xiàn)場(chǎng)施工中容易造成“替漿”不到位或者過(guò)頂，極易造成打塞失敗的情況。考慮連續(xù)油管使用后存在拉伸變形，建議在施工前采用“墨水排管法”精確計(jì)算連續(xù)油管內(nèi)容積，然后根據(jù)井身結(jié)構(gòu)及探底深度確定深度基面，計(jì)算水泥漿量、配水用量、頂替液量、作業(yè)管柱循環(huán)量。

3.3 泵注完暫堵水泥后洗井方式的選擇

若采用反循環(huán)洗井，水泥漿極易殘留在連續(xù)油管內(nèi)堵塞連續(xù)油管，造成連續(xù)油管報(bào)廢。泵注完水泥漿后將連續(xù)油管起到水泥塞之上一定高度，后采用正循環(huán)方式進(jìn)行徹底洗井。

4 連續(xù)油管注水泥油管尺寸選擇

按4 000 m連續(xù)油管計(jì)算，根據(jù)不同尺寸連續(xù)油管通洗井過(guò)程中清水摩阻進(jìn)行預(yù)測(cè)(見(jiàn)圖1)。

假設(shè)水泥漿按2倍清水摩阻考慮，2″、23/8″的連續(xù)油管排量在200 L/min～600 L/min能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工限壓要求(見(jiàn)圖2)。

圖1 4 000 m連續(xù)油管清水摩阻曲線

圖2 4 000 m連續(xù)油管水泥漿摩阻曲線

表3 長(zhǎng)慶油田不同套管連續(xù)油管注水泥對(duì)應(yīng)尺寸參數(shù)表

根據(jù)長(zhǎng)慶油田目前主要使用套管尺寸，綜合考慮連續(xù)油管與套管環(huán)空體積、不同尺寸連續(xù)油管摩阻，不同套管推薦選擇不同尺寸連續(xù)油管進(jìn)行施工(見(jiàn)表3)。對(duì)于井深、注水泥量規(guī)模較大的井優(yōu)先選擇大管徑連續(xù)油管。

5 連續(xù)油管注水泥地面流程

連續(xù)油管注水泥地面流程使用設(shè)備較少，循環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，注水泥塞使用泵車(chē)為一臺(tái)固井車(chē)及兩臺(tái)雙機(jī)雙泵(一臺(tái)備用)(見(jiàn)圖3)。

流程：液罐→固井車(chē)(雙機(jī)雙泵)→連續(xù)油管→1＃閘門(mén)→放壓管線→回收池。

圖3 連續(xù)油管注水泥地面流程圖

6 連續(xù)油管注水泥泵注程序設(shè)計(jì)

按照長(zhǎng)慶油田天然氣井永久性封井技術(shù)規(guī)范要求，單層油氣井封堵主要施工工序?yàn)椋喊惭b設(shè)備并試壓→連續(xù)油管壓井→求地層吸收量→連續(xù)油管擠封射孔段→上提連續(xù)油管至安全井段→連續(xù)油管正洗→關(guān)井候凝→連續(xù)油管探塞并試壓→打中部水泥懸塞→打井口水泥懸塞→裝簡(jiǎn)易井口完井。

根據(jù)連續(xù)油管注水泥施工的特殊性，工藝過(guò)程主要為氣層段擠封、打中部水泥懸塞、打井口水泥懸塞。對(duì)于單層氣井封堵，泵注程序設(shè)計(jì)(見(jiàn)表4)。對(duì)于多層氣井或井內(nèi)有橋塞的氣井，由于工序不同，需視具體情況調(diào)整泵注程序。

7 連續(xù)油管注水泥可行性評(píng)價(jià)

某7″套管氣井人工井底為3 600 m，封堵層段為3 496.0 m～3 500.0 m，該層段擠封需水泥3.0 m3計(jì)算，采用4 000 m、50.8 mm(2″)連續(xù)油管進(jìn)行封堵，連續(xù)油管本體容積0.582 L/m，內(nèi)容積1.443 7 L/m，理論內(nèi)容積5.8 m3(見(jiàn)圖4)。

第一次封堵從人工井底至射孔段底界上150 m，需水泥漿量8.0 m3(擠封3.0 m3+封堵井筒水泥漿5.0 m3)，按最小施工排量200 L/min，水泥漿摩阻為清水摩阻2倍考慮，預(yù)計(jì)泵壓26 MPa，水泥漿完全替出連續(xù)油管所需時(shí)間為69 min。

第二段封堵從射孔段底界上300 m，需水泥漿3.0 m3，按最小施工排量200 L/min，預(yù)計(jì)施工泵壓27 MPa考慮，水泥漿完全替出連續(xù)油管所需時(shí)間為44 min。

第三段封堵從井口400 m，需水泥漿8.0 m3，按最小施工排量200 L/min，預(yù)計(jì)施工泵壓29 MPa考慮，水泥漿完全替出連續(xù)油管所需時(shí)間為69 min。

為進(jìn)一步保證施工安全，當(dāng)0.3 m3～0.5 m3水泥漿完全被驅(qū)替出連續(xù)油管，水泥上返速度為11 m/min，以8 m/min～10 m/min速度上提連續(xù)油管，控制井口回壓1 MPa～2 MPa。

三次水泥施工作業(yè)，按最小施工排量200 L/min，連續(xù)油管提出塞面最長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間為100 min(69+250/8)左右，若水泥漿按稠化時(shí)間4 h以上考慮，水泥漿不會(huì)在連續(xù)油管內(nèi)發(fā)生凝固，同時(shí)施工泵壓達(dá)到連續(xù)油管設(shè)備安全要求(限壓70 MPa)，完全滿足施工要求。

圖4 X井注水泥塞井身結(jié)構(gòu)示意圖

8 連續(xù)油管注水泥作業(yè)技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)

與常規(guī)油管注水泥技術(shù)相比，連續(xù)油管注水泥技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

8.1 適用性強(qiáng)

該技術(shù)使用井下工具簡(jiǎn)單可靠，因此其適用的井型井況較多，對(duì)于小井眼或存在套管變形、高含硫化氫等常規(guī)油管無(wú)法作業(yè)的井同樣適用。對(duì)地層進(jìn)行選擇性注水泥的作業(yè)中，使用連續(xù)油管時(shí)可以在各種原有井下管柱和工具的情況下，能夠更精確地定點(diǎn)定量的對(duì)目的層進(jìn)行措施，不但減少了材料的浪費(fèi)，而且降低了對(duì)地層的傷害，同時(shí)施工成本也得到減少。

表4 單層氣井連續(xù)油管注水泥泵注程序表

8.2 節(jié)約作業(yè)成本，降低勞動(dòng)強(qiáng)度

連續(xù)油管設(shè)備的適應(yīng)能力極強(qiáng)，對(duì)作業(yè)環(huán)境條件的要求不高，可減少施工前期工程的費(fèi)用支出，特別是在人口稠密區(qū)作業(yè)場(chǎng)地受限的老井封堵。在起下作業(yè)時(shí)，使用連續(xù)油管時(shí)不需要另立井架，不需要一根一根地上卸油管，操作簡(jiǎn)單，極大的縮短了作業(yè)時(shí)間，并且減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

8.3 作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)小

用常規(guī)油管作業(yè)時(shí)常因?yàn)橛凸茏冃巍p壞或上扣不緊、作業(yè)過(guò)程中不慎落物等造成事故，而使用連續(xù)油管時(shí)可避免這些事故的發(fā)生。特別對(duì)于高含有害氣體井，全過(guò)程帶壓密閉施工，降低了常規(guī)起油管作業(yè)所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

9 認(rèn)識(shí)及建議

(1)通過(guò)水泥漿性能、施工工藝分析了連續(xù)油管注水泥塞施工作業(yè)方案的可行性，為下步長(zhǎng)慶油田連續(xù)油管注水泥作業(yè)提供了設(shè)計(jì)依據(jù)；

(2)連續(xù)油管依靠自身的尺寸小、柔性好、可帶壓作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)為今后小套管井、高溫高壓、高含硫化氫、套管損壞及套管變形井帶壓修井泵注水泥漿封堵施工提供了重要的借鑒和參考；

(3)人口稠密區(qū)及作業(yè)場(chǎng)地受限的老井封堵，連續(xù)油管注水泥工藝具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，具有極好的經(jīng)濟(jì)性和廣泛的應(yīng)用推廣價(jià)值，建議在長(zhǎng)慶地區(qū)開(kāi)展連續(xù)油管注水泥工藝實(shí)驗(yàn)研究。

參考文獻(xiàn)：

［1］李興偉，陳林鳳，等.用CT擠注技術(shù)對(duì)長(zhǎng)水平井筒進(jìn)行注水泥作業(yè)［J］.石油石化節(jié)能，2006，22(7)：4-14.

［2］南樹(shù)歧，劉小衛(wèi)，王峰琳，等.高溫高壓生產(chǎn)氣井的連續(xù)管注水泥作業(yè)［J］.石油機(jī)械，2012，40(11)：31-37.

［3］孫海林，白田增，吳德，等.大套變井連續(xù)油管帶壓注水泥塞技術(shù)［J］.油氣井測(cè)試，2017，26(1)：51-54.

［4］袁濤，何彥榮.淺談連續(xù)油管在頁(yè)巖氣井注塞封井中的應(yīng)用［J］.江漢石油職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，30(2)：31-35.

［5］周鵬遙，程遠(yuǎn)方，楊向同，等.連續(xù)油管在塔里木油田迪那超高壓氣井修井作業(yè)實(shí)踐［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2015，(18)：69-73.