分級(jí)固井注水泥工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

李光輝　劉衛(wèi)軍

摘 要：對(duì)分級(jí)固井注水泥技術(shù)從固井工具選用、工藝流程、技術(shù)應(yīng)用等方面進(jìn)行研究分析，建立分級(jí)箍合理安放位置的計(jì)算式，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果顯著。

關(guān)鍵詞：分級(jí)固井；注水泥；分級(jí)箍；固井技術(shù)

固井技術(shù)是鉆完井過程中重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，固井質(zhì)量的好壞直接影響著后續(xù)的油氣開采作業(yè)。分級(jí)固井注水泥工藝技術(shù)常用于解決水泥封固段長、地層壓力系數(shù)低、固井過程井漏現(xiàn)象嚴(yán)重等問題。

1 分級(jí)固井注水泥流動(dòng)過程理論

1.1 分級(jí)固井注水泥工藝描述

①非連續(xù)打開式雙級(jí)注水泥工藝：將分級(jí)箍按設(shè)計(jì)位置接于套管串，并送入預(yù)定位置；循環(huán)泥漿以清洗井壁；注入前置液；注入一級(jí)水泥漿；投入碰壓塞來頂替泥漿；碰壓，放回壓，檢查回壓凡爾；釋放重力塞；鱉壓打開循環(huán)孔，循環(huán)泥漿，第一級(jí)注水泥結(jié)束。第二級(jí)注水泥流程與上相似；②連續(xù)打開式雙級(jí)注水泥工藝：a 機(jī)械式分級(jí)箍：將機(jī)械式分級(jí)箍按設(shè)計(jì)位置接于套管串，并送入預(yù)定位置；清洗完井壁后注入前置液；注入一級(jí)水泥漿；釋放撓性塞，開始頂替分級(jí)箍以下管內(nèi)的泥漿；釋放重力塞，替分級(jí)箍以上管內(nèi)的泥漿；碰壓后，憋壓打開循環(huán)孔，循環(huán)鉆井液；注入隔離液，注入二級(jí)水泥漿，釋放關(guān)閉塞，替泥漿碰壓，關(guān)閉循環(huán)孔；放回壓，檢查循環(huán)孔性能；候凝。b 壓差式分級(jí)箍：與機(jī)械式分級(jí)箍注水泥的工藝流程相似，不同在于無需使用打開塞或重力塞來打開循環(huán)孔，而是根據(jù)壓差來打開循環(huán)孔；③雙級(jí)連續(xù)注水泥工藝：機(jī)械式分級(jí)箍：將分級(jí)箍按設(shè)計(jì)位置接于套管串，并送入預(yù)定位置；清洗完井壁后注入前置液；注入一級(jí)水泥漿；釋放碰壓塞，頂替分級(jí)箍以下的水泥漿；釋放打開塞；注入前置液，注入二級(jí)水泥漿，釋放二級(jí)碰壓塞，頂替水泥漿，碰壓時(shí)關(guān)閉循環(huán)孔；候凝。壓差式分級(jí)箍：與機(jī)械式分級(jí)箍注水泥工藝相似，不同在于無需使用打開塞或重力塞來打開循環(huán)孔，而是根據(jù)打開套兩端的壓差打開循環(huán)孔。

1.2 分級(jí)注水泥流動(dòng)過程描述

第一級(jí)注水泥初始階段，水泥漿注入套管內(nèi)，與之前流動(dòng)的鉆井液之間形成密度差，從而產(chǎn)生壓差。該階段泵入量仍然等于井內(nèi)實(shí)際流量。隨著注替的進(jìn)行，水泥漿不斷泵入到井內(nèi)，套管內(nèi)、外的壓差逐漸增大，當(dāng)差值大于流動(dòng)阻力時(shí)，開始出現(xiàn)“U型管”效應(yīng)，此時(shí)的泵入量小于井內(nèi)實(shí)際流量，并開始出現(xiàn)真空段。井內(nèi)的流體則自發(fā)會(huì)產(chǎn)生自由下落現(xiàn)象，這會(huì)增加循環(huán)流動(dòng)摩阻，并影響到泵壓的大小。該現(xiàn)象將在持續(xù)一段時(shí)間后逐漸消失，泵入量與井內(nèi)實(shí)際流量相同。待水泥漿全部替入環(huán)空內(nèi)，水泥刮塞會(huì)碰坐在生鐵圈上，此時(shí)壓力會(huì)突然升高，水泥漿頂替結(jié)束，安全裝置剪銷，分流泄壓，確保套管及設(shè)備的安全。第二級(jí)注水泥流動(dòng)過程與第一級(jí)流動(dòng)過程大致相同，不同在于，當(dāng)水泥漿頂替到位后，第一級(jí)注水泥階段的環(huán)空漿柱以上部分充滿了鉆井液，第二級(jí)的環(huán)空則充滿水泥漿。

2 雙級(jí)固井注水泥應(yīng)用分析

沁端區(qū)塊位于沁水盆地南部，煤層氣層埋藏淺，一般在200～1500m之間。煤層孔隙壓力系數(shù)普遍小于1.0，煤層破裂壓力梯度為0.018MPa/m，屬低壓、低滲、致密氣田。該油田的華蒲5-39井為生產(chǎn)井，用165.1mm的鉆頭鉆進(jìn)至井深1700m，139.7mm套管下深1698m。

文中選取附加壓差為1.0MPa，將計(jì)算結(jié)果輸入程序，點(diǎn)擊進(jìn)入分級(jí)箍位置計(jì)算界面。計(jì)算結(jié)果顯示：分級(jí)箍合理的安放位置范圍為666.00～801.29m。將分級(jí)箍位置設(shè)為785m。選用剛性扶正器。在水平井的大斜度井段和水平段為了確定水平井套管扶正器的合理安放位置，首先要通過不斷調(diào)整兩扶正器之間的套管長度，判斷該段套管的變形是否與井壁發(fā)生接觸，若發(fā)現(xiàn)套管長度不合理，及時(shí)調(diào)整套管長度。施工過程各壓力變化趨勢(shì)如圖1所示。

由于環(huán)空間隙較小，注入隔離液階段的井口壓力相對(duì)較大，真空段出現(xiàn)時(shí)井口壓力降為0；當(dāng)水泥漿頂替時(shí)井口壓力反而較低；隨著水泥漿的不斷頂替，井口壓力也不斷增大；當(dāng)發(fā)生碰壓時(shí)，井口壓力增大。在注入隔離液階段，井底壓力相對(duì)比較平穩(wěn)；水泥漿頂替的開始當(dāng)真空段出現(xiàn)時(shí)，泵壓降低，井底壓力也不斷降低；此后，隨著真空度消失，井底壓力不斷增大；當(dāng)水泥漿頂替到位發(fā)生碰壓時(shí)，井底壓力明顯增大。

通過對(duì)該水平井的分級(jí)箍位置預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)分級(jí)箍安放位置范圍在增斜段下段到穩(wěn)斜段之間，符合水平井分級(jí)箍合理安放范圍。此外，由于該井的環(huán)空間隙較小，且儲(chǔ)層地層壓力較低，當(dāng)附加壓力取值在1.0～1.5時(shí)，分級(jí)箍取值范圍較為合理，不會(huì)出現(xiàn)壓不穩(wěn)地層或壓漏地層的現(xiàn)象。

綜上所述，基于分級(jí)注水泥工藝過程的分析研究，確定出分級(jí)箍合理的安放井深范圍。對(duì)華蒲5-39水平井的分級(jí)注水泥進(jìn)行計(jì)算表明：分級(jí)箍合理的安放位置范圍為666.00～801.29m。

參考文獻(xiàn)：

[1]程淑佳，王肇鈞，陳會(huì)年，秦金立，刁國玉等.中國特殊雙級(jí)注水泥器的研制現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].油氣地質(zhì)與采收率，2007，14（4）：99-104.

[2]濮蘭天.分級(jí)固井注水泥工藝技術(shù)研究[D].重慶：重慶科技大學(xué)，2015.

作者簡(jiǎn)介：

李光輝（1983- ），男，漢族，工程師，河南南樂縣人，主要從事固井工藝及水泥漿研究工作。