渤海灣淺層大位移井固井技術

羅靜 王賀寧 華志遠 彭紀龍

摘 要：墾利16-1油田位于渤海南部海域，隸屬墾利油田群開發體系，儲層地質條件復雜，具有典型“邊、小、碎、深”的特點，不僅是“十四五”技術攻關的主要方向，更是新時期油田開發的典型代表。本文通過對該區塊水泥漿體系，安全高效的下套管技術，附件的優化與應用，現場施工技術等方面的研究，提出了一套系統、成熟的大位移井固井技術。該技術在現場實踐中取得了顯著效果，保障了該區塊大位移井的固井質量，對渤海灣海域大位移井固井質量的提高提供了新的理論依據，具有深遠的現實意義。

關鍵詞：淺層大位移井;水泥漿體系;固井

中圖分類號：TE151 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）30-0068-04

Abstract： The KL16-1 oil field is located in the southern waters of the Bohai Sea and belongs to the development system of the Kenli oil field. The reservoir geological conditions are complex and with typical characteristics of "edge， small， broken and deep". It is not only the main direction of the "14th Five-Year Plan" technical research， but also a typical representative of oilfield development in the new period. This paper puts forward a set of systematic and mature cementing technology for extended reach wells through research on the block's cement slurry system， safe and efficient casing running technology， optimization and application of accessories， on-site construction technology and so on. This technology has achieved remarkable results in field practice， ensuring the cementing quality of extended reach wells in this block， and provided a new theoretical basis and far-reaching practical significance for improving the cementing quality of extended reach wells in the Bohai Bay area.

Keywords： shallow extended reach well; slurry system; well cementation

1 淺層大位移井作業難點

1.1 套管下入困難

淺層大位移井套管下入過程中，套管柱在經過大井斜段時部分套管柱緊貼下井壁，由于套管剛性較大，使得在狗腿度大的地方難以下入[1]。進入水平段后，水平段的套管柱完全緊貼在下井壁，增大了地層對套管柱的摩擦阻力，使套管下入更加困難。墾利16-1油田大位移井最大水垂比達到3.17，下套管難度及風險都極大。

1.2 頂替效率差

淺層大位移井井斜大，部分套管柱緊貼井壁，套管嚴重不居中，影響頂替效率。墾利16-1油田大位移井漏失風險較高，受限于施工安全條件下的注替排量，沖洗液沖洗效率不高。

1.3 漏失風險

墾利16-1油田大位移井普遍存在淺部斷層，且固井過程中巖屑易在井壁低邊不斷沉積，造成環空間隙小甚至于環空橋堵，固井施工中壓耗高，ECD通常較大，存在漏失風險。

2 淺層大位移井配套固井技術

2.1 安全高效下套管技術

墾利16-1油田大位移井下套管前使用專業軟件模擬套管下入過程中懸重變化，使用高抗扭套管、可劃眼浮鞋配套頂驅旋轉下套管工具（在12-1/4"井眼下入9-5/8"套管作業中配套使用9-5/8"漂浮接箍，在8-1/2"井眼下入7"尾管作業中配套使用防提前坐掛坐封可旋轉尾管掛）。如圖1至圖4所示。

以墾利16-1油田某淺層大位移井使用9-5/8"套管漂浮接箍為例：

下套管前進行模擬計算：鉆井液密度1.20 g/cm3，244.5 mm（9-5/8"）套管（L80、套管磅級47ppf），速度18 m/min，頂驅懸重25 t;摩擦系數選取：結合本區塊作業井經驗，進行本井下244.5 mm（9-5/8"）套管敏感性分析，摩擦系數選取三組0.25/0.30、0.30/0.35、0.30/0.40。

計算結果如表1所示。

根據模擬計算結果可知摩擦系數0.25/0.30時套管到位余量為6.91 t，直接下風險較高;另外兩組摩擦系數不滿足直接下條件，因此推薦本井漂浮下套管。

根據模擬計算結果推薦漂浮600 m：套管到位余量為14.15 t，上部套管內余量6.52 t。

根據模擬計算結果推薦漂浮1 000 m：套管到位余量為11.73 t，上部套管內余量6.81 t。

模擬計算結果推薦漂浮1 200 m：套管到位余量為11.81 t，上部套管內余量6.29 t。如表2至表4所示。

根據本井實際短起后的下鉆和循環調整鉆井液性能后起鉆工況進行摩擦系數反演校正，最終選擇漂浮1 100 m，套管順利下入到位。

2.2 新型低溫低密高早強水泥漿體系

對于渤海淺層大位移井固井來說，一方面需要采用低密度水泥漿來避免超過淺部松軟地層的破裂壓力，另一方面需要水泥漿具有良好的早強性能，來應對海洋低溫環境帶來的挑戰。目前用低密度水泥漿體系，在低溫條件下強度發展緩慢，不能滿足現實作業需求，低密高強水泥漿體系有待進一步研究。針對墾利16-1油田存在的低溫、極松軟地層等問題，本項目開發了一套新型低溫低密高早強固井水泥漿，提高低溫早期強度發展，25 ℃下500 psi早期強度僅需7.5 h，24 h強度較常規低密體系提升1 000 psi，候凝時間縮短近9 h;該體系漿體流變性能好，對于大位移井能有效降低水泥漿摩阻、環空壓耗[2-4]。

為滿足渤海墾利16-1油田淺層松軟地層固井作業需求，本項目采用顆粒級配優化水泥漿技術，主要設計原理是顆粒級配技術和復合材料理論。在此引入緊密堆積理論，為水泥漿體系構建和低密度混材研發提供理論支撐。

根據海洋固井對水泥漿一般性能和特殊性能的要求，配制低密度水泥漿可選用漂珠、膠凝材料等減輕劑[5-6]。根據Furnas顆粒堆積最密實級配原理，即在第一級大顆粒堆積空隙中充填到比第一級大顆粒小得多的第二級粒子，第二級粒子充填滿第一級顆粒空隙后，總體積不變;然后用粒徑比第二級粒子小得多的第三級粒子充填滿第二級顆粒空隙，總體積仍保持不變;依次繼續填入更小的粒子，使總體積不變，從而獲得混合體堆積空隙率為最小。通過大量試驗，選用本身密度較低的人造空心玻璃微珠和比表面大、吸水性強、活性高的膠凝材料作為水泥漿的減輕劑。

經過對常用膠凝材料進行研選，依據緊密堆積理論進行了材料復配，最終形成了優快混合材，該材料具有材料活性高，性能穩定，與其他外加劑配伍性良好的特點，如表5所示。

優快低密度混材具有以下性能特點。

①降低水泥漿需水量，提高水泥漿固相含量。

②可以縮短水泥起強度過渡時間，提高水泥早期強度。

③具有一定的懸浮增稠性能，可以防止水泥漿自由液的產生。

④溫度適應性廣，與其他產品配伍性良好。

經過大量試驗結果表明，32 ℃（BHCT）、38 ℃（BHCT）以及69 ℃（BHCT）條件下，低溫低密高早強水泥漿體系性能優良。低溫低密高早強水泥漿體系與常規低密水泥漿體系相比，在二者稠化時間接近的前提下，低溫低密高早強水泥漿體系12 h以及24 h抗壓強度發展均明顯優于常規低密度水泥漿體系。

2.3 現場施工技術

以墾利16-1油田某大位移井9.625"套管固井為例。

2.3.1 固井計劃。固井計劃如圖5所示。

①固井方式：單級固井。

②水泥漿體系：領尾漿均采用低溫低密高早強水泥漿體系。

③封固要求：領漿密度1.50 g/cm3，封固上層管鞋以上400 m;尾漿密度1.50 g/cm3，封固油氣層以上200 m。

④裸眼附加量：領尾漿附加量不少于電測環空容積的20%。

⑤水泥漿配方：特種水泥+COSL-Mixture+CG712F-L+PC-H21L+PC-X60L+F/W。

2.3.2 軟件模擬。

①流體壁面切力模擬。根據專業模擬軟件模擬結果得出沖洗液、鉆井液、隔離液、領漿、尾漿的壁面切力依次遞增。

②沖洗液紊流臨界排量。標準井眼：根據專業模擬軟件模擬結果得出沖洗液井底返速0.399 m/s即可達到紊流狀態，本井沖洗液過井底時正在頂替水泥漿，2.2 m3/min排量情況下環空返速1.0 m/s。

③頂替效率。根據專業模擬軟件模擬結果得出，井底到油氣層以上200 m頂替效率為100%，如圖6所示。

④ECD模擬。根據專業模擬軟件模擬結果得出在慢替前井底ECD最大為1.582 g/cm3，小于地層破裂壓力1.67 g/cm3，如圖7所示。

使用頂驅旋轉下套管工具+漂浮接箍+劃眼浮鞋，9.625"套管順利下入到位，固井施工順利結束。

3 結論

針對渤海灣淺層大位移井套管下入困難，井眼清潔不易甚至造成環空橋堵，ECD往往較常規定向井過高等特點，通過安全高效的下套管技術，水泥漿體系優化，專業軟件模擬的理論支持以及現場施工技術等方面的研究，已總結出了一套系統、成熟的淺層大位移井固井技術，優選水泥漿體系和提高頂替效率是其中關鍵。經渤海灣現場多口井應用實踐，該技術保證了固井質量要求，為后續油氣開采提供了保障。

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