川西地區超深井注水泥塞技術實踐

王德坤

中國石油川慶鉆探工程有限公司井下作業公司固井公司

0 引言

近年來隨著川西地區勘探開發力度加大，鉆井復雜情況越來越多，特別是進入深部地層發生壓差性井漏，損失大量鉆井液，甚至花數十天都依然無法處理。后期通過實踐發現注水泥塞作業能夠有效解決井漏、垮塌等井下復雜，并取得良好效果。但由于注水泥塞作業具有偶發性，在固井施工中常被劃入“零星作業”，不被重視，若措施不當，往往在作業后不能形成有效的水泥塞，嚴重者還可能造成“高塞”或“插旗桿”事故，讓本身復雜的井筒變得更加復雜化。尤其是超深井注水泥塞作業更須高度重視，并根據井下情況、注塞目的來確定注塞作業方案、水泥漿漿體、地面施工方案，實現安全有效作業。而川西地區近幾年在雙魚石、雙探、九龍山及平落壩等構造的超深井井段擠注水泥塞作業不斷增多，僅2019年至今，超過6 000 m的深部注水泥塞作業就達30余井次，具有很高的風險和挑戰性,高溫高壓超深井中的小井眼復雜井段的注水泥技術就顯得尤為重要。

1 超深井注水泥塞關鍵配套技術

川西區域超深井注水泥塞中鉆井液污染、沖洗、升溫快、流阻大、壓差大及失水等一系列問題非常突出。現場作業時，下列措施成為目前現場應用的關鍵配套技術。

1.1 基礎資料收集

充分了解注水泥塞的目的、封固井段、鉆井液體系及性能、油氣水顯示、上竄速度、漏層及漏失情況、復雜地層、井身結構、注水泥塞鉆具組合、鉆井隊設備、循環參數等情況，為方案設計提供準確依據[1]。

1.2 注水泥方式優選

根據注水泥塞目的并結合井下情況，選擇合理的注水泥塞方式，目前平衡注塞法在川西地區運用較多。

1.3 注水泥塞設計

(1)水泥漿量設計。在保證安全的情況下適量增大水泥漿用量，以彌補計量不準確和混漿對水泥石強度的影響。

(2)認真進行壓力平衡計算。對平衡水泥塞而言，原則上要保證替漿結束后鉆具(或油管)內液柱壓力略高于環空液柱壓力，井內液柱壓力略高于施工前液柱壓力。

(3)HSE要求。針對健康、安全、環保等要求，提出具體措施。

(4)井控措施設計。分別給出注水泥塞前、注水泥塞過程中、候凝期間的井控要求及措施。

1.4 水泥漿體系優化

目前川西地區以抗高溫防竄水泥漿體系為主，對超深井小鉆具水泥塞而言，水泥漿不僅具有低失水、析水等優點外，還需具有良好流動性、沉降穩定性，防止起鉆時水泥漿在小鉆具內不下滑，同時還要防止出現只考慮施工安全而忽視注塞效果的情況，擅自加大高溫緩凝劑的用量，導致水泥漿超緩凝[4]。川西區域深井水泥塞典型井水泥漿配方見表1所示。

表1 川西區域深井水泥塞典型井水泥漿配方選擇

1.5 相容性

根據水泥漿與鉆井液的相容性設計隔離液，隔離液在滿足“三壓穩”原則下，能有效相容，滿足施工安全要求，即在水泥漿∶鉆井液∶隔離液=7∶2∶1情況下稠化時間≥注替到位時間+鉆具起鉆至安全面的時間[2]。

1.6 井眼準備

循環必須充分有效，確保排除后效且由專人監測進出口鉆井液密度，差值小于0.02 g/cm3，觀察停泵后壓力情況，若不能回零，要繼續關注回吐量；施工前核對并記錄鉆具上提下放懸重、扭矩等參數。

1.7 設備準備

根據設計計算的施工預計最高壓力，選擇滿足與作業要求相匹配水馬力的施工裝備；如ST6井因計算施工壓力預計高達42 MPa，井隊泥漿泵無法滿足頂替要求，改用壓裂車輔助作業[2]。

1.8 施工準備

采用批混的方式配注;計量方式采用儀表+人工計量+壓力變化+泵沖四種方式相結合對比計量，以人工計量為基礎，施工前排除影響人工計量的干擾因素;特殊要求的注水泥塞現場管匯鏈接采用“Y”字型連接并上雙流管計量;施工前按設計流程模擬流體在注替過程壓力變化趨勢[3-4]。

1.9 現場應急處理

超深井施工人員要提高現場應急處理能力，施工前做好施工中出現異常情況的應急預案，并做好應急技術交底，施工時根據情況靈活、果斷處理[1]。

1.10 候凝監控

替漿結束到位后，迅速則將管柱起到安全位置并循環洗井一周以上，洗井結束后再上提一柱(30 m左右)候凝。候凝過程，確保壓穩以及候凝時間達到實驗要求方可探鉆水泥塞[5]。

2 ST6井水泥塞施工實踐

本井為四川盆地雙魚石～河灣場構造布置的一口滾動評價井，完鉆井深8 305 m(層位:棲霞組)。井筒內為?127 mm尾管×(5 468.90～8 305.00 m)+(?177.80 mm～193.68 mm)油層套管×(0～5 468.90 m),鉆井液性能:密度2.00 g/cm3，黏度67 s。為上部井段試油創造條件，在7 863～8 224 m井段有11段射孔井段進行封堵。準備在井段7 784～7 600 m注水泥塞。

2.1 施工難點

2.1.1 施工泵壓高

典型的超深井、小鉆具，加之鉆井液和水泥漿密度高、粘切力高，循環摩阻大，施工前：7 L/s，泵壓28 MPa，且漿體觸變性強，停泵后仍有5 MPa，施工風險大，主要表現：本井?127 mm套管段長，前置液及后置液入井后注替泵壓高，井隊的泥漿泵工作能力不能滿足替漿42 MPa的高泵壓要求；鉆井液結構力大，導致替漿到位后起鉆速度慢，增加鉆具在高溫井段的風險。再次開泵頂通建立循環困難，在鉆具起鉆到水泥塞面，因鉆具內殘留的水泥漿和鉆井液因靜止時間長，導致開泵循環需要較高的推動力。

2.1.2 起鉆困難

鉆井液和水泥漿的粘切力高，循環摩阻大，水泥漿漿體觸變性強，注入的水泥漿在套管內的高度長，拔出鉆桿的摩阻和抽汲力大，拔出鉆桿困難。

2.1.3 水泥漿量少

理論水泥塞量1.63 m3，與鉆井液混竄后難以形成有效水泥塞，為確保水泥漿一次性有效成塞，綜合考慮，計劃注入4 m3水泥漿，水泥漿在高溫下良好性能極為重要[5]。

2.2 注塞前期準備

鉆具組合：?95 mm銑齒×0.52 m+2A11×DS26轉換接頭0.36+?73 mm鉆桿2 388.29 m+DS26×310轉換接頭0.83 m+?88.9 mm鉆桿5 394 m=7 784 m。

隔離液配方：50%井漿+40%清水+重晶石+SD80+SD210，密度：2.00 g/cm3。

水泥漿性能及試驗情況見表2和表3所示。

表2 ST6井水泥漿試驗條件

表3 ST6井試驗性能參數

2.3 施工技術措施

(1)光鉆具下到油管切割點循環后，采用平衡法方式進行注塞。

(2)施工前循環2周，充分破除鉆井液結構力，確保進出口鉆井液密度差小于0.02 g/cm3。

(3)記錄注塞鉆具在上提、靜止、下放、循環四種工況下懸重。

(4)水泥漿為加砂加重高溫防竄水泥漿體系，設計密度2.05 g/cm3。

(5)施工時間320 min,設計水泥漿稠化時間360～390 min，實際水泥漿稠化時間388 min。

(6)鉆井液與水泥漿直接接觸稠化時間僅僅57 min/40Bc，為滿足施工安全作業要求，采用隔離液加沖洗液解決鉆井液與水泥漿相容性問題。設計隔離液密度與鉆井液密度一致，數量：前10 m3，后5 m3，沖洗液(前1.0 m3，后0.5 m3)，并按中石油川慶鉆探固井技術規范中尾管固井作業的要求完成全套相容性試驗。

(7)總有效水泥漿量4.0 m3，多余水泥漿采用反循環返出井口。

(8)頂替到位水泥漿管內比管外高50 m。

(9)采用批混方式配注水泥漿，確保水泥漿性能與設計一致。

(10)采用壓裂車執行頂替隔離液及鉆井液，同時在起鉆至安全井段后壓裂車完成反循環洗出多余水泥漿。

2.4 探塞情況

水泥塞頂界7 573.5 m，探塞鉆壓3 t，滿足設計要求，注塞成功。

3 結束語

(1)超深井注水泥塞施工作業的難度和風險很高，應從思想上高度重視，要從施工組織準備、施工過程、后續作業幾個階段嚴格把關，實現施工安全和確保水泥塞質量。

(2)必須準確掌握井下情況，精準施策。

(3)提前做好施工預案，提高施工及指揮人員超深井水泥塞作業的應急處理能力，施工時出現異常情況能快速果斷處理。