東海X井油基泥漿環境下注水泥塞側鉆復雜情況處理分析

李博

(中海油能源發展股份有限公司工程技術上海分公司, 上海 200335)

0 引言

近年來，由于各大油田勘探開發力度的不斷增大，各類調整井、開發井數量不斷增多。尤其是在老油田開發后期，由于儲量下降，在老井眼基礎上進行側鉆作業，重新開發新儲層，對老井眼進行再次利用是各大老油田增儲上產、降本增效的重要手段。但同時，由于測鉆工藝復雜，對側鉆工具、井內管柱的狀態、鉆井液的類型、側鉆角度等要求極高，側鉆成功率通常不高[1-3]。東海X井是一口開發評價井(帶領眼水平井)，二開12-1/4″領眼鉆至5 436 m，需回填，并從2 650 m側鉆12-1/4″井眼至水平段入窗著陸。施工前油基泥漿密度為1.37 g/cm3，漏斗黏度66 s，塑性黏度38mPa·s，屈服值9 Pa，油水比82/18，高溫高壓濾失量2.8 mL，鉆井液整體性能較好，具有“低黏度、高切力”的特性，攜巖效果較好，但高溫高壓失水值較高，鉆井液中的自由水易在高溫環境下析出并侵入地層，造成泥巖段的垮塌[4-7]。

1 復雜情況發生經過

1#、2#、3#水泥塞采用硅粉水泥+聚合物防氣竄水泥漿體系，4#、5#水泥塞采用硅粉水泥+聚合物水泥漿體系，性能化驗數據如表1所示，前置液包括隔離液、沖洗液、隔離混合水，隔離液配方為淡水+隔離液添加劑+消泡劑，使用重晶石加重至1.37 g/cm3(施工前油基泥漿密度)，沖洗液配方為淡水+50%油基沖洗液添加劑，密度1.0 g/cm3。

表1 水泥漿化驗數據

1.1 油基泥漿環境下注1#、2#、3#水泥塞

下光鉆桿至井底，循環，自下而上連續注1#、2#、3#水泥塞，詳細程序為先注1#水泥塞，固井泵泵注隔離液、沖洗液、隔離混合水、水泥漿、尾水，泥漿泵頂替泥漿，泄壓檢查無回流后，起鉆，正循環沖洗，用相同流程注2#、3#棄井水泥塞，侯凝24 h，下探水泥塞面。

1.2 油基泥漿環境下注4#、5#水泥塞

由于5#側鉆水泥塞為懸空水泥塞，為防止水泥漿與油基泥漿因密度差出現倒置、混漿，在其下部注4#水泥塞，起承托作用，以保障5#水泥塞施工質量，先注4#水泥塞，起鉆，固井泵泵注隔離液、沖洗液、隔離混合水、水泥漿、尾水，泥漿泵頂替泥漿，泄壓無回流，起鉆正循環沖洗。注5#水泥塞流程同注4#水泥塞，起鉆正循環沖洗期間累計沖洗32 m3返出見隔離液與油基泥漿混漿，理論泵注88 m3見隔離液與油基泥漿混漿，沖洗期間未見明顯純水泥漿，多為混漿。

組下側鉆鉆具，在累計侯凝36 h后，探塞未見水泥塞面。再次侯凝12 h后，依舊未見水泥塞。探塞中途循環期間振動篩返出少量細砂及水泥細小顆粒，滴酚酞明顯變紅，可證明水泥塞返出。

2 復雜情況處理過程

為改善隔離、沖洗效果，防止混漿，在油基泥漿環境下補注5#水泥塞施工前在底部墊入高黏度稠膨潤土漿；改變前置液結構，如表2所示，將比重及黏度較低的沖洗液添加至隔離液中，減少隔離混合水加量，以固井泵至鉆臺管線內含量作為設計加量；增加前置液總量并改用泥漿泵以較高排量泵注；增加水泥漿用量及水泥塞長度，如表3所示；改變后置液結構，如表4所示，將比重及黏度較低的隔離混合水改為與密度與油基泥漿一致、漏斗黏度高于油基泥漿15～20 s的隔離液，同時增加用量，使其在頂替結束后頂面高于管外水泥塞面，改用固井泵以低排量頂替。補注5#水泥塞詳細程序為：送光鉆桿至設計深度，循環至鉆井液性能均勻、穩定后墊入稠膨潤土漿(漏斗黏度＞120 s)，泥漿泵泵注前置隔離液，將稠膨潤土漿頂替到位。起鉆，泥漿泵繼續泵注前置隔離液，固井泵泵注水泥漿、隔離液，固井泵以低排量頂替泥漿，泄壓無回流，起鉆，正循環沖洗。

表2 前置液結構及用量對比

表3 水泥漿用量及封固段對比

表4 后置液結構及用量對比

累計侯凝46 h后，組下側鉆鉆具，成功探到水泥塞面，靜壓10，持續5 min，鉆具無下移、泵壓無變化，確認水泥塞封固質量滿足側鉆要求。繼續鉆水泥塞，采用劃槽、控速鉆進等措施，30 h后側鉆至新地層，新鉆屑含量100%，計算新井眼與原井眼井斜分離7°、夾壁墻厚度5 m，確認側鉆成功。

3 水泥塞未封固裸眼段原因分析

結合4#、5#水泥塞探塞情況可知，兩段水泥漿均與油基泥漿混漿嚴重，導致該情況的原因為：

(1)4#、5#水泥塞均為懸空水泥塞，因為有密度差存在，水泥漿與油基泥漿上下反轉、置換，4#水泥塞不僅未能起到承托5#水泥塞的作用，而且也與油基泥漿混漿嚴重。

(2)鉆井液、隔離液、沖洗液密度不一致，在井眼尺寸大、井斜大，井徑不規則狀態下，容易造成管內外不平衡，形成混漿。

(3)后置液用量較少導致起鉆期間鉆桿內泥漿混入水泥漿漿體內，導致混漿進一步增加。

(4)注水泥塞施工過程中，固井泵泵注沖洗液、隔離液、水泥漿的排量較小，加之鉆柱內容積遠小于環空容積、水泥漿量大，水泥漿在泵注過程中因自重下沉，致使前置液(沖洗液/隔離液)在低返速情況下通過封固段，且封固段井斜大(45°～50°)，無法有效驅替低邊的油基泥漿，致使水泥漿與油基泥漿混漿嚴重。

(5)井眼尺寸大，紊流臨界排量較高，不易達到，不合適的排量導致鉆井液驅替不干凈。加之井斜較大，鉆具貼邊易發生單邊竄槽的情況。

(6)上述原因導致隔離、沖洗、頂替效果差，水泥塞段混漿嚴重，殘留油基泥漿與水泥混合后，水泥強度不足，多為點分散凝固，無法形成有效封固的水泥石。水泥漿與油基泥漿混合后強度試驗數據如表5～表7所示。

表5 混合強度試驗所用油基泥漿性能

表6 混合強度試驗所用水泥漿配方

表7 混合強度試驗結果

對比前后兩次施工方案，總結補注5#水泥塞成功的技術保障措施主要有：

(1)高粘稠膨潤土漿的懸浮和隔離作用有效避免了水泥漿與油基泥漿因密度懸殊而出現反轉、置換。

(2)前置液采用混合的隔離、沖洗雙作業工作液，有效避免了分開泵注過程中沖洗液帶動隔離液走井眼高邊、驅替效果差的問題，且泥漿泵大排量泵注下的較高環空返速改善了沖洗、隔離效果。

(3)結構、用量改變之后的前置液、后置液起到了較好的隔離效果。

(4)頂替排量降低后，環空返速由0.72 m/s降至0.2 m/s，有效減少了混漿，保障了頂替效果。

4 結語

(1)混合強度試驗表明，油基泥漿的混入會對水泥漿稠化及強度產生極大的影響，因此油基泥漿環境下注水泥塞成敗的關鍵在于能否最大限度地減少油基泥漿的混入量。

(2)對懸空水泥塞(底部100 m范圍內非井底、或無水泥塞)，宜在施工前將光鉆桿下至設計水泥塞底深以下，充分循環至鉆井液性能均勻后，在底部空間充足的情況下墊入預水化的稠膨潤土漿(密度與井內鉆井液一致)至少100 m(前后使用隔離液隔開)，注意附加地面管線的余量，并保障好其抗高溫穩定性，用以承托上部水泥漿。

(3)由于水泥漿量大、施工管串內容積小，沖洗液會不可避免地因為U型管效應在低速情況下穿越擬封固段，無法實現理想的紊流沖洗。對此，建議采用泥漿泵泵注“沖洗+隔離”雙作用前置液(密度與泥漿密度一致，黏度大于泥漿黏度15～20 mPa·s，雙效隔離液環空高度不少于500 m，具有大于鉆井液的壁面剪應力，可以有效的清刮附著在井壁上鉆井液殘留，防止水泥漿返上來后被鉆井液污染)，后置液宜采用隔離液(密度與泥漿密度一致，鉆桿內后置長度與環空外前置液長度一致)，以改善親油井壁的沖洗效果，有效隔離水泥漿及油基泥漿，減少混漿。

(4)盡可能采用簡單的漿柱結構，前置液、后置液密度與鉆井液保持一致，更有利于平衡鉆桿內外液柱壓力、減少混漿。

(5)若無電測井徑資料，宜通過投標志物的方式確定井眼擴大率，在安全施工的前提下，根據井眼擴大率適當增大水泥漿的附加量，頂替到位后，勻速起出設計水泥塞頂部以上至少30 m循環沖洗(條件允許可反循環沖洗)，結合ECD模擬控制循環排量，謹防漏失。

(6)泵注水泥漿期間和頂替水泥漿期間，如果能旋轉鉆鉆具，整個施工過程以10 r/min旋轉鉆具為主，如不能旋轉鉆具，鉆臺活動上下鉆具不宜太快，在確保鉆具安全提活的前提下，控制活動范圍為3～5 m，隔離液出鉆桿之后，為最低點，水泥漿出鉆桿前，應控制下放的最低位置比隔離液出鉆桿高出至少0.5 m，水泥漿出鉆桿時，可以靜止等水泥漿返出環空長度10 m后再活動，或者活動鉆具范圍縮小到1～2 m減少混漿。

(7)8～1/2″及以下井眼宜采用固井泵頂替，通過固井水柜計量，保證頂替量的準確性，確保環空返速0.8 m/s以上。8～1/2″以上井眼宜采用泥漿泵頂替，通過泵沖、泥漿池等，確保頂替量的準確性，確保環空返速在0.8 m/s以上，如達不到紊流狀態，建議采取小排量塞流頂替，確保環空返速在0.2 m/s左右，保證頂替效率。

(8)連續水泥塞作業時，第一個水泥塞作業結束后，起鉆到水泥塞面以上20 m循環，循環干凈后再起不少于3 m(井斜≥55°井段，上提鉆具不少于30 m)進行下一個水泥塞作業；如果工程上要求水泥塞之間不能有間隔，則等第1個水泥塞初凝后(視樣品強度決定)再進行第2個水泥塞作業。按規范侯凝至少24 h，結合地面樣品養護情況再進行探塞、試壓等作業。