提高延长油田易漏长封固段固井质量的认识

提高延长油田易漏长封固段固井质量的认识作者：闫旬国赵清忠张友华
来源：《科学与财富》2011年第11期
[摘要] 本文针对油田勘探开发的特殊要求，以及对上述技术难点的分析，研究开发了高强低密度增韧水泥浆体系，应用了不钻胶塞双级注水泥工艺，配套实施了压力分析、压力预测及压稳固井施工技术，通过在延长、延川、子长等区块的应用与实践，固井质量明显提高，取得了良好的技术经济效益。

[关键词] 封固段长水泥浆防漏固井
一、固井难点分析
（1）封固段长，要同时穿越不同压力层系的地层。

常规油井水泥固井最长达300～500m，而特殊油井长封固段固井段也就800～1500m，而延长油田气井全部是全井封固，一般封固段长在2200-4500米，并且高压与低压并存，地层复杂。

即使是双级固井，每一级封固段也在800-1500米。

（2）封固段长，如何防止水泥浆失重对固井质量的影响。

根据水泥浆失重机理研究的结果表明：水泥浆顶替后静置候凝，在很短的时间内，水泥浆柱的压力差(即底部压力-顶部压力)就降到零。

甚至使水泥浆柱底部的压力比顶部的压力还低。

如图1所示。

水泥浆柱越长，失重效应越严重。

一旦水泥浆柱的静液压力低于地层流体压力，水泥浆的胶凝强度尚未达到某一定值（500psi／100ft2）时，地层流体就有可能侵入井眼或者水泥浆柱内，影响最终的固井质量。

（3）水泥量大，品种多。

考虑到常规水泥固井不能满足施工的要求，一口井就需要二、三种水泥同时使用，如不同密度的低密度水泥、纯水泥等。

一次性固井施工水泥量是常规注水泥的3～5倍。

（4）施工时间长，施工压力高。

根据钻井排量32～35l/s，为防止固井作业时发生漏失，因此注水泥施工排量为
1.8m3/min，替泥浆排量1.8m3/min，这样施工时间80～100min,(不加附加时间)，施工压力达16～20MPa。

二、固井设计及技术对策
2．1、施工压力校核
2.1.1井漏校核
固井环空当量密度过大会导致地层破裂，环空失返，严重影响固井质量，损害油层，还可能引起环空堵塞等复杂事故。

固井环空压力计算：
固井环空压力=环空液柱压力+环空循环压耗经计算，水泥返至地面时，当全井环空当量密度低于地层破裂压力梯度，施工应不会发生井漏。

2.1.2、压稳校核
水泥浆凝固过程中结构力不断增强，部分重量悬挂于套管及井壁上，产生失重现象，水泥浆失重后，其当量密度相当于清水密度1.00g/cm3，因此可能导致环空压力小于地层孔隙压力而发生溢流或井喷。

安全条件是：
地层孔隙压力》环空自由段钻井液液柱压力+水泥浆失重后压力
2.1.3、施工压力预测
为了保证固井施工安全，应用固井施工压力软件对液柱压力、流体摩阻（考虑“U”型管效应），采用重浆顶替技术把施工压力控制在12.0MPa以内，从而保证了固井施工安全。

2.2设计遵循下列原则：
（1）为了保证在固井中不漏失，满足水泥返至设计返高要求，全井拟采用常规+低密度水泥浆固井。

（2）为了提高泥浆顶替效率，采用高效冲洗液清除地层和套管壁的虚泥饼和泥浆。

（3）为防止水泥浆在凝固过程中“失重”引起井底压力不平衡，全井采用多段多凝制水泥浆固井。

以防止固井施工过程中的漏失和水泥浆凝固过程中“失重”。

（4）优化水泥浆性能，保证固井质量。

（5）为降低固井施工压力，采用先注轻泥浆、后替重泥浆技术，应用新型压胶塞液和不钻胶塞双级注水泥工艺，保证施工安全。

三、防漏固井技术
1、双级注水泥技术
双级注水泥技术是在一次注水泥方法的基础上,采用分级箍和相应的胶塞组从而达到分段封固目的层的井技术。

双级注水泥多用于长封固段易漏井固井和长固段高压油气井固井,防止井漏或油气窜槽,提高固井质量。

2、分级箍由分级箍外套、内衬套、关闭套等基本部分组成。

外套上有注水泥孔,其原始状态为内衬套封闭注水泥孔。

当第一级注完水泥碰压后,放入打开塞,当打开塞下行至内衬套位置时,井口憋压,使内衬套向下动,打开循环孔,为第二级固井提供循环通道。

当第二级固井施工完后,工具内的关闭套在关闭塞的作用下,将循环孔关闭,2个卡簧将关闭套锁定,形成永久性密封。

3、固井前的准备
（1）下套管通井前，井队应按固井的动态压力当量密度1.55g/cm3对地层进行承压试验；
（2）采用钻井时钻具组合进行通井，下钻遇阻卡后进行短起下划眼，确保井眼畅通无阻卡，并记录好遇阻卡井深，为下套管作业提出警示；
（3）下至井底后，小排量开泵，同时转动钻具，破坏泥浆静切力，防止井漏。

正常后逐步增加至钻井排量循环通井2周，直到泥浆振动筛无砂子，保证井下干净。

控制起下钻速度，防止压力波动引起井眼坍塌。

3.3.2固井前泥浆性能泥浆性能的好坏直接影响到固井质量。

如果泥浆粘度很大，很难顶替干净，将会造成窜槽，影响水泥胶结强度。

失水量大，会形成厚而松散的泥饼，在水泥浆候凝过程中水泥水化反应将从与其接触的泥饼中吸收水份，使原来为水饱和的泥饼收缩，干裂直至脱落。

这是造成固井质量不好的一个原因。

（1）针对地层的易漏问题，可以随钻在钻井液中加入堵漏剂，循环时使堵漏材料和较小的钻屑以及钻井液的固相颗粒在液柱压差作用下挤入岩石孔隙中，在井壁周围形成屏蔽层，从而提高地层承压压力。

下套管通井前，应对地层进行承压试验；
（2）固井前泥浆性能。

如果泥浆粘度很大，很难顶替干净，将会造成窜槽，影响水泥胶结强度。

失水量大，会形成厚而松散的泥饼，在水泥浆侯凝过程中水泥水化反应将从与其接触的泥饼中吸收水份，使原来为水饱和的泥饼收缩，干裂直至脱落。

这也是造成固井质量不好的一个原因。

4、科学施工
（1）在注水泥前，先注入8-10m清水，在环空形成足够长度的低粘切冲洗液柱，其目的：一是清水粘切小，流动性好，易达到紊流，从而提高顶替效率；二是稀释部分钻井液，冲洗蔬松泥饼，利于顶替。

（2）封固段长，灰量大，是注水泥结束后，采用重泥浆顶替，降低施工压力，保证施工安全。

（3）采用双泵替浆，排量不大于钻进排量，使水泥浆在紊流状态下顶替；当压力升高时，可采用单泵替浆，控制好排量，使水泥浆在塞流状态下顶替，最后采用清水碰压，以提高水泥浆顶替效率。

四、现场应用
截止2011年4月底，高强低密度增韧水泥浆体系结合不钻胶塞双级注水泥工艺固井技术分别在延长油田的延长、延川、子长等区块进行现场应用26井次，单次封固段最长为1800米，应用于预探井、开发井。

施工顺利，固井质量合格率为100%。

两口井固井施工均一次成工，各项施工参数达到设计要求。

经过声变检测，无论低密度水泥封固井段，还是抗窜水泥浆封固井段，固井质量均达到优质标准，达到了预期研究效果。

五、结论和认识
（1）低密度高强度增韧水泥浆体系的研究成功，为解决延长油田多压力层系长封易漏井油层固井质量问题提供了一套方法。

（2）水泥浆密度低，水泥浆液柱压力与地层孔隙压力之间的正压差降低，进而减小水泥浆的失水和固相颗粒进入储层，有利于完井过程中保护油气层。

（3）双级注水泥技术适于长封固段固井、低压易漏井固井及高压油气井固井,选择合格分级箍和正确操作分级箍是双级注水泥成败的关键。

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