水平井打水泥塞、钻水泥塞技术探讨

工程技术38

水平井打水泥塞、钻水泥塞技术探讨

曹燕林

（中国石油青海油田井下作业公司作业7-17联队，青海 海西 816400）

摘 要：水平井技术的发展不断进步，但还有很多不完善的地方，层间出水、干层、水层等对水平井生产影响很大，对水平井的封堵工艺条件要求都比较严格，使许多封堵工具的应用范围受到了一定限制，施工的一次成功率也受到了很大的影响。青海油田跃西平3井在水平井段注水泥塞施工，是青海油田第一次对水平井注水泥塞的尝试，经过不断地摸索，取得了成功。关键词：水平井；打水泥塞；钻水泥塞

DOI：10.3969/j.issn.1671-6396.2012.08.018

近年来，随着钻井技术水平的不断进步及采油要求不断的提高，水平井、大斜度井、分支井相继出现，并逐渐被更多的人所认识，也越来越多地得以推广应用。但是水平井技术的发展还有很多不完善的地方，层间出水、干层、水层等对水平井生产影响很大，对水平井的封堵工艺条件要求都比较严格，使许多封堵工具的应用范围受到了一定限制，施工的一次成功率也受到了很大的影响。随着注水泥塞技术的日臻完善，使其对复杂井况的适应能力有所加强，应用范围也逐渐拓展，施工成功率也不断提高，特别是对水平井来说，更是大有用武之地。跃西平3井在水平井段注水泥塞施工的成功，标志着水平井作业技术在青海油田又更进一步的提高，是青海油田第一次对水平井注水泥塞的尝试，经过不断的摸索，取得了成功。

1 水平井的定义

通常把进入油气层井眼的井斜角不低于86°的井段称为水平段，能沿油层走向形成这种水平位移的特殊定向井称为水平井。水平井可有效地增加油气层的泄露面积，提高采收率，它是增加产油量的有效手段之一。

2 水平井打水泥塞探讨

水平井打水泥塞还没有成熟的技术，现在的工作还是在探讨中进行。

2.1 水平井井眼特点

（1）水平井段，注水泥塞风险大；（2）井斜大，造压差有难度；（3）地层压力差异大，上部压力系数高，下部压力系数低；（4）井温高，一般在75°左右；

2.2 水平井水泥浆用量分析

水平井段注水泥塞的水泥浆用量从理论上应当与直井段注水泥塞的用量一样，水泥浆用量的计算方法与直井段相同，但由于水平段存在倾角，所以灰封井段短的平均每米比直井段用水泥浆量稍多一些，在施工时应当适当增加水泥浆的用量。

2.3 水平井注水泥塞洗井要求

在套管内注水泥塞按常规要进行反洗井，洗出预留水泥面以上的多余水泥浆和清洗油管内壁粘附的水泥浆，但是水平井套管平井井段地层压力系数一般比较低，所以反洗井钻具提至要求位置后，洗井应控制排量，采用小排量开泵，严防泵压过高，待泵压正常后，再增大泵排量至要求值。3 青海油田跃西平3井打水泥塞简介

3.1 基本数据

完钻日期：2006.11.16；完钻井深：2348.00m；完井方式：筛管完井；生产井段：1847.13～2343.49m。

3.2 生产简况

该井于2006年12月3日投产，生产一个月，日产液约30方/天，含水100%，后关井至今。

3.3 施工目的

地质分析认为，该井水平段的1810～1830m位置存在高渗透水层，严重干扰了原油的采出。故提出采用堵水措施，对该出水位置进行化学性封堵或控制。

3.4 施工方案

在井深1815.00～1835.00m（该井段斜度：71.60°～75.50°）打水泥塞，探水泥塞及试压合格后，在井深1799.00～1800.00m射孔，对1810.00～1830.00m进行封堵。

3.5 打水泥塞施工过程简介

该井共打水泥塞4次，累计水泥浆量1.2m3，水泥塞塞面位置有所增长，在第4次打完水泥塞后，对井筒试压25MPa，稳压15min，压降1.5MPa，水泥塞合格。在这几次打完水泥后，在探水泥塞面时，在探到水泥塞面后，少量加压后管柱还可向下移动，上提时有遇卡现象，可以在地面明显地判断出水泥塞面呈斜坡状。

在前两次打水泥塞失败后，我们认真地分析了失败因素，水平井段和直井打水泥塞明显是不同的，在直井段打水泥浆，在井内也有沉降和失水现象，但水泥浆的重力与水泥浆的沉降方向及直井井身结构是竖直向下的，凝结后水泥塞与井壁之间不会产生间隙。而水平井段的水泥浆，虽然加压候凝，但在水泥浆到达水平井段后，在静止候凝的过程中，水泥浆的重力及水泥浆的沉降方向与水平井井身结构是相互垂直的，水泥浆不断地沉降及失水，就造成了水泥凝结后与井壁上部不能有机的结合，导致了水泥塞面的斜坡状。

在水平井段打水泥塞时，我们认为只有改变水泥浆在重力作用下的失水，才有可能成功。

在第三次打水泥塞过程中，在配制水泥浆时先在清水中加入悬浮剂、膨胀剂，增加水的粘度以及水泥浆在井下行成膨胀，再使用超细水泥配制水泥浆，从而减小水泥在重力作用下的失水，在候凝以后，探水泥塞面还是出现了水泥塞面

斜坡状。由此判断，在地面加压候凝时，水泥浆初凝前，在水平井段由于在重力的作用下向两侧流动，造成了水泥塞面的斜坡状。此次试压时压降比前两次都有减少，可是还是没有达到试压要求。在地面配制的水泥浆进行试验时，虽然降低了水泥浆的失水，但凝结后由于膨胀剂的作用，水泥浆固化后形成孔隙，也可能是造成试压不合格的因素之一，此种方法的配方也是不成功的，这还需要更新配方，从而真正消除水泥浆的失水，水泥浆凝结后还不能有较大的孔隙，同时在井下要防止水泥浆在重力的作用下进行流动，这还有待于进一步的研究。

从这次打水泥塞可以看出，在水平井段打水泥塞时，不但要改变水泥浆在重力作用下的失水，还要防止水泥浆在水平井段由于重力的作用下产生流动，才有可能成功。

在第四次打水泥塞前，我们先在井下顶入毛毡至井底留下的水泥塞面上，并用油管上提下放压实，在水平井底形成底塞，在注水泥浆后，向下多挤入一定量的顶替液，在候凝

20min 后，又加压挤入一定量的顶替液（顶替液根据套管内容积及挤入的水泥浆量而定），并憋压候凝，在候凝10h 后憋压候凝压力已降为0MPa 。在候凝24h 后，又在井口加压15MPa 憋压候凝，这种目的是为了向在水泥浆候凝中，由于水泥浆失水而在水泥塞内形成的孔隙继续加压，使没有完全凝结的水泥浆受到压力的作用而胶结在一起，从而形成水泥塞。这也为今后水平井打水泥塞积累了一定的经验。

图1

但在水平井段，水泥浆的重力及水泥浆的沉降方向与水平井井身结构是相互垂直的，水泥浆在初凝前还是有流动，凝固后还是呈斜面状，但并不影响下步施工。 3.6 今后水平井施工建议

在今后水平井封堵施工中，建议下入水平井专用可钻式丢手桥塞，如施工完后，可下入螺杆钻或钻杆钻掉封堵留在井内的丢手桥塞，进行投产。

3.7 水平井注水泥塞应注意的问题

（1）注水泥塞前应大排量洗井，主要是保证井筒液性一致，密度一致。

（2）套管内压井液与水泥浆之间要有足够的隔离液，隔离液一般使用清水，隔开压井液与水泥浆防止压井液与水泥浆渗混生成不可稠化的混浆，清水对地层有破坏作用，前置隔离液使用清水不易太多一般控制在400L 左右，后置隔离液100L 左右。

（3）替前置隔离液和水泥浆至注水泥塞井段时，排量要小，使注灰井段充满水泥浆。

（4）注入水泥浆替泥浆后，应慢速提钻，提钻速度控制在1立根／min ，避免抽空和抽吸产生灰环，提出水泥面后适当提高提钻速度。

（5）注意水质的变化，注水泥用水应与水泥进行配伍实验，配制水泥浆使用的清水避免混入其它液体。

（6）青海油田水平井注水泥塞只有一口井的经验，技术还有待更进一步的研究与提高。

4 水平井钻塞

水平井钻塞技术已走向成熟，在国内各油田都有了成功的技术及经验。

4.1 水平井钻塞的风险及措施

（1）钻屑的上返。措施：提高修井液的粘度，以便有良好的携砂能力，推荐使用合格的压井液；增大循环排量，排量要求每分钟500L/min 以上。

（2）扭矩的传递。措施：钻具增加滚子扶正器，减少钻具磨阻；提高修井液润滑性。 4.2 钻塞管柱组合

（1）钻具组合原则：保证能够通过大井斜段及水平段；有利于钻压的施加；调整钻头偏心距，防止磨损套管及工具部件；有利于钻屑的上返。

（2）首选螺杆钻具钻塞：钻头+螺杆钻（带螺旋扶正器）+刚性扶正器+油管。

（3）机械钻具：钻头+滚子扶正器+φ73mm18°斜坡钻杆1根+滚子扶正器+φ73mm18°斜坡钻杆若干（斜坡钻杆的长度应长于造斜段至人工井底的长度，并且每三根钻杆加滚子扶正器一个）+φ73mm 普通钻杆。使用机械钻具要慎重，由于重力的作用，钻具在造斜段和水平段会向井壁的一侧靠拢，并且在每次施工时都会靠在同一位置，如果施工时间较长，就会损伤套管，并有卡住钻具的风险，除非没有使用螺杆钻具的条件，否则应避免使用转盘和钻杆在水平井旋转处理井筒。

（4）水平井由于井下水平段较长，下部加钻铤效果不

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水泥塞面 水平

重力 水平井力的分布

底塞