延长油田浅层大位移水平井固井优化技术

刘云

(延长油田 勘探开发技术研究中心，陕西 延安 716000)

延长油田浅层大位移水平井固井优化技术

刘云

(延长油田 勘探开发技术研究中心，陕西 延安 716000)

固井作业是一次性工程，一旦固井质量出现问题，补救作业一般无法达到封固合格的要求，并且水平井固井存在一定的固井工艺难点，包括弯曲井段曲率大，套管不易下入;斜井段套管与井壁发生长段面积的多处接触，井斜越大，摩阻力越大;环空的严重偏心度使窄边钻井液不能有效清除;易形成集中的水带，尤其是水平井游离水易集中与井眼上方，使油气串通;且直井中常用的固井附件不能使用，需要改进或重新设计。延长油田东部的部分区域油层埋深浅、存在低压、易漏失层，该区域内的井在固井过程中易发生地层破裂、水泥浆漏失现象。这不仅使水泥浆返高不够，也对地层造成了污染，严重影响了固井质量和油水井的后续生产。

水平井;固井质量;套管;摩阻力;固井附件

由于水平井已经成为提高低渗透油田开发效益的一项重要技术手段，该技术的应用将越来越广，水平井数量也将日益增加，向规模化发展。且延长油田东部区域油藏埋深浅、浅层大位移水平井位垂比较大、钻井及下套管过程中井眼摩阻大，存在低压易漏失层，因此需要研究适合浅层大位移水平井固井工艺技术，延长油田七平1井是2014年完钻的一口浅层大位移水平井，该井顺利下套管固井作业成功为后续的同类水平井固井作业奠定了良好的基础。

1 井眼结构及完钻数据

七平1井造斜点200 m，靶前距266 m，水平段长为696 m，完钻井深为1366 m，垂深为477 m，位垂比为2.03。

2 固井化技术

2.1 井眼净化技术

由于七平1井的水平位移较大，在井眼的低边形成了岩屑沉积床，而使问题进一步复杂化，岩屑的清理至关重要，通过以下的一些措施来确保井眼的清洁(见图1)。

图1 七平1井浅层大位移水平井井身结构示意图

(1)提高返速

塔尔萨大学的研究表明，在各种井斜角下，无论使用层流还是紊流，提高钻井液的环空返速都能提高清井效果。二开钻进排量应尽可能维持在30 L/s以上，避免生成岩屑床［1］。

(2)使用层流(0°～45°)。同时尽可能地增加钻井液屈服值将提高清井效果［2］。

(3)增加钻井液比重

如果有上提下放遇阻的现象应及时配稠浆进行清洗井眼，将井眼内的沉砂或掉块清洗干净后，再重新开始钻进，以防阻卡，尤其在起钻前，必须保证井眼清洁，防止岩屑床的形成［3］。

(4)使用紊流

尽可能使钻井液在井斜40°以上井段达到紊流状态，以便紊流洗井，防止岩屑床的形成。如果达不到紊流，应适当提高泥浆粘度切力，以利于井眼清洁［4］。

(5)降低钻井液静切力

在斜井中，触变性非常不利于钻屑的输送，在钻柱不转动时更是如此。稠化的钻井液在井底形成了一层几乎不流动的流体层，而使钻屑滞留在井底，这种影响对细颗粒来说尤为严重［5］。

(6)良好的固控设备和高的运转率

使振动筛、除砂器、除泥器等与钻井泵同步运转，根据需要有效使用离心机，保证固相和含砂在控制范围内。

(7)划眼起下钻

周期性划眼起下钻能搅动钻屑，并将使钻屑从井眼中清除出来。

2.2 套管下入技术

(1)套管强度校核

套管在弯曲井眼内引起的弯曲应力会影响套管的抗拉强度和抗内压强度，套管柱允许下入的最大井眼曲率

Cm=16693(Pj－Pe)/D oK A。

Cm－套管允许通过的最大井眼曲率，(°)/ 30m;P j－套管螺纹的连接强度，KN;P e－套管已承受的有效轴向力KN;D o－套管管体外径，cm;K－考虑螺纹应力集中等因素的系数，推荐为1.65;A－套管管体截面积，cm2。根据不同的井眼轨迹及垂深选择合理的套管钢级强度。通过计算得出七平1井套管可用J55及以上钢级［6］。

(2)套管串结构设计:水平井各层次奎管中结构数据如表1。

(3)套管下入摩阻模拟分析

通过对生产套管下入过程的摩阻进行分析，得下套管过程中最大载荷，最终合理的下套方式确保套管的顺利下入。七平1井下套管模型分析如图2。

表1 各层次套管串结构数据表

图2 七平1井下套管模拟分析

(4)选用合理的扶正器

使用不同类型的扶正器可以使下套管过程中套管与地层的面接触变为点接触。下套管过程中在井斜大于50°井段中使用滚轮钢性扶正器，在直井段及井斜小的井段使用刚性扶正器［6］。

(5)使用近似套管钢性的部分钻具模拟下套管作业，下套管时加入适量的玻璃小球确保井眼的润滑性。

(6)套管漂浮下入技术

采用漂浮下入技术可以减小套管对下井壁的附着力即对井壁的摩阻;减小大钩载荷，从而保证套管的顺利下入。通常是将套管底部密封住，并充入轻质液体或全部为空气。实践证明，这一原理能够有效地克服大斜度井中在套管上的摩阻。

(7)套管居中技术

合理安放扶正器使套管居中，是消除偏心环空窄间隙处滞留钻井液，提高水泥浆顶替效率的重要措施。

Dowell Schlumberger公司发现套管的居中度满足或超过67%，便于从窄边清除掉滞留的钻井液(完全居中时，居中度=100%)。套管居中度示意图如图3。

居中度定义公式:

图3 套管居中度示意图

为保证套管的顺利下入和居中度的需要在套管扶正器的下入上必须具有合理性和科学性。套管加扶正器，保持环空流动区域的均匀性，可改善钻井液的顶替效率［7］。

2.3 前置液及水泥浆体系的优选

(1)二开生产套管固井采用低温早强水泥浆体系

通过不断的改进探索出一套适合延长浅层大位移水平井的水泥浆体系，嘉华G级(HSR)+5%83S (降失水剂)+1%USZ(分散剂)+3%M59S(稳定剂)+2%QJ625(膨胀剂)+2%微硅+4%M51S(早强剂)，七平2井水泥浆性能如表2所示。

表2 七平2水泥浆性能

(2)前置液配方及性能

生产套管固井前置液配方为水+5%CXY。为了提高水泥浆顶替效率以保证较低温条件下水泥浆具有较高的胶结强度，满足后期压裂的需要，前置液密度应大于钻井液密度而小于水泥浆密度。在保证环空液柱压力平衡和井壁稳定的前提下满足前置液有7～10 min的紊流接触时间，前置液应具有一定的冲刷泥饼和钻井液吸附层的能力，并且与钻井液有很好的相容性，能稀释钻井液，降低钻井液的粘度和切力，提高顶替效率。七平2井前置液性能如表3所示。

表3 七平2井前置液性能参数表

(3)使用常规密度微膨胀水泥浆体系一次上返固井工艺固井

由于地层承压能力低，顶替过程中易发生漏失，影响水泥浆返高。为解决该问题，研发了常规密度微膨胀水泥浆体系，该体系密度低、强度高、性能稳定，在解决漏失问题的同时还能对地层进行有效封固，满足长期注采需要;并通过前置液技术，提高顶替效率，解决了高泵压低环空返速情况下的顶替效率问题［8］。

3 结论及认识

(1)提高返速、合理的控制层流及紊流、增大钻井液密度、降低钻井液静切力、划眼起下钻能有效的清除钻井工程中产生的岩屑;

(2)下套管模拟分析为套管串的安全、顺利下入提供了科学的依据;

(3)采用刚性滚轮扶正器即可满足水平段套管居中的要求，又能减少套管下入阻力，是提高浅层水平井固井与完井的有效手段;

(4)低温低失水早强的水泥浆配方与相应的隔离液相配套，应用于浅层大位移水平井中，可有效地保护油气层和提高固井质量;

(5)通过对固井技术的优化，以延长油井的使用寿命，提高采油速度，可进行增产作业，保证二次、三次采油的技术实施，提高油田开发效益。

［1］孙莉，黄晓川，向兴华.国内水平井固井技术及发展［J］.钻采工艺，2005，05:23－26.

［2］侯卓识.水平井固井顶替钻井液滞留模型研究［D］.大庆:东北石油大学，2012.

［3］韩烈祥，向兴华.水平井固井技术新进展［J］.天然气工业，2007，12:86－88.

［4］李正国，蒋新立.大牛地气田水平井固井技术应用分析［J］.西部探矿工程，2008，09:69－72.

［5］王合林，钟福海.华北油田水平井完井固井技术［J］.石油钻采工艺，2009，04:113－117.

［6］徐鑫，彭志刚，李文才，等.胜利油田水平井固井新技术［J］.钻井液与完井液，2009，06:37－39.

［7］郑志刚，杨红丽.提高水平井固井质量的几点认识［J］.内蒙古石油化工，2009，23:52－53.

［8］姜伟.渤海大位移水平井固井关键技术研究及其应用［J］.中国海上油气工程，2002，14(4):28－34.

［责任编辑 李晓霞］

Optim ization Techniques of Cementing of Shallow Extended Reach HorizontalWells in Yanchang Oilfield

LIU YUN

(Exploration and Development Research Center，Yanchang Oilfield，Yan'an 716000，China)

Cementing job is a one－time project，once the cementing quality problems，remedial cementing operations are generally unable tomeet eligibility requirements，and there is a certain level of well cementing cementing process difficulties，including the curved portion curvature，casing under difficult into;inclined casing and the borehole wall segments occur long segment ofmultiple contact area，the greater the deviation，the greater the friction resistance;annulus serious eccentricity so narrow mud can noteffectively clear;easy to form a concentratewith water especially easy to focus on horizontalwells and above the free water borehole so that oil and gas collusion;and vertical wells cementing common attachment can not be used，need to be improved or redesigned.And the extension of the eastern partof the region's oil reservoir is shallow，there is a low pressure，easy thief zone，the region in thewell cementing process prone to the formation fracture，grout leakage phenomenon.This not only makes the grout is not high enough to return，but also resulted in the formation of pollution，seriously affecting the quality of cementing oil wells and subsequent production.

horizontal wells;cementing quality;casing;frictional resistance;cementing accessories

TE256

A

1004－602X(2015)03－0072－04

10.13876/J.cnki.ydnse.2015.03.072

2015 -06 -25

刘 云(1984—)，男，陕西志丹人，延长油田工程师。