“接力式”免钻注水泥器在漏失井固井中的应用

李胜杰

中国石油大港油田第五采油厂

“接力式”免钻注水泥器在漏失井固井中的应用

李胜杰

中国石油大港油田第五采油厂

大港油田港西油田一区二、四断块在加密钻井中，经常发生目的层井漏的问题。该断块油藏为明化镇组、馆陶组，埋深700～1 500 m，纵向上油层分布密集，许多小块油层常年枯竭式开采，造成地层低压，压力系数0.85，目的层承压能力满足不了原设计的二开井固井的要求，给后续固井质量带来了严峻的问题。为提高固井质量，针对漏失的原因，进行了免钻双级注水泥完井井身结构设计，研究开发了“接力式”免钻双级注水泥器和带档销套管外封隔器的联作技术，“接力式”免钻双级注水泥器成功地解决了双级固井与带档销套管外封隔器的配合、免钻等工艺问题，现场应用固井质量合格率大于90%。

漏失井；免钻；双级固井；套管外封隔器；联作

在固井作业中，对于深井和易漏地层，往往采用双级固井的方法。目前应用的双级注水泥器［1-2］，从工具操作方式上，有机械式和压差式2种；从工具附件的处理方式上，有钻塞式和免钻式2种。随着技术的发展，应用较多的是免钻式双级注水泥器。

大港油田在老区加密钻井过程中，经常发生井漏的情况。针对大港漏失井特点，结合目前固井技术现状，开发了一种“接力式”免钻双级注水泥器，与带档销的套管外封隔器联作，较好地解决了大港油田漏失井固井质量差的问题。

1 井漏原因分析

Analysis on the reasons for lost circulation

大港油田港西油田一区二、四断块油藏为明化、馆陶油组，埋深700～1 500 m。从纵向上看，油层分布密集，许多小块油层常年枯竭式开采，得不到能量补充，造成地层低压，压力系数0.85，钻井过程中极易漏失；从平面上看，该区块面积为0.68 km2，分布有20多条断层，经过几十年的注水开发，地层间压力系统极为紊乱，高低压互层常见，在钻井过程中，易造成低压地层漏失；从成岩机理看，油层埋藏浅，压实作用差，岩石骨架结构力弱，部分层系为流沙层，地层渗透率高，易漏失，漏失后堵漏效果不明显。

2 漏失井固井方法

Lost circulation well cementing method

该区块钻井采用二开井身结构，生产套管为Ø139.7 mm。原设计完井管柱结构为浮鞋+短套+浮箍+套管柱（到井口），设计水泥返高到井口。

应用目前先进的堵漏技术，在尽量不污染油层的情况下进行堵漏，目前承压当量钻井液密度最大可达到1.5 g/cm3。采用常规固井方式，目的层承压能力不能满足水泥浆返高的要求。笔者对目前能够解决漏失井固井的技术进行了调研，主要有常规固井和双级固井两个方向。在研究过程中，共形成了4个备选方案，方案1～3为调研方案，方案4为笔者攻关研究方案（见表1）。

表1 漏失井固井方案优化选择Table 1 Optimization and selection of lost circulation well cementing program

从表1可以看出，方案1常规固井适用的前提是必须将漏失层很好地堵漏，但目前的常规堵漏技术却很难解决堵漏和油层保护的双重问题。

方案2和方案3采用双级固井，首先对下部漏失井段固井，再对漏失井段以上固井。由于漏失井段一般不会超过20 m，如果下部固井段控制在300 m以内，可以极大降低水泥浆密度和流动对地层的回压，承压当量不会超过1.5 g/cm3，防止在固井时发生漏失。方案3采用免钻塞技术，双级注水泥器的固井附件在二级固井结束时，自动下落入井底，保持全井段内通径一致，免除钻塞，减少施工周期和环节，降低施工费用，对比方案2有了较大进步。

在调研文献中［3-4］，有一种和方案2类似的双级注水泥技术，该技术将分级注水泥器与套管外封隔器进行了联用，较好地解决了漏失井固井问题。由于技术的发展，这项技术亟需进一步完善。比如，分级注水泥器为钻塞式的，施工工艺较复杂；套管外封隔器没有安装档销，存在提前坐封的风险等。

3 双级注水泥技术优化

Optimization of two-stage cementing technology

优化方案研究思路和特点主要体现：

（1）在双级固井管柱分级注水泥靠下位置设计一组套管外封隔器，并且在封隔器的传压孔必须安装档销。原因是在一级固井时，为了保证固井质量，一级固井的水泥浆会返到双级注水泥器以上，一旦凝固，将对二级固井循环造成影响，因此必须在一级水泥浆凝固之前，就要打开注水泥器，即二级循环孔，循环出多余的水泥浆。在这个过程中，为了避免打开循环孔后循环对下部井段造成回压，压漏地层，必须设计一组套管外封隔器，实现环空压力隔离的功能。带档销的目的是为了防止套管外封隔器在下入和固井前循环过程中意外坐封。

（2）减少钻塞等后续工序，应用最新的免钻注水泥技术，完善解决固井问题。目前，市面上的免钻注水泥器可以实现免钻功能，但不能满足和安装带档销的套管外封隔器的联作要求，在整个施工工艺中，没有环节实现撞断档销，开启传压孔胀封套管外封隔器的过程。因此，必须开发一种具备以上功能的免钻注水泥器。

通过攻关研究和试验，从悬挂器固井得到启发，在新的免钻注水泥器内预制一个空心胶塞，不仅可以提高对注水泥器下部水泥浆的顶替效果，还可以撞断档销。一级固井时，当挠性塞到达免钻双级注水泥器时，与安装在注水泥器上的空心塞复合，完成“接力”，空心塞带动挠性塞继续下行，空心塞不仅胶碗“厚实”，更好地起到隔离水泥浆和顶替液的作用，而且刚性外径大，可以撞断套管外封隔器的档销，“激活”封隔器。碰压时，升高压力，套管全井憋压，并稳压一定时间，膨胀套管外封隔器，实现环空压力隔离。封隔器膨胀好后，投入打开塞，憋压打开二级循环孔，进行二级固井。二级固井碰压后，注水泥器内的固井附件靠重力作用自动下落到井底，实现免钻塞（图1）。

图1 自通径双级注水泥固井示意图Fig.1 Schematic map of self-drift two-stage cementing

4 主要工具

Main tools

免钻双级固井工具，主要包括免钻双级注水泥器、套管外封隔器、碰压座及其配套工具。免钻双级注水泥器结构见图2。

图2 自通径双级注水泥器及其配件Fig.2 Self-drift two-stage cementing device and its accessories

一级注水泥采用“双塞”设计，即挠性塞下行到注水泥器后，与预装在里面的空心塞复合，实现“接力”，利用空心塞隔离效果好的特点，增强隔离效果。同时，空心塞可以撞断套管外封隔器内的档销，开启套管外封隔器。目前使用的同类型工具不具备撞断套管外封隔器档销的设计。

二级注水泥采用“打得开，关得住，下落顺畅”的理念设计。打开塞采取加重设计，提高坐封效果和下落重力，关闭塞与打开塞采取“桶装”设计，实现了下落顺畅，免除钻塞。

目前，该技术开发了Ø139.7 mm和Ø177.8 mm 2种型号的双级注水泥器，2种型号水泥器的挠性塞通过压力10 MPa，重力塞打开压力8 MPa，关闭塞关闭压力6 MPa，密封能力25 MPa，满足Ø139.7 mm套管和Ø177.8 mm套管完井的需要。免钻双级注水泥器其他主要设计参数见表2。

表2 免钻双级注水泥器技术参数Table 2 Technological parameters of drilling free two-stage cementing device

5 现场应用

Field application

截止到2015年底，该技术共实施7口井，固井质量合格率达到90%以上。以大港油田西XX井为例，该井钻至1 339～1 468 m处发生漏失，漏失260 m3，当时钻井液密度1.25 g/cm3。井身结构：一开Ø311.1 mm钻头×505 m+Ø244.47 mm套管×（0.00～503.21）m，设计封固段0～503.21 m； 二开Ø215.9 mm钻头×1 468 m + Ø139.7mm套管×（0～1 464）m，设计封固段354～1464 m。为了防止固井时水泥浆压漏易漏层，将二开常规固井重新设计为双级固井，应用免钻双级固井技术进行固井。

完井管柱设计为免钻双级注水泥器+带档销套管外封隔器的双级固井管柱。一级固井井段1 200～1 464 m，二级固井井段354～1 200 m，注水泥器深度1 200 m，套管外封隔器深度1 220 m。管串结构：浮鞋+短套+浮箍+短套+碰压座+套管柱+套管外封隔器+套管×2根+免钻双级注水泥器+套管柱（到井口）。注水泥工艺设计见表3。

表3 注水泥水泥浆用量设计Table 3 Design of slurry volume for cementing

（1）下套管前，做固井模拟承压试验，注入1.45 g/cm3的重浆15 m3，大排量循环不漏，井底动态当量密度1.40 g/cm3。

（2）套管下完后小排量顶通，压力正常后大排量循环2周，排量2.0～2.1 m3/min。调整钻井液性能，动切力不超过5.00 Pa，塑性黏度10～30 mPa·s。

（3）一级固井采取平衡压力设计原则，保证固井过程中既不压漏地层，又要有效压稳油气层，第一级注入冲洗液300 m，水泥浆返至井深1 200 m，井底静态当量1.32 g/cm3，井底动态当量1.34 g/cm3。

（4）第1级碰压后，继续打压胀封套管外封隔器。胀封完泄压，投放打开塞，水泥车加压打开免钻注水泥器循环孔，循环钻井液，循环清洗排量控制在1.8～2.0 m3/min，注意观察井口钻井液返出情况，并做好钻井液密度的测量工作，若发现井口返出混浆及水泥浆，应及时排放。

（5）12 h以后进行第二级施工，施工正常。

（6）候凝48 h测固井质量，合格率达到96.4%。

6 结论及建议

Conclusions and suggestions

（1）免钻双级注水泥器与带档销的套管外封隔器的双级注水泥技术，对固井漏失层堵漏的要求会降低或者不需要堵漏。

（2）采用免钻塞技术，施工紧凑，施工周期短，节省费用，且避免了钻塞带来的风险。

（3）一级固井采用双塞“接力”设计，不仅提高了隔离和顶替效果，而且和带档销的套管外封隔器实现了联作。

（4）该技术的成功应用，探索出一条在老区漏失油藏提高固井质量的方式方法。

References:

［1］袁进平，蔡俊林，宋本岭.自通径液压分级注水泥器［J］.石油机械，2002，30 （1）：14-15.YUAN Jinping,CAI Junlin,SONG Benling.A new hydraulic stage cementer［J］.China Petroleum Machinery,2002,30 （1）: 14-15.

［2］陈会年，秦金立，刁国玉，陈武君.中国特殊双级注水泥器的研制现状与发展趋势 ［J］.油气地质与采收率，2007，14 （4）：98-100.CHEN Huinian,QIN Jinli,DIAO Guoyu,CHEN Wujun.Research and development trend of the special double stage cement tool in china ［J］.Petroleum Geology and Prcovery Efficiency,2007,14（4）: 98-100.

［3］周代，何德清，蒲世东，徐吉义，王开勇，肖建英.分级注水泥器与管外封隔器的选用［J］.油气田地面工程，2009，28（2）：42-43.ZHOU Dai,HE Deqing,PU Shidong,XU Jiyi,WANG Kaiyong,XIAO Jianying.Selection of double-stage cementer and external casing packer［J］.Oil-Gasfield Surface Engineering,2009,28（2）: 42-43.

［4］孟卫东，李保峰，刘保顺，林海斌，周冬松，王岩.裂缝性基岩油藏固井技术在栗2井的应用 ［J］.石油地质与工程，2010，24（2）：96-98.MENG Weidong,LI Baofeng,LIU Baoshun,LIN Haibin,ZHOU Dongsong,WANG Yan.Application of cementing technology in fractured bedrock reservoir in LI 2 well［J］.Petroleum Geology and Engineering, 2010,24（2）:96-98.

（修改稿收到日期 2017-03-07）

〔编辑 薛改珍〕

Application of relay-type device with no drilling and no cementing in cementing of lost circulation well

LI Shengjie
No.5Oil Production Plant,PetroChina Dagang Oilfield Company,Tianjin300270,China

During the infill drilling in the second and fourth fault blocks of Gangxi Aera 1 in Dagang Oilfield,lost circulation often happens in the target layers.The faulted block oil reservoirs are located in Minghua and Guantao Formations with burial depth of 700-1 500 m.Oil layers are closely distributed in the vertical direction and many small oil layers are always developed in the depletion mode without energy supplementation,so the reservoir pressure is low with pressure coefficient of 0.85.And consequently,the pressure bearing capacity of target beds cannot satisfy the requirements of originally designed second-section cementing,and the subsequently cementing quality is impacted seriously.To improve cementing quality,the casing program for well completion of drilling free two-stage cementing was designed after the reasons for lost circulation were analyzed.The combination technology of relay drilling free two-stage cementing device and external casing packer with backing pin was researched and developed.By virtue of relay drilling free two-stage cementing device,the technical issues are solved successfully,such as two-stage cementing,coordination with the external casing packer with backing pin and drilling free.The qualified cementing rate is over 90%.

lost circulation well; drilling free; two-stage cementing; external casing packer; combination

李胜杰.“接力式”免钻注水泥器在漏失井固井中的应用 ［J］.石油钻采工艺，2017，39（3）：319-322.

TE256

：B

1000–7393（2017 ）03–0319– 04DOI:10.13639/j.odpt.2017.03.012

: LI Shengjie.Application of relay-type device with no drilling and no cementing in cementing of lost circulation well［J］.Oil Drilling & Production Technology,2017,39(3): 319-322.

李胜杰（1978-），2002年毕业于西南石油学院石油工程专业，现从事产能建设钻井、试油技术管理工作。通讯地址：（300280）天津大港油田公司第五采油厂。电话：022-25933240。E-mail：dg_lishjie@petrochina.com.cn