连续油管注水泥封堵工艺技术探讨

2018-04-19樊启国

石油化工应用 2018年3期

樊启国，陈恒

(川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司，陕西西安 710018)

目前长庆油田老井逐年增加，随着安全环保形势日益严峻，大部分井需要进行治理，同时部分边缘探井因安全隐患也需要永久封井，近两年在长庆油田累计完成常规油管注水泥封堵施工40余井次，采用常规油管挤封需多次起下管柱、作业工序繁复、施工周期长、井控风险高。

连续油管具有尺寸小、柔性好、可带压作业、无需压井和起出井内管柱、井控风险小、省时高效、对作业场地的要求低等特点。目前在长庆油田主要应用于通洗井、冲砂、气举排液、带底封拖动压裂，尚未用连续油管进行注水泥作业，但该技术已在国内外成功应用[1-5]。

为此，在借鉴前人施工经验的基础上，以长庆油田单层油气井封堵为例进行了连续油管注水泥可行性分析。

1 连续油管注水泥技术难点

(1)连续油管自身内径较小，在连续油管内注水泥，摩阻相比常规油管高，施工泵压高，对水泥浆降阻性能要求更高；

(2)若施工层位较深，水泥浆量大，泵注时间相对较长，目前常规水泥浆的稠化时间短，用连续油管注水泥易引发“灌香肠”事故，需进一步开展水泥浆的稠化时间研究；

(3)水泥浆自井口运移到作业层的过程中容易与连续油管内残余的隔离液及井筒中的洗井液形成混浆，影响水泥塞强度和施工安全。

2 水泥塞设计

2.1 水泥浆体系优化设计

对于长庆气井，目的层水泥封堵作业，选择超细水泥，中部及井口的水泥悬塞，选择G级水泥。

连续油管注水泥前，提前计算出注水泥井段的地层温度，选择合适的水泥浆体系，确保水泥浆的密度、抗压强度、稠化时间、沉降稳定性、失水量、流变性等参数满足施工要求，为确保施工时连续油管不被固在井内，稠化时间建议在整个施工时间基础上附加50%(见表1)，同时考虑水泥浆的降阻性。

表1 水泥浆建议性能参数表

2.2 隔离液选择

对水泥浆体系进行相溶性实验，将水泥浆、隔离液按照水泥浆与隔离液两者混合，通过改变混合过程中成分的比例，将混合后所配制的液体进行稠化实验，测定出在安全时间内，混合后的液体是否稠化，从而确定其安全性[4]。

2.3 水泥量计算及上返速度的确定

2.3.1 注水泥量的计算水泥浆的注入量计算，如下式所示：

长庆油田大部分井都经过压裂改造，在注水泥前用清水进行试挤，确定地层的吸水能力V1。

封堵层段井筒内灰塞水泥浆用量V2用下式计算：

式中：h-井筒内灰塞厚度，m。

考虑到在注水泥过程中的水泥浆损耗，在所计算量上附加15%～25%，确保水泥浆量满足施工要求。

2.3.2 水泥上返速度计算根据连续油管静止条件下水泥浆上返速度推算出上返时间，以此来估算整个注水泥塞施工的总时间，为水泥浆稠化实验提供实验依据，计算依据如下：

式中：v1-水泥上返速度，m/min；Q-水泥施工排量，L/min；V-油套环空容积，L/m。

式中：T-连续油管提出塞面时间，min；v2-连续油管上提速度，m/min；H-塞面高度，m。

在注水泥过程中，待水泥浆从连续油管自由端返出，水泥浆液面开始向上移动后，同时上提连续油管。根据排量计算好水泥浆的上返速度，连续油管的上提速度应小于水泥浆的上返速度。根据目前常用油管尺寸计算得到不同尺寸连续油管在不同套管中的水泥上返速度(见表2)。

表2 水泥上返速度计算表

3 施工安全控制

3.1 连续油管安全性评价

根据钻井井身数据，采用连续油管作业分析软件对井筒中连续油管的作业安全性进行施工模拟，获得地面悬重-深度关系曲线，确保满足作业要求。根据水泥浆性能，进行连续油管摩阻预测。可依据从连续油管软件进行摩阻预测或者实施注水泥作业前进行泥浆摩阻实验。

为保证水泥塞质量，在注水泥过程中，连续油管的末端始终插入水泥浆中，建议当0.3 m3～0.5 m3水泥浆完全被驱替出连续油管时，连续油管以小于水泥上返速度上提；连续油管和油层套管之间的环空始终保持1 MPa～2 MPa的回压，防止地层液体回流污染水泥浆。

3.2 液量控制

因连续油管内径较小，往往在现场施工中容易造成“替浆”不到位或者过顶，极易造成打塞失败的情况。考虑连续油管使用后存在拉伸变形，建议在施工前采用“墨水排管法”精确计算连续油管内容积，然后根据井身结构及探底深度确定深度基面，计算水泥浆量、配水用量、顶替液量、作业管柱循环量。

3.3 泵注完暂堵水泥后洗井方式的选择

若采用反循环洗井，水泥浆极易残留在连续油管内堵塞连续油管，造成连续油管报废。泵注完水泥浆后将连续油管起到水泥塞之上一定高度，后采用正循环方式进行彻底洗井。

4 连续油管注水泥油管尺寸选择

按4 000 m连续油管计算，根据不同尺寸连续油管通洗井过程中清水摩阻进行预测(见图1)。

假设水泥浆按2倍清水摩阻考虑，2″、23/8″的连续油管排量在200 L/min～600 L/min能满足现场施工限压要求(见图2)。

图1 4 000 m连续油管清水摩阻曲线

图2 4 000 m连续油管水泥浆摩阻曲线

表3 长庆油田不同套管连续油管注水泥对应尺寸参数表

根据长庆油田目前主要使用套管尺寸，综合考虑连续油管与套管环空体积、不同尺寸连续油管摩阻，不同套管推荐选择不同尺寸连续油管进行施工(见表3)。对于井深、注水泥量规模较大的井优先选择大管径连续油管。

5 连续油管注水泥地面流程

连续油管注水泥地面流程使用设备较少，循环系统简单，注水泥塞使用泵车为一台固井车及两台双机双泵(一台备用)(见图3)。

流程：液罐→固井车(双机双泵)→连续油管→1＃闸门→放压管线→回收池。

图3 连续油管注水泥地面流程图

6 连续油管注水泥泵注程序设计

按照长庆油田天然气井永久性封井技术规范要求，单层油气井封堵主要施工工序为：安装设备并试压→连续油管压井→求地层吸收量→连续油管挤封射孔段→上提连续油管至安全井段→连续油管正洗→关井候凝→连续油管探塞并试压→打中部水泥悬塞→打井口水泥悬塞→装简易井口完井。

根据连续油管注水泥施工的特殊性，工艺过程主要为气层段挤封、打中部水泥悬塞、打井口水泥悬塞。对于单层气井封堵，泵注程序设计(见表4)。对于多层气井或井内有桥塞的气井，由于工序不同，需视具体情况调整泵注程序。

7 连续油管注水泥可行性评价

某7″套管气井人工井底为3 600 m，封堵层段为3 496.0 m～3 500.0 m，该层段挤封需水泥3.0 m3计算，采用4 000 m、50.8 mm(2″)连续油管进行封堵，连续油管本体容积0.582 L/m，内容积1.443 7 L/m，理论内容积5.8 m3(见图4)。

第一次封堵从人工井底至射孔段底界上150 m，需水泥浆量8.0 m3(挤封3.0 m3+封堵井筒水泥浆5.0 m3)，按最小施工排量200 L/min，水泥浆摩阻为清水摩阻2倍考虑，预计泵压26 MPa，水泥浆完全替出连续油管所需时间为69 min。

第二段封堵从射孔段底界上300 m，需水泥浆3.0 m3，按最小施工排量200 L/min，预计施工泵压27 MPa考虑，水泥浆完全替出连续油管所需时间为44 min。

第三段封堵从井口400 m，需水泥浆8.0 m3，按最小施工排量200 L/min，预计施工泵压29 MPa考虑，水泥浆完全替出连续油管所需时间为69 min。

为进一步保证施工安全，当0.3 m3～0.5 m3水泥浆完全被驱替出连续油管，水泥上返速度为11 m/min，以8 m/min～10 m/min速度上提连续油管，控制井口回压1 MPa～2 MPa。

三次水泥施工作业，按最小施工排量200 L/min，连续油管提出塞面最长作业时间为100 min(69+250/8)左右，若水泥浆按稠化时间4 h以上考虑，水泥浆不会在连续油管内发生凝固，同时施工泵压达到连续油管设备安全要求(限压70 MPa)，完全满足施工要求。

图4 X井注水泥塞井身结构示意图

8 连续油管注水泥作业技术的主要优势

与常规油管注水泥技术相比，连续油管注水泥技术优势主要体现在以下3个方面：

8.1 适用性强

该技术使用井下工具简单可靠，因此其适用的井型井况较多，对于小井眼或存在套管变形、高含硫化氢等常规油管无法作业的井同样适用。对地层进行选择性注水泥的作业中，使用连续油管时可以在各种原有井下管柱和工具的情况下，能够更精确地定点定量的对目的层进行措施，不但减少了材料的浪费，而且降低了对地层的伤害，同时施工成本也得到减少。