分级固井注水泥工艺技术研究与应用

李光辉　刘卫军

摘 要：对分级固井注水泥技术从固井工具选用、工艺流程、技术应用等方面进行研究分析，建立分级箍合理安放位置的计算式，现场应用效果显著。

关键词：分级固井；注水泥；分级箍；固井技术

固井技术是钻完井过程中重要的技术环节，固井质量的好坏直接影响着后续的油气开采作业。分级固井注水泥工艺技术常用于解决水泥封固段长、地层压力系数低、固井过程井漏现象严重等问题。

1 分级固井注水泥流动过程理论

1.1 分级固井注水泥工艺描述

①非连续打开式双级注水泥工艺：将分级箍按设计位置接于套管串，并送入预定位置；循环泥浆以清洗井壁；注入前置液；注入一级水泥浆；投入碰压塞来顶替泥浆；碰压，放回压，检查回压凡尔；释放重力塞；鳖压打开循环孔，循环泥浆，第一级注水泥结束。第二级注水泥流程与上相似；②连续打开式双级注水泥工艺：a 机械式分级箍：将机械式分级箍按设计位置接于套管串，并送入预定位置；清洗完井壁后注入前置液；注入一级水泥浆；释放挠性塞，开始顶替分级箍以下管内的泥浆；释放重力塞，替分级箍以上管内的泥浆；碰压后，憋压打开循环孔，循环钻井液；注入隔离液，注入二级水泥浆，释放关闭塞，替泥浆碰压，关闭循环孔；放回压，检查循环孔性能；候凝。b 压差式分级箍：与机械式分级箍注水泥的工艺流程相似，不同在于無需使用打开塞或重力塞来打开循环孔，而是根据压差来打开循环孔；③双级连续注水泥工艺：机械式分级箍：将分级箍按设计位置接于套管串，并送入预定位置；清洗完井壁后注入前置液；注入一级水泥浆；释放碰压塞，顶替分级箍以下的水泥浆；释放打开塞；注入前置液，注入二级水泥浆，释放二级碰压塞，顶替水泥浆，碰压时关闭循环孔；候凝。压差式分级箍：与机械式分级箍注水泥工艺相似，不同在于无需使用打开塞或重力塞来打开循环孔，而是根据打开套两端的压差打开循环孔。

1.2 分级注水泥流动过程描述

第一级注水泥初始阶段，水泥浆注入套管内，与之前流动的钻井液之间形成密度差，从而产生压差。该阶段泵入量仍然等于井内实际流量。随着注替的进行，水泥浆不断泵入到井内，套管内、外的压差逐渐增大，当差值大于流动阻力时，开始出现“U型管”效应，此时的泵入量小于井内实际流量，并开始出现真空段。井内的流体则自发会产生自由下落现象，这会增加循环流动摩阻，并影响到泵压的大小。该现象将在持续一段时间后逐渐消失，泵入量与井内实际流量相同。待水泥浆全部替入环空内，水泥刮塞会碰坐在生铁圈上，此时压力会突然升高，水泥浆顶替结束，安全装置剪销，分流泄压，确保套管及设备的安全。第二级注水泥流动过程与第一级流动过程大致相同，不同在于，当水泥浆顶替到位后，第一级注水泥阶段的环空浆柱以上部分充满了钻井液，第二级的环空则充满水泥浆。

2 双级固井注水泥应用分析

沁端区块位于沁水盆地南部，煤层气层埋藏浅，一般在200～1500m之间。煤层孔隙压力系数普遍小于1.0，煤层破裂压力梯度为0.018MPa/m，属低压、低渗、致密气田。该油田的华蒲5-39井为生产井，用165.1mm的钻头钻进至井深1700m，139.7mm套管下深1698m。

文中选取附加压差为1.0MPa，将计算结果输入程序，点击进入分级箍位置计算界面。计算结果显示：分级箍合理的安放位置范围为666.00～801.29m。将分级箍位置设为785m。选用刚性扶正器。在水平井的大斜度井段和水平段为了确定水平井套管扶正器的合理安放位置，首先要通过不断调整两扶正器之间的套管长度，判断该段套管的变形是否与井壁发生接触，若发现套管长度不合理，及时调整套管长度。施工过程各压力变化趋势如图1所示。

由于环空间隙较小，注入隔离液阶段的井口压力相对较大，真空段出现时井口压力降为0；当水泥浆顶替时井口压力反而较低；随着水泥浆的不断顶替，井口压力也不断增大；当发生碰压时，井口压力增大。在注入隔离液阶段，井底压力相对比较平稳；水泥浆顶替的开始当真空段出现时，泵压降低，井底压力也不断降低；此后，随着真空度消失，井底压力不断增大；当水泥浆顶替到位发生碰压时，井底压力明显增大。

通过对该水平井的分级箍位置预测，发现分级箍安放位置范围在增斜段下段到稳斜段之间，符合水平井分级箍合理安放范围。此外，由于该井的环空间隙较小，且储层地层压力较低，当附加压力取值在1.0～1.5时，分级箍取值范围较为合理，不会出现压不稳地层或压漏地层的现象。

综上所述，基于分级注水泥工艺过程的分析研究，确定出分级箍合理的安放井深范围。对华蒲5-39水平井的分级注水泥进行计算表明：分级箍合理的安放位置范围为666.00～801.29m。

参考文献：

[1]程淑佳，王肇钧，陈会年，秦金立，刁国玉等.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）：99-104.

[2]濮兰天.分级固井注水泥工艺技术研究[D].重庆：重庆科技大学，2015.

作者简介：

李光辉（1983- ），男，汉族，工程师，河南南乐县人，主要从事固井工艺及水泥浆研究工作。