大位移井固井技术在东海某井的应用

2018-09-19曹磊

石油化工应用 2018年8期

曹磊

（中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200335）

AM1井位于东海某油气田，该气田主要为中山亭中一断块西湖凹陷东海某油气田构造带中南部，井身剖面设计为“直-增-稳-降-稳-降-稳”七段制，完钻井深6 866 m，是一口大位移定向井，井身结构（见图1），最大井斜77°，油基钻井液作业环境，主要砂层组地层压力（见表1），钻井液性能（见表2）。

地层温度和压力：根据邻井MDT测压资料计算，该油气田P10层之上地层压力梯度0.98 MPa/100m～1.00 MPa/100m，之下地层压力系数略有增大。P10层为1.06 MPa/100m，P11层为1.07 MPa/100m。

图1 井身结构图

表1 主要砂层组地层压力表

表2 钻井液性能

据已钻井压力资料统计，该油气田地区地温梯度分布范围为3.07℃/100m～3.42℃/100m，取平均值约为3.23℃/100m，在此基础上预测井底温度为120.38℃。

1 固井技术难点

（1）8-1/2"井段井斜大（最大 71°）、水平位移较大，打钻过程中，井眼清洁困难，套管下入的难度较大；另外套管窄边钻井液不能有效地驱替，影响顶替效率及固井质量[1-4]。

（2）打钻过程中，在1.6 m3/min排量下打钻频繁发生漏失，地层漏失压力低，固井施工窗口窄，极易发生漏失。

（3）油基钻井液与水泥浆不相溶，增稠严重；井壁形成的油基泥饼更是难以清除，影响水泥胶结质量。

（4）该井段有厚度不等十几个煤层，煤层段坍塌压力高，煤层段垮塌严重，起钻下多次遇阻，下套管与遇阻的风险。

（5）目的层P8、P10有开采计划，对固井质量要求高。

2 固井关键技术

2.1 扶正器安放设计

当套管居中度大于67%时，固井质量可以得到保证；所以本井段7″尾管固井合理设计套管扶正器加放数量和位置至关重要，扶正器设计原则如下：

（1）浮鞋和球座之间的每根套管按1根1个加放螺旋型半刚性扶正器；

（2）开发层段及上下至少100 m：每1根加1个半刚性扶正器；

（3）其他层段：每2根加1个，根据井径适当调整；

（4）在大肚子位置下部井径规则位置定点加放螺旋半刚扶正器，起到旋流和扶正作用，提高顶替效率；

（5）重叠段（稳斜71°）内至少加6个螺旋型半刚性扶正器。

2.2 前置液设计

冲洗液体系包含分散及润湿反转成分，能有效清洗油基泥浆泥饼，加上大排量冲刷，经过多次现场应用证明，该效果显著，冲洗原理（见图2）。

2.2.1 油基冲洗液冲洗效果评价试验根据冲洗液的评价试验（见图3），优选最佳的冲洗液配方，在保证有好的冲洗效果的基础上最大的降低成本，达到降本增效的效果。

通过大量的试验，最终选取了50%浓度的冲洗液和纯的冲洗液两段冲洗液配合使用，冲刷效果试验（见图4和图5）。

2.2.2 相容性试验油基钻井液与冲洗液在任意比例下混合，稠度均不发生大幅变化，两种流体相容性良好并未出现较强增稠、触变等不良现象，能满足现场施工要求，试验数据（见表3）。

2.2.3 隔离液水泥浆与隔离液相容性试验（90℃养护后流变）（见表4）'根据试验数据表明，水泥浆与隔离液的相容性良好，并未出现较强增稠等不良现象，也没有出现严重的触变、闪凝等不良现象，满足施工要求。

2.3 软件辅助决策

（1）CemSAIDS软件模拟井底、漏失位置和重点位置ECD，保证固井过程ECD小于漏失当量，防止漏失发生，保证固井质量；

（2）固井软件模拟套管居中度，根据结果优化扶正器设计，保证套管居中度；

图2 油基冲洗液润湿反转及对油基钻井液形成泥饼冲洗原理

图3 油基冲洗液润湿反转及对油基钻井液形成泥饼冲洗效果

图4 冲洗液浓度100%冲刷效果图

图5 冲洗液浓度50%冲刷效果图

表3 油基钻井液与油基冲洗液相容性试验

表4 水泥浆与油基隔离液相容性试验

表5 套管扶正器加放统计

（3）固井软件模拟套管下入受力分析，辅助方案决策；

（4）CemSAIDS软件模拟目的层紊流冲洗效果，保证目的层紊流冲洗时间大于7 min；

（5）固井软件模拟油基泥浆、隔离液、水泥浆的边壁切力，保证水泥浆比隔离液大10%，隔离液比泥浆大10%。

2.4 引入旋转尾管挂和划眼浮鞋

7″尾管固井采用旋转尾管挂和划眼浮鞋配套使用，在大段易垮塌煤层段，开泵旋转划眼下套管，保证套管顺利通过遇阻位置。

2.5 井眼清洁及下尾管

下套管前通井作业，分段循环，清洁井眼，下尾管过程中，每500 m打通一次，每1 000 m循环一个裸眼容积，在易垮塌或大肚子位置定点循环，充分清洁井眼。

3 现场应用情况

3.1 扶正器加放及套管居中度设计

扶正器加放情况（见表5），软件模拟结果表明按此扶正器加放方案，目的层套管居中度达84%以上（见图6和图7），满足后续作业需求。

3.2 前置液设计

现场前置液组成和配方：0.82 g/cm3白油4.77 m3+1.00 g/cm3油基冲洗液3.18 m3（100%油基冲洗液）+1.38 g/cm3隔离液7.95 m3（5%PC-Dispacer+1%PCX60L+5%油基冲洗液+重晶石+F/W）+1.00 g/cm3油基冲洗液7.95 m3（50%油基冲洗液+F/W）。

隔离液、冲洗液、钻井液、水泥浆的壁面切力曲线关系为水泥浆>隔离液>钻井液，可实现有效顶替。

固井软件模拟结果表明目的层冲洗液紊流冲刷井壁达7 min～10 min，满足设计要求。

3.3 软件模拟尾管下入受力分析

根据固井软件模拟，尾管下入过程受力分析（见图8），尾管下入可以顺利到底，通过下套管过程数据分析与模拟数据相近，软件模拟有效的指导了现场作业。

3.4 旋转下尾管和划眼浮鞋的应用

尾管挂设计为旋转尾管挂和划眼浮鞋配套使用，下套管过程中，在5 517 m发生遇阻（该位置起下钻期间频繁遇阻，坍塌严重），多次尝试无法通过，开泵旋转划眼下套管，划眼至5 600 m恢复正常，共用大约5 h，旋转下尾管挂和划眼浮鞋的应用保证了尾管顺利划眼通过了遇阻井段。

图6 居中度模拟

图7 大钩载荷模拟

图8 套管下入受力分析

3.5 ECD控制

本井段运用固井软件模拟ECD，并根据模拟结果严格管控固井施工期间ECD，达到了有效防止漏失发生的目的；本井段井底漏失压当量1.45 g/cm3，疑似漏失层位漏失压当量1.39 g/cm3，通过调整浆体性能，优化浆柱结构和前置液、水泥浆添加堵漏材料提高地层承压能力，最终保证了固井期间上层管鞋5 470 m、疑似漏点6 100 m和井底6 863 m的ECD满足设计要求，固井施工顺利完成。

图9 固井质量图

图10 固井质量图

4 固井质量

本井通过大量的试验评价优选油基冲洗液配方，运用软件模拟（套管居中度，套管下入受力分析，紊流冲刷时间，壁面切力，固井期间ECD模拟）作为指导，运用油基泥浆温度经验公式校核温度，校核压稳系数压稳目的层，以及旋转尾管挂与划眼浮鞋配套旋转划眼过煤层段，最终保证了作业的顺利进行，候凝结束，下随钻仪器测固井质量，目的层（6 500 m～6 800 m）固井质量评价优良（见图9和图10）。