柴达木盆地冷探1井尾管悬挂器丢手异常固井实践

费中明 高飞 蒋世伟 孔哲 杨增民 田宝振

中国石油集团渤海钻探工程有限公司第一固井分公司

冷探1井是青海油田部署在柴达木盆地冷湖构造带的一口风险深探井。钻探目的是探索冷湖五号深层基岩和侏罗系含油气性。通过冷探1井钻探可提升盆地腹部背斜构造带基岩和侏罗系勘探认识，带动该领域勘探整体突破，形成天然气储量接替区，为柴北坳陷侏罗系含油气系统下步研究和勘探部署提供依据。因此，冷探1井钻探的成功与否具有重要的意义。

该井五开Ø190.5 mm钻头钻至井深5 708.5 m，设计下入Ø139.7 mm套管进行尾管悬挂固井。作业时Ø273.05 mm×Ø139.7 mm悬挂器送入Ø139.7 mm尾管，期间管串下入、悬挂器坐挂均正常，丢手验证过程中，上提中和点悬重1 150 kN，上提0.24 m自由段后，悬重逐渐增加，最大过提200 kN，钻具上行1.21 m，未实现丢手，下步固井注水泥浆作业无法进行。需要顺利拔出中心管，保证固井施工安全，同时对高压气层进行有效封隔［1］。如果强行起出套管则存在裸眼段砂卡遇阻的风险，如将尾管悬挂器配套工具起至上层套管内则存在套管脱离送入工具致使尾管落井的风险。另外，即便顺利起出了尾管，在拆卸时也可能损坏尾管扣，必须更换悬挂器，同时再次入井需先通井，增加钻井周期和施工成本。针对以上问题，开展了丢手异常处理研究与实践。

1 固井难点及对策

钻井工程设计明确该井属于一级井控风险井，固井施工面临高温高压、上层重合段顶替效率低、水泥浆失重、难压稳等一系列难题，对水泥浆综合性能要求高，固井难点如下。

(1)水泥浆性能要求高。电测井底温度148 ℃，井底压力101 MPa，要保证水泥石在高温下的强度不衰减，一次封固段2 506 m，顶部与底部温度差65 ℃，易出现顶部水泥石强度发展缓慢的现象，产层5 143.0～5 146.5 m存在高压气层，油气上窜速度高，难压稳，对水泥浆综合性能要求高［2］。

(2)钻井液与水泥浆污染严重。有机盐钻井液与水泥浆接触后稠化时间由407 min缩短至15 min，上部Ø273.05 mm套管与Ø139.7 mm套管环容31.94 L/m，受整体施工排量限制，水泥浆在此井段极易发生窜槽，导致水泥浆与钻井液直接接触，影响固井质量的同时给固井施工带来风险［3］。

(3)井控风险大。储层发育高压气层，下套管和固井作业时井筒钻井液静止时间长，气体滑脱上升、地层气侵污染钻井液和固井液会导致溢流、井涌，造成较高的井控风险［4］。

针对以上难点，提出以下应对思路。

(1)针对水泥石高温强度衰减、顶部水泥石抗压强度发展缓慢及产层难压稳等问题，需要优选抗高温衰减剂、缓凝剂及增强材料，采用抗高温防气窜水泥浆。

(2)针对钻井液与水泥浆污染严重问题，采用先导钻井液和高效抗污染冲洗隔离液双重隔离解决相容性差的难题。

(3)针对井控风险大的问题，以往通常采用“三压稳”的方式，即固井前、固井过程中、固井候凝3个阶段对地层都处于压稳状态。冷探1井由于井下情况不具备压稳条件，采用水泥浆内加入防气窜剂和“三压稳”设计。

2 处理方法及过程

2.1 处理方法

施工准备完成后，开钻井泵，循环排量14 L/s，循环并注入封闭浆，循环压力8.2～8.6 MPa。停泵后，下压至1 100 kN后上提至1 150 kN悬重不变，标注上提自由段下限，继续上提至1 150 kN悬重上涨位置，标注上提自由段上限。控制过提50 kN、200 kN、300 kN、350 kN、400 kN，上提静停 2～3 min，然后下放至原悬重1 150 kN，每次动作重复操作3～4次，进行丢手验证。上提至悬重1 550 kN，即过提400 kN，静停3 min，随后下放至1 150 kN，再重复上述操作3次，第4次操作时，悬重突降至1 150 kN，丢手成功。

注入先导钻井液25 m3、高效抗污染冲洗隔离液14 m3、抗高温防气窜水泥浆领浆28.5 m3、尾浆14 m3，替完钻井液后，起钻6柱，正循环1.5周，再起钻2柱，关井憋压2 MPa候凝。施工过程中未发生漏失、憋堵等复杂事故，顺利拔出送入工具，施工连续正常。72 h后测声幅，固井质量合格，该井Ø139.7 mm尾管固井实现了产层封固目的，顺利交井。

2.2 过程分析

通过控制上提载荷，反复上提静停下放，观察悬重，反复验证，确认悬挂器是否丢手成功。Ø127 mm钻杆抗拉强度3 230 kN，尾管浮重770 kN，有2 460 kN余量。悬挂器载荷支撑盘承载能力为600 kN，同时考虑摩阻，控制最大上提载荷在500 kN以内，使钻杆、套管和悬挂器不被拉断，可充分保证钻杆、套管和悬挂器结构的安全。

检查起出后的送入工具，发现密封芯子带出了3小片带有类似螺纹的铁片，观察发现除了防砂罩扶正压环的扶正肋有磨损和类似螺纹贴片的挤压痕迹外，送入工具其他部分完好无异常。判断该挤压痕迹为密封芯子带出的金属片上的类似螺纹挤压造成。结合丢手过程现象，判断此次丢手异常主要是井下金属异物卡住防砂罩扶正压环造成，过提吨位静停下放措施成功脱手也验证了这种分析的合理性。

悬挂器丢手及中心管验封情况判断：开泵，排量14 L/s，循环压力8.6 MPa。进行反复丢手验证，自14.20 m下放至12.29 m，放回原丢手位，在此位置反复上提下放5次，高度1.5 m，上提下放过程无阻卡现象。开泵，排量14 L/s，循环压力8.8 MPa，循环1.5 min。反向憋压2 MPa验封，井口无回流，压力1.7 MPa，悬挂器丢手成功，密封有效。

固井前中心管再次密封验证：正常循环排量为14 L/s，压力为8.8 MPa，如果中心管密封失效，循环排量为14 L/s时，经计算压力约为3.8 MPa，同时钻井液循环标记迟到时间为180 min。通过循环观察压力排量与中心管解卡前后变化及迟到时间进行推断，中心管部位密封正常。循环正常后固井施工前，再次上提下放中心管，当下压超过150 kN，反复3次，上提时均有30～50 kN关卡现象，根据此情况判断固井后拔出中心管没有问题，并加压8 MPa完成固井作业。

3 关键技术

3.1 耐高温防气窜固井水泥浆体系

为防止水泥石在高温下发生强度衰减［5］，加入高温增强材料DRB-2S和高温强度抗衰退剂DRB-3S［6］；为保证高温下浆体的沉降稳定性，加入高温稳定剂DRK-4S和高温悬浮剂DRY-S2；采用铁矿粉和微锰双重加重，改善浆体流变性；优选降滤失剂DRF-4S、减阻剂DRS-1S和缓凝剂DRH-3L调节水泥浆体的整体综合性能。

采用双凝抗高温防气窜水泥浆，密度均为2.00 g/cm3，通过实验优化调整，确定最终水泥浆配方。领浆为嘉华G级水泥+60%铁矿粉+30%高温增强材料DRB-2S+15%石英砂+10%微锰+5%高温强度抗衰退剂DRB-3S+5%微硅+3%高温稳定剂DRK-4S+3%防气窜剂DRT-1S+1%高温悬浮剂DRYS2+2.5%降滤失剂DRF-4S+1.2%减阻剂DRS-1S+3.6%缓凝剂DRH-3L+37%水；尾浆除缓凝剂DRH-3L加量为2.3%，其他材料及加量和领浆一致。

水泥浆浆体流动度均为22 cm，领浆稠化时间407 min，尾浆稠化时间218 min，滤失量均为45 mL，游离液均为0，沉降稳定性均为0(≤0.02 g/cm3)，领浆48 h 顶部抗压强度16.7 MPa，尾浆48 h 底部抗压强度25.2 MPa，满足高温探井油层尾管固井技术要求。目前现场主要以环空不出现带压为主，室内则以渗透率为依据或者以流量为依据。

因该井悬挂器丢手出现异常，为防止后续再出现丢手复杂，充分保证处理时间，将封固段水泥浆量设计由下塞100 m+裸眼+重合段+上塞100 m变更为下塞250 m+裸眼+重合段，悬挂器上100 m水泥塞量去掉，同时裸眼段长593 m，增加下水泥塞高度150 m，减小环空水泥浆与隔离液、钻井液的混窜，保证环空高压地层裸眼段的封固质量。为避免悬挂器内部结构出现异常，施工变更为不投钻杆胶塞，不碰压，设计下塞250 m，以防替空。

3.2 固井前置液体系

针对钻井液与水泥浆污染问题，配置先导保护钻井液40 m3，固井施工时注入足够的隔离液(接触时间不少于12 min)以降低水泥浆与钻井液直接接触发生污染的风险。

抗污染冲洗加重隔离液配方为：水+1%悬浮剂DRY-S1+1%高温悬浮剂DRY-S3+20%加重材料DRW-2S+155%重晶石+1%缓凝剂DRH-2L+8%冲洗液DRY-1L。隔离液密度1.85 g/cm3，冲洗液DRY-1L可起到润湿反转的作用，提高冲洗效果。

设计前隔离液用量14 m3，占整个裸眼段593 m和上层套管环空高度390 m，接触时间约为17 min；设计泵替中心管保护液13 m3，占套管400 m和送入钻杆1 000 m，减少拔出中心管后水泥浆与钻井液的接触污染。

加入先导保护钻井液和隔离液后稠化时间由原来的15 min延长至420 min未稠，相容性得到改善。采用先导保护钻井液和抗污染冲洗加重隔离液设计，避免了钻井液与水泥浆的直接接触，提高了施工安全性。

3.3 “三压稳”设计及防气窜水泥浆体系

产层5 143.0～5 146.5 m存在高压气层，油气上窜速度高难压稳，井控风险大。因此采用“三压稳”设计：注水泥浆前，井处于不漏不溢状态，井底压力为100.2 MPa，井底当量密度1.79 g/cm3；固井过程中，水泥浆和隔离液密度均大于钻井液密度，同时存在循环摩阻，井底当量密度大于1.79 g/cm3，井底处于压稳状态；固井候凝过程中，尾浆凝固过程中会失重，尾浆密度由2.0 g/cm3降低至1.07 g/cm3(盐水密度)，环空液柱压力为98.2 MPa，失重2 MPa，不能压稳地层，固井结束后环空关井憋压2 MPa候凝，待实际顶部水泥石养护强度达到14 MPa之后(此时高压气层已被封固完好)起钻，再进行下步作业。

水泥浆内加入防气窜剂，阻止气体滑脱上升，避免地层气侵污染。加入3%防气窜剂的水泥浆滤失量 45 mL，渗透率为 0.006×10−3μm2，静胶凝强度过渡时间为6 min，气窜量为0，达到了防气窜剂行业标准性能指标的要求，有效阻止了井下高压气体的侵入，降低井控风险［7］。

4 结论

(1)解决悬挂器丢手异常的方法是通过控制上提力，重复上提静停下放，观察悬重变化，最终丢手成功，可为深井尾管悬挂出现类似丢手复杂提供解决的思路。

(2)该技术只适用于有异物硬卡不严重的情况，不适用于悬挂器结构设计不合理或其他复杂情况。

(3)为根本解决类似复杂异常，需从工具本身入手，使悬挂器结构设计更加合理，并在地面试验模拟成功后才可入井，悬挂器入井后要精心操作，防止落物，严格按照操作规程进行施工。