超深井注水泥塞新技术

陈超

摘 要：随着现在水泥浆性能的不断增强，运用于超深井的水泥浆体系已经基本上能满足高温高压井施工的需求，而国内开发用于专门注水泥塞工具基本上空白。在国内现场运用多数采用常规的平衡法注水泥塞，达不到封隔目的层，影响水泥塞固井质量，往往造成二次固井，影响施工周期。本文介绍了平衡塞法注水泥在超深井注水泥的利弊，介绍超深井注水泥新方法，通过现场具体案例与平衡塞法注水泥塞进行对比，能够在很大程度上提高超深井漏失井，侧钻井注水泥塞的质量，对超深井注水泥塞施工提供重要的借鉴作用。

关键词：超深井;注水泥塞;尾管释放工具;玻璃钢油管

随着国内油气田勘探和开发不断深入，塔里木，四川等油田的超深井小间隙井深井超深井的数量逐渐增多。由于井下落物，井斜超标，分隔高压层等原因，超深井注水泥塞也增多。在现场中常用的方法是平衡塞法，该方法工艺简单，成本低，效果明显，但是在超深井，由于小井眼自身窄空间的特点，使超深井小井眼固井较常规井眼固井有更大的难度。主要表现在：

①环空间隙小，小井眼固井水泥浆用量约为常规井眼的三分之一，水泥环薄，水泥石强度低，水泥石与地层、套管的胶结质量难以保证;②由于井深，替浆量大，误差大，使得提浆量准确性无法保证，封固段水泥量小，微小的计算失误就可能替空;③替浆结束后，把光钻杆从封固的水泥段起出来，由于抽吸压力的缘故会使得水泥浆和钻井液混合，污染的水泥凝固后会造成水泥封固质量不好，尤其对用于侧钻井水泥塞施工中，水泥塞顶部固井质量无法保证;④对于73 mm以下的小直径钻杆必须循环出多余的水泥后方可起钻，因为钻杆水眼小，流动阻力大，加之停泵后水泥变稠，很容易起钻过程中把钻杆水眼固住。对于超深井漏失井注水泥塞，循环多余水泥浆时，给漏失段施加多余的压力，进一步加剧漏失;⑤超深井，一般都是大于4500m以上的井，井深，起下钻时间长，施工风险大。

在不考虑高温高压井水泥浆体系等因素的影响，以上实际存在的客观因素在很大程度上影响水泥浆封固质量。如何在传统超深井注水泥的基础之上，开发超深井注水泥塞工具就显得相当必要，下面介绍一下该工艺原理。

1 工艺原理

根据所注水泥段位置，用工作管柱连接上尾管释放工具和尾管，一同下入到所固井段，尾管的长度等于封固井段长度，工作管柱位于所固井段上部，充分循环，进行注水泥作业，水泥浆注完后，投球，替浆，当1号球到达释放套处，压力激增，这时候继续打压使1号球变形通过下部尾管释放工具到达接箍，压力持续升高，压力变化比较明显，替浆结束，投2号球，当2号球到达二级释放套顶部时，小排量顶替，2号球到达释放套处，压力上升，释放套下行，剪断销钉，上部尾管释放工具和尾管分离，尾管留在水泥中和水泥一块凝固，上部尾管释放工具和工作管柱一起从井眼中起出，完成整個注水泥工作，根据施工具体需要，如果不想污染水泥塞顶部，工作管柱可以通过压力降控制装置保留顶替流体，也可以不保留顶替流体，通过压力降控制装置把顶替液排除。

2 主要设备

该工艺主要包含以下设备：工作管柱：包括钻杆，钻铤等。

尾管：一般是可钻式玻璃钢油管或铝制油管制成，为了钻穿水泥和尾管，通过现场实践发现，使用玻璃钢油管制成的尾管能满足工程的需要。玻璃钢油管具有耐腐蚀，不结垢，重量轻，保温效果好，流动阻力小，使用寿命长，安装运输方便等优良特性。

尾管释放工具，该工具是整套工艺的核心部件，由上下两部份组成，上部尾管释放工具，包括释放套，剪切销钉，丝扣保护器，底托，底托保护器，压力降控制装置。下部尾管释放工具，包括尾管接箍，碰压底座等。

为确保水泥塞的质量和强度， 优选水泥浆体系，其强度、失水、自由水、稳定性能满足超深井要求，做好水泥浆化验和水泥浆污染化验，使稠化实践及各项性能指标达到现场安全施工要求。该工艺有如下好处：

①通过工作管柱携带尾管延伸到所封固段底部，有尾管释放工具，有明显的碰压显示，防止替空，能够在所封固井段精确封固;②当水泥顶替结束后打压使工作管柱和尾管分开，让尾管和水泥一块留在封固段进行凝固，就好比在水泥中加入钢筋，提高了封固段固井质量;③减少了在封固段起出尾管的程序，防止了常规注水泥方法从封固段起出工作管柱污染水泥浆。尤其是打水泥塞是为了侧钻井，顶部水泥浆没有被污染，水泥顶部凝固有保证;④不用把工作管柱起到安全位置后循环出多余的水泥浆，根据现场施工的需要，可以灵活的保存顶替液在工作管柱中，减少了循环作业时间，保证了井下安全。

3 现场实例

YB3是四川盆地川东北巴中低缓构造带元坝岩性圈闭的一口预探井，设计井深6980m，完钻井深为上二叠统长兴组。该井钻至7000m后改设计为评价井，完钻井深7450m，是该地区最深井。本井四开使用146.1mm尾管下深7450m，固完尾管后井下出气，进行尾管短回接，下钻扫塞通井至井底，循环时发现井底有后效，全烃3%。为封固下部气窜，在井底套管内注水泥塞，封固下部井段以防止气窜。注塞段井下情况，在146.1mm尾管内注塞，设计水泥塞井段7280-7430m，段长150m，井内钻井液密度1.94g/cm3，水泥浆实验温度达到170℃。

采用平衡塞法注水泥施工，选择水泥浆体系为防气窜高密度水泥浆体系，采用下光钻杆正注水泥浆注水泥方式，采用73.03mm钻杆×2701m+101.6mm钻杆×4732m。循环两周，循环压力21MPa。施工工艺流程如下。注前置导浆密度1.94g/cm3、30m3+加重前置液密度1.97g/cm3、2m3+注水泥浆密度2.04g/cm3、2.3m3+注后置液密度1.97g/cm3、0.6m3+替浆密度1.97g/cm3、2m3+起10柱钻杆+循环100min+起钻。

采用尾管释放工具注水泥法，在水泥浆体系不变的情况下进行注水泥施工作业，采用73.03mm钻杆×2701m+101.6mm钻杆×4612m+101.66mm尾管释放工具+101.66mm×120m璃钢尾管。循环两周，循环压力21MPa。施工工艺流程如下。前置导浆密度1.94g/cm3、30m3+加重前置液密度1.97g/cm3、2m3+注水泥浆密度2.04g/cm3、2.3m3+投1号球+注后置液密度1.97g/cm3、0.6m3+替浆密度1.97g/cm3、2m3+投2号球+尾管分离+起钻。

从两种施工工艺对比可以看出，在整个施工过程中，采用第二种方法有如下优势：①施工时间减少了，在同种水泥体系，稠化时间一定的基础上，保证了施工安全;②不用在水泥段中起出钻杆，保证封固段水泥质量不受污染，给封固段营造安静凝固环境;③不用循环出多余的水泥浆，减少了循环时间，在漏失井注水泥中，可以减少井底压力，减小漏失段漏失速率;④能够准确碰压。但是施工压力高，1#，2#球强度要求高，尾管释放工具要求分离可靠这些都给施工带来了困难。

4 结论和建议

尾管释放工具的开发为超深井漏失井，侧钻井等特殊井注水泥塞提供了新的方法，能够保证精确的顶替量，当水泥顶替结束后打压使工作管柱和尾管分开，让尾管和水泥一块留在封固段进行封固，减少了在封固段起出尾管带来的压差卡钻，污染水泥浆等各种井下安全隐患，能够在封固井段形成一种安静的凝固环境，在起出工作管柱时能够选择性的放掉或是保留顶替液，对提高水泥塞顶部的固井质量有相当重要的作用，提高超深井一次注水泥塞成功率。但是该工艺也存在很多缺点：①该工艺成本高，尾管释放工具是该工艺的关键装置，工具的稳定性是施工成败的关键;②投2号球时，使尾管与尾管释放工具分离有一定难度;③超深井，井下情况复杂，1，2号球强度，玻璃钢尾管性能是否能满足施工需要非常重要。

参考文献：

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