流花油田水平段注水泥塞工艺研究

马溢，李波，张鑫(.中海石油中国有限公司深圳分公司，广东 深圳 58067； .中海油能源发展股份有限公司工程技术深圳分公司，广东 深圳 58067)

0 引言

随着钻井技术的不断进步以及提高油气采收率更高要求，水平井、大斜度井、分支井在南海东部应用越来越广泛，老井眼回填侧钻，新井眼领眼回填侧钻等作业越来越普遍。这些井的特点往往是下部井段接近水平，甚至超过水平，常含有开发价值已经不大的目的层，需要注回填、侧钻水泥塞钻进新井眼，对水泥塞的位置、水泥石强度、封固质量等均提出较高的要求。

非水平段注水泥塞，技术相对比较成熟，难度不大。而对于水平段注水泥塞而言，还要考虑因井眼水平带来的诸多难题。本文针对流花油田的特点，系统性地介绍了水平井注水泥塞的难点以及应对措施。

1 流花油田水平井注水泥塞难点

(1)流花油田水深较深、泥线温度较低，影响循环温度的因素较多，试验温度难以准确掌握；

(2)水平段及周围含有油气显示层，要求水泥浆能较好封固显示层，且不能污染显示层；

(3)水平段注水泥塞，顶替效率低，水泥浆易被污染，形成较多的混浆，造成水泥石强度低，同时易出现高边水槽，形成窜槽，降低了封固质量。

(4)本井水泥塞段井斜最高超过93°，水泥浆注完后容易出现置换，水泥塞位置不易保证[1-2]。

2 技术措施

2.1 试验温度确定

流花油田某井钻8-1/2″井眼期间排量2.4 m3/min，由于水深的原因，泥线温度低，循环温度相比一般浅水同类井深的井，温度低很多，实测循环温度基本维持在56 ℃。通过地温梯度计算，完钻后静止温度为110 ℃，如按水泥塞作业的区域经验系数0.8～0.9之间取值，循环温度应该在88～99 ℃之间，两者循环温度之间的差值超过30 ℃。水泥浆试验温度是以循环温度为准：如循环温度取值过高，实际稠化时间会偏长，水泥石起强度时间也会相应变长，24 h强度很可能不能满足封固油气层的强度要求，也不利于压稳油气层；如取值过低，实际稠化时间偏短，导致作业安全时间不够，容易造成注完水泥塞后不能起钻或钻杆内堵塞水泥事故。

注水泥塞作业时，固井泵排量一般在0.48～1.00 m3/min之间，与钻井期间排量存在较大差异，因此，钻井期间的循环温度只能作为参考。为获得准确的循环温度数据，笔者引进了PVI公司的软件进性了模拟。该软件可应用于各种类型固井作业，近年来在国际上应用非常广泛，认可度非常高。

注水泥塞作业之前，按要求至少应循环钻井液一周，一般有如下目的：(1)降低气全量，按标准要求应控制在5%以内；(2)循环均匀钻井液密度，以免注水泥塞后压力不平衡；(3)调整钻井液性能，清洁井眼，有助于提高水泥塞质量；(4)降低井底温度，使实际的循环温度与设计的试验温度保持一致，确保作业安全。

此外，循环温度的确定还要考虑作业中途可能出现意外暂停情况，需要预留一定安全时间处理故障。

用PVI软件模拟注水泥塞前循环钻井液以及注水泥塞中途出现中断后的循环温度(如图1所示)。如果水泥塞作业前不循环，中途中断40 min，循环温度最高达到83.1 ℃，循环两周，循环温度70 ℃，说明注水泥塞前充分循环钻井液非常有必要。如作业前循环二周，作业过程又连续，循环温度最高66.7 ℃，说明中途暂停后循环温度会增加。

图1 注水泥前循环温度模拟

综合考虑以上多种情况，模拟注水泥塞前循环钻井液一周(约2 h)，注水泥过程作业中断40 min，1 h内起钻至水泥面时，最终循环温度为74.5 ℃。因此，水泥塞最终试验温度以该温度为准。

通过以上分析可知，循环温度与泵入排量、起钻时间、固井前循环时间、现场作业是否中断均有很大关系，确定循环温度时均要考虑这些因素。在现场作业时还应注意，如水泥浆入井后出现施工中断，要控制好处理故障时间[3]。

2.2 前置液设计

为保证良好的固井质量，需要合理地设计前置液的性能和数量。以NO.2#塞为例，采用6 m3隔离液+6 m3冲洗液+1.5 m3混合水的结构，在实测的8.61″井眼中可填充456 m，高于满足标准150 m的要求。由于泥浆比重只有1.15 g/cm3，漏斗黏度51 s/qt，考虑到井眼漏失当量较低，隔离液和冲洗液均选择不加重。

冲洗液采用油水双效型冲洗液W21L，主要成分为多种表面活性剂的混合物，用钻井水、海水均可配制，30%浓度可达到良好的冲洗效果，对泥饼有较好的稀释、渗透作用。PVI软件模拟显示，裸眼段紊流接触时间超过7 min(如图2所示)。

图2 冲洗液紊流时间模拟

以上模拟结果显示，选择合适的前置液类型，增大前置液用量，调整合适的流变参数，可有效提高水泥浆的顶替效率。

2.3 水泥浆设计

本次水泥浆配方采用了聚合物水泥浆体系，设计比重1.92 g/cm3。

配方组成为：“G”水泥+35%硅粉(干混)+2%堵漏剂(干混)+ 0.5%消泡剂+0.5%分散剂+4%降失水剂+6%增强剂+1%防窜剂+0.2%缓凝剂。

从水泥浆性能可看出，提高水泥浆比重，级配不同粒径的增强剂和防窜剂，可有效提高水泥石强度，满足封固油层的能力。水泥中干混堵漏颗粒，使水泥浆具有良好的防漏堵漏效果，同时严格控制失水量和自由液，增加水泥浆稠度，可减少对显示层的污染。

2.4 其他工程措施

工过程旋转钻杆，水平井段注水泥塞施工过程中，保持管柱旋转，将对提高顶替效率大有帮助。

钻具优选，水平井段注水泥塞作业一般在水泥塞段优先选择小尺寸钻具，可减小压差卡钻的风险。

使用刮管球，刮管球为高分子塑料制成泡沫球，油田上主要用于清刮钻具内壁，特别用于注完水泥后的管柱清刮。

循环加压侯凝，水平段注完水泥塞后，水泥浆基本处于静止状态，由于密度比钻井液或后置液高很多，在重力作用下易与其置换，特别是在稠化时间偏长、流变性好时，可能会产生高边水带，形成窜槽，导致封固质量差，同时水泥塞的位置也难以保证，增加了后期钻塞时间。

使用循环加压候凝，应控制好排量，注意观察井眼漏失情况，如存在漏失，应降低循环排量。本次水泥塞设计时，水泥中提前干混有堵漏颗粒，同时前置液比重设计为1.0 g/cm3，模拟施工过程最大ECD为1.3 g/cm3，远低于预测的地层承压能力1.6 g/cm3，漏失风险较小。

3 现场实施效果

NO.1#(弃井)和NO.2#(侧钻)水泥塞连续作业完成，过程均安全顺利，其中NO.2#水泥塞候凝24 h后，探塞面位置与第一个循环点位置基本一致，下压钻具重量5 t，套管试压13.8 MPa，稳压10 min合格。起钻后观察，钻杆内外均无水泥残留。至此，NO.2#水泥塞位置和强度均满足了侧钻要求。

4 结论与认识

(1)水平井段注水泥塞，特别是水深较深、泥线温度低的井，确定试验温度需要实测、经验系数、PVI软件模拟的方式进行多方位校核。同时综合考虑实际泵入排量、起钻时间、固井前循环时间、现场作业中断等因素的影响。

(2)水平井段注水泥塞，要优化水泥浆性能，选择具备防窜能力的水泥浆体系，适当增加水泥浆稠度，控制更低的失水量，零自由液，同时尽可能提高水泥石强度。

(3)水平井段注水泥塞作业中，特别是使用复合钻杆时，推荐使用刮管球，可保证良好的清刮效果。

(4)水平井段注水泥塞，水泥浆注完后，在保证井眼不漏的前提下，宜采取循环加压候凝的方式，可有效防止水泥浆静止时发生置换，防止高边窜槽，同时保证水泥塞的位置。