压力平衡法注水泥堵漏工艺在风南4井区的应用探讨

2023-11-25范兆祥范江澜韦正茂

石油地质与工程 2023年6期

范兆祥,范江澜,韦正茂

(1．洲际海峡能源科技有限公司,北京 100088;2．胜利油田东胜精攻石油开发集团股份有限公司,山东东营 257000)

玛北油田风南4井区构造位于准噶尔盆地中央坳陷玛湖凹陷北斜坡区,北接乌夏断裂带,南部紧邻玛湖凹陷[1]。储层为三叠系百口泉组砂砾岩,钻遇地层主要为中生界白垩系-三叠系(表1),目前采用水平井组进行大规模开发。

表1 风南4井区地质分层

风南4井区靠近断裂带,地层复杂,上部直井段普遍存在着井漏复杂。井漏层位分布广泛,在吐谷鲁群、八道湾组、白碱滩组、上克拉玛依组、下克拉玛依组等诸多地层均有出现。漏失原因主要为天然裂缝以及诱导裂缝连通断层而发生的大漏失。井漏频繁、处理时间长,已经成为制约该井区钻井周期提速的主要因素之一,严重影响了油田的开发进度[2]。近年来施工的21口井,共发生井漏32次,分布于从表层至井深3 000 m的多个井段,平均每口井堵漏损失时间为5.12 d,其中FNHW4005井在2 575 m发生井漏,处理时间长达13.58 d。分析井漏处理报告可以得出:①该井区主要为裂缝型漏失,水泥浆堵漏效果好于堵漏剂;②现场注水泥堵漏工艺不合理,每口井均是将钻具下到漏层附近,注入水泥浆20～25 m3,起钻中途循环冲洗钻杆,敞压候凝,这种注水泥堵漏方式没有进行压力平衡计算,无法定量控制井筒内水泥留塞长度,经常发生井筒内没有水泥塞的情况,堵漏成功率较低,需要多次注水泥堵漏作业,井漏处理时间较长。

1 FNHW4083井井漏处理实例分析

1.1 FNHW4083井井漏处理简介

FNHW4083井是风南4井区的一口水平开发井,设计井深4 453 m,采用二开井身结构:φ273.1 mm表套下深494 m;二开为φ193.7 mm+φ165.1 mm复合井眼,先用φ193.7 mm钻头钻穿八道湾组易漏地层(2 050 m),再改用φ165.1 mm钻头钻至完钻井深,下φ127.0 mm油层套管固井完井。

FNHW4083井采用φ193.7 mm钻头二开,钻井液密度1.23 g/cm3,在1 974～2 023 m直井段钻井过程中发生过3次井漏,均采用注水泥堵漏,水泥浆密度1.72～1.75 g/cm3。由钻井队自行组织堵漏施工,堵漏失败后由某科技公司专家上井指导施工。该井前后共注水泥堵漏5次,其中2次失败,堵漏成功率为60%。具体堵漏施工数据统计见表2。

表2 FNHW4083井注水泥堵漏数据统计表

1.2 FNHW4083井堵漏作业评价分析

风南4井区上部直井段频繁出现井漏的主要原因为垂直裂缝发育,因而注水泥浆堵漏方式效果好于桥浆堵漏[3-7](水泥浆在凝固前呈流态状,可以适应各种漏失通道的需要;水泥浆在凝固后具很高的承压能力和抗压强度,注水泥堵漏效果好)。钻井队自行组织堵漏的通常做法是:将钻具下至漏层附近,注水泥浆后,起钻到安全井段后循环冲洗钻杆。该注水泥方式没有考虑压力平衡、缺乏缜密计算、随意性强,因而成功率低、堵漏时效低下。堵漏作业效果评价分析如下:

1)井队注水泥做法没有考虑压力平衡。井漏发生后井筒内液面逐渐稳定,此时井筒内达到了压力平衡;但在注入水泥浆后,由于水泥浆密度远高于钻井液密度,必将打破原有的压力平衡。钻杆下在漏层附近,此时注入的水泥浆有一部分漏入地层,直至再次达到平衡。另外注完水泥浆起钻中途循环泵入钻井液,此时井内压力再次失去平衡,将漏层附近的水泥浆又挤入漏层,导致井内因留塞段少而造成堵漏失败。

2)科技公司专家通过压力平衡计算,对注水泥做法提出改进建议:①减少钻具下深;②减少替浆量;③取消起钻过程中的中途循环。井队采纳这些建议后,两次堵漏施工均获得成功。

我想，妈是不是也有过这样难受的时候？她是不是也眨过眼睛？是不是没人看见她，直到她再也不能睁开眼睛！妈啊，妈—

通信接口模块的电路设计使用到了FT2232D芯片。FT2232D是一款高性能的USB到UART/FIFO的转换芯片，两片BM芯片的被高度集成在内部[7]。FT2232D还可以使用FTDI公司提供的虚拟串口（VCP）驱动，就像使用PC机的标准串口一样来操作USB接口[8]。

3)井队之前采用的注水泥浆方式,水泥用量大,且钻具处于水泥浆中,存在“插旗杆”的风险,需要将钻具起到水泥浆液面之上,然后循环冲洗钻具。而科技公司改进后的注水泥工艺,钻具一直处于水泥浆顶部之上,不存在水泥固结钻杆的风险,不需要中途循环。

总之在“庙堂”建筑这一原型导向下，美术馆的展品和建筑是国家文化的表征和“对象化”，是对邓肯的“文明化仪式”的体现——“将国家的权威性与文明的观念等同起来”[9]。

2 平衡法注水泥堵漏原理及工艺技术

水泥浆堵漏的关键在于定量控制水泥浆在凝固前进入漏层的量,这就需要在漏层部分的井眼中留存部分水泥浆形成水泥塞,而井眼内的水泥浆留存量的过多或过少都会造成堵漏的失败。定量控制水泥塞的高度,需要科学地计算注水泥过程中的液柱压力与地层压力之间的压力差:通过对压力精确控制来实现水泥塞高度的定量控制,这种方法称为“平衡法注水泥”[3-9]。

2.1 平衡法注水泥堵漏原理

平衡法中的“平衡”,主要指注水泥施工中液柱压力与漏失地层压力间的平衡。分析整个注水泥堵漏施工过程中共有三次压力平衡。压力平衡法注水泥堵漏原理如图1所示。

a．钻进未发生漏失时井况;b．发生漏失后,液面稳定时状况(漏层在井底);c．下钻具,注水泥浆;d．水泥浆替出钻杆,达到压力平衡时的状况;e．替入钻井液,水泥浆部分进入漏层,井内压力再平衡时的状况。图中蓝色代表钻井液;黄色代表水泥浆;白色代表空气。H-发生漏失时井深,m;h1-漏失发生后测得静液面深度,m;h-注水泥浆钻具下入深度,m;h2-注入水泥浆在井筒内液柱长度,m;h3-注水泥浆后再平衡时水泥浆之上钻井液液柱长度,m;h4-注入水泥浆后替入钻井液液柱长度,m;h5-井筒内留水泥塞长度,m

2.1.1 第一次压力平衡

钻井过程中在发生井漏后(漏层深度为H),环空液面高度逐渐下降并最终稳定,此时达到了压力平衡。通过测量出的环空静液面深度(h1)可以计算出漏层的承压能力(P漏压),此时P漏压为漏层之上钻井液液柱(H-h1)压力。

2.1.2 第二次压力平衡

向井内注入水泥浆时,液柱压力大于漏层压力,打破压力平衡,由于水泥浆密度大于钻井液密度,水泥浆自然下沉,驱替下部的钻井液进入漏层。如果注入水泥浆量过大,部分水泥浆也会进入漏层,直到再次实现压力平衡。此时最理想的状态是水泥浆柱底部正好位于漏层位置。此时P漏压为漏层之上水泥浆液柱(h2)压力与水泥浆之上钻井液液柱(h3)压力之和。

2.1.3 第三次压力平衡

2)配制水泥浆。现场配密度1.75 g/cm3的水泥浆6.8 m3,耗费干水泥8 t,计算水泥浆在井筒内长230 m。

向井内替入一定量的钻井液(液柱长度为h4),打破压力平衡,井筒内一部分水泥浆被驱替进入漏层,井筒内留有所需要的水泥浆(液柱长度为h5),并再次达到压力平衡,此时P漏压为漏层之上水泥浆液柱(h5)压力与钻井液液柱(h4+h3)压力之和。水泥浆在此平衡状态下候凝,形成水泥塞,达到堵漏目的。

根据注水泥浆、替浆过程中的压力平衡计算钻具下深、替浆量等参数,精确控制留在井筒内水泥塞的长度是提高注水泥堵漏成功率的关键。

2.2 平衡法注水泥参数计算方法

2.2.1 漏层压力

漏层位置H通过钻进时发生漏失的井深度得出,如果在钻进过程中突然发生漏失,通常漏层就在井底。发生漏失后,现场采用细绳来测量井筒内的静液面深度h1[8-9]。漏层压力根据静液面深度来计算:

P漏压=0.01ρm(H-h1)

(1)

式中:P漏压为漏层承压压力,MPa;H为漏层深度,m;h1为漏失发生后静液面深度,m;ρm为钻井液密度,g/cm3。

2.2.2 注入水泥浆量及井内留水泥塞长度

为保证堵漏效果,需要将部分水泥浆推到地层裂缝中,还有部分水泥浆留在井筒中。井筒内留塞长度h5根据漏层深度与井径等井况来确定,一方面要防止井筒内留塞过多,水泥浆进入漏层量偏少,不能有效封堵漏层;另一方面要避免井筒内留塞过少,不能有效封闭漏层近井筒喉槽,造成堵漏失败[9]。

根据经验[9-11],井筒内留塞长度h5一般为30～50 m。通常留在井筒内的水泥浆量占总注入量的1/3,即注入井内水泥浆液柱长度h2一般为100～150 m。

根据风南4井区注水泥堵漏经验,动液面差值对堵漏效果影响小,现场可根据实际漏层的深度、井径、施工排量等适当取值,推荐取值范围为5～10 m。

根据压力“平衡”原理,利用水泥浆液柱压力可以计算出注完水泥浆时井筒内漏层以上钻井液液柱的长度h3,以及候凝期间井筒内水泥浆顶面以上钻井液液柱长度h6。

h3=(H-h1)-h2(ρc/ρm)

(2)

h6=(H-h1)-h5(ρc/ρm)

(3)

式中:h初为钻柱初始下入的深度,m。

2.2.4 钻具下深

2.2.5 顶替钻井液量

3.7 中医耳压疗法减少或消除ICU综合征，除了上述治疗及护理外，传统的中医治疗也有一定效果。曾影红等［29］报道，对63例ICU综合征患者进行中医耳压疗法，总有效率约68.3%，且此法具有较好的疗效，无损伤、无不良反应、操作简便和经济等优点。

h初=h1+h3

(4)

式中:h3为注水泥浆后再平衡时水泥浆之上的钻井液液柱长度,m;h2为注入水泥浆在井筒内液柱长度,m;h6为候凝时井内水泥浆顶面之上的钻井液液柱长度,m;h5为井筒内留水泥塞长度,m;ρc为水泥浆密度,g/cm3。

钻杆实际下入深度需考虑动液面影响[10]。动液面与静液面间的差异是由钻井液漏失流入地层中的流动阻力引起的;停泵后,当钻井液不再动态流入地层时,便没有了流动阻力,其液面位置将随之下降。动液面受漏速、排量、钻井液性能、钻具长度等相关因素影响,现场很难进行准确计算,故在对水泥浆高度控制精度不高的情况下,动液面的影响也可以忽略不计。

如考虑动液面影响,钻杆实际下入深度h计算如下:

h=h初-(h静-h动)

(5)

式中:h为钻杆下入深度,m;h静为注水泥浆时静液面深度,m;h动为注水泥浆时动液面深度,m。

供应链各成员的最优订货量与供应链系统最优订货量相等，且各成员的期望收益与整体供应链系统的期望收益互成仿射函数，即为供应链协调的判别标准[17-18].

2.2.3 注水泥浆后再平衡时漏层以上钻井液液柱长度

管理者的管理素质直接影响现场管理质量，因此，要加强管理人员培训，促进其综合管理素质提升。一是，加强水利工程整体内容的讲解，提高管理者对加强水利工程现场管理的重视度，同时明确管理重点。二是，加强现场管理专业知识培训，提升管理者的实际化管理能力，促进现场施工管理的质量提升。三是，对管理者的沟通能力进行培训，使其更好的开展管理工作，有效解决现场各种突发问题。

通过钻井液顶替量可以控制水泥浆进入漏层中的量,即控制井筒内留存水泥塞长度h5。依据压力平衡,计算需替入的钻井液柱长度h4及替浆量V替。

笔者从事汽修工作是从学徒工开始的，经过不断的学习实践由技工成为了专业技术人员，但却从来没有以选手的身份参加过汽车维修技能大赛，这也未尝不是一种遗憾。但笔者担任过多次汽车维修技能大赛的裁判，见证了多届大赛的宏大场面，今天就和读者朋友们聊聊笔者通过技能大赛看到的我国汽车诊断技术发展情况。

h4=h6-h3

(6)

(7)

式中:V替为替浆量,m3;D为井眼直径,m;h4为注入水泥浆后替入钻井液液柱长度,m。

实际替浆量需附加地面管线的内容积(一般为0.3～0.5 m3)。顶替完起钻时,需按起出钻杆的排替量(开排)进行及时灌浆,保持井筒内压力平衡。

2.2.6 干水泥量

根据经验,每次堵漏注入水泥浆段在井内长度为100～150 m。以φ215.9 mm井眼为例,需要水泥浆量为4～5 m3。为降低计量误差影响,水泥浆量可以适当附加,具体根据漏层深度、井径扩大率、泵浆效率及施工队伍的素质确定。配制1 m3水泥浆所需干水泥量为Q[3]。

(8)

式中:Q为干水泥量,t;ρs为干水泥的密度,取3.15 g/cm3;ρc为配制的水泥浆密度,一般取1.75～1.80 g/cm3;ρw为配浆水的密度,淡水取1.00 g/cm3。

黑河学院谢春河教授的报告《中俄界江区域近代移民背景下的城市化进程与启示》指出，清末民初七十年间，中俄两国在界江区域所经历的大规模移民与城市近代化进程具有高度的“同步性”和明显的“联动效应”，但却各自经历了不同的发展道路，体现了不同的政治意图和特点;在中俄界江区域近代移民与城市化进程中，中俄两国政府的主导作用明显，城市化进程表现为“移民推进型”;中俄界江区域近代移民和城市化进程使该区域文化格局发现了根本性改变。进而提出建设性意见，认为中国政府应采取积极措施，沿黑龙江建设大中城市，提高边境中心城市的行政级别，并与俄罗斯联手打造界江城市群。

利用上式计算配制1 m3水泥浆需干水泥1.10～1.17 t,每堵漏一次需组织干水泥5 t左右。

2.2.7 水泥浆稠化时间

实施国家基本药物制度对我国基层医疗卫生机构激素类药物使用率影响的Meta分析 …………………… 田燕等（2）：254

注水泥浆堵漏对水泥石后期强度要求并不高,只需要满足井眼稳定和阻塞漏失即可,其抗压强度一般只需达到建筑用固结体强度的20%。可采用建筑用普通硅酸盐水泥来节约成本,该水泥自然凝固需很长时间,要达到它们的最终强度往往需要10 d以上,但达到堵漏所需要的强度一般24～48 h就可以了[11-13]。

平衡法注水泥钻杆处在水泥塞面之上,不存在固结钻杆的风险,施工工艺对水泥浆稠化时间没有要求。现场可留水泥浆样,根据地面稠化情况确定钻塞时机。如现场采用泵车配制水泥浆,可在水泥浆中添加早强剂,缩短水泥候凝时间。另外为防止混浆,需在注水泥浆之前注一段隔离液[14-15]。

2.3 平衡法注水泥堵漏工艺应用试验

2.3.1 风南4井区应用试验

风南4井区FNHW4083井钻至1 974 m时发生失返性漏失,采用常规注水泥堵漏失败后,试验平衡法注水泥工艺堵漏取得成功。以该次堵漏为例阐述平衡法注水泥堵漏工艺应用试验情况。

保证在注水泥浆过程中及注完水泥浆后,水泥浆在井筒内的合适位置是关系到堵漏成败的关键之一。通过钻具下入深度可以控制水泥浆在井筒中的合适位置,这是平衡法注水泥的关键参数之一。钻柱初始下入深度h初为:

1)测静液面。测量环空液面在480 m,井内钻井液密度为1.23 g/cm3,判断漏层位置1 974 m,计算漏层承压18.0 MPa。

我国是一个泥石流灾害常发的国家，损失最大的一次泥石流是2010年8月7日夜22时左右发生在甘肃甘南藏族自治州舟曲县的特大泥石流灾害，共造成1 000多人死亡或失踪。据不完全统计，新中国成立以来至2005年，全国不同程度遭受过泥石流危害的山区县级及以上城镇有101个。其中不少城镇反复受灾，受灾次数在2次以上的城镇达59个。部分城镇受泥石流危害的次数达10余次，如甘肃省的兰州市、武都县，四川省的西昌市、九寨沟县、泸定县，青海省的西宁市等。兰州、西宁、太原、贵阳、拉萨等5个省会（自治区首府）城市及香港特别行政区，均遭受过严重的泥石流灾害。

3)下堵漏钻具。下入φ127 mm光钻杆,钻具下深1 723 m。

4)注浆与顶替钻井液。先注入前置液7.7 m3,再注入水泥浆6.8 m3,注后置液1.7 m3,注顶替浆5.4 m3,前置液、后置液、顶替钻井液密度均为1.23 g/cm3。施工期间出口未返浆。

5)起钻与候凝。起钻期间未灌浆,按实际替浆量计算留塞高度为157 m。采用敞压方式候凝,观察地面留置水泥浆在15 h后硬化。井口灌浆,出水管返浆。

在第三学段，6个版本中，知识点个数为8~9，均含有Z1、Z6、Z7、Z8、Z10、Z11、Z12、Z13这8个知识点．除人教版的“性质5（是中心对称图形）”知识点处于九上外，其它5个版本的平行四边形内容均处于八下．对于“性质5（是中心对称图形）”知识点，北师版、冀教版和苏教版将其编写在“平行四边形的性质和判定”之前，在呈现该知识点的同时，还把它作为探究发现或论证平行四边形性质的手段；其它3个版本，则将其编写在“平行四边形的性质和判定”内容之后．

6)探塞与钻塞。下钻,探塞面在1 800 m,实际留塞长174 m,钻塞后不漏,恢复钻进。

1.附加型的共享税模式，即中央和地方分别就某特定商品具有独立的消费税征收权。在中央政府统一课税后，地方政府以一定税率附加课税，收入归课税主体所有。在美国，联邦政府对烟、酒、燃料类商品征收统一的消费税，所有州政府也对烟、酒、燃料类商品独立地加征消费税，根据各州具体的税收政策不同，适用的税率亦有差异，中央和地方都配置完整的税权。但这一模式只能适合在财政分权彻底，地方税权较大的联邦制国家中实施。并且，地方政府在消费税的具体税收政策上存在差异，由此可能产生政府间纵向和横向税收政策的矛盾，诱发相应的税收竞争。[22]

例 6 让他们……感悟到中华民族伟大复兴的趋势，以后能够担当起开拓两岸关系前景、实现民族伟大复兴的责任。[1]243

2.3.2 应用试验效果分析

FNHW4083井在1 974 m按照压力平衡法进行注水泥堵漏试验1次成功,堵漏效率高,证明了该工艺适用于风南4井区。但试验中实际留塞长174 m,比通常平衡法注水泥堵漏要求的留塞30～50 m明显偏多,主要原因是起钻期间未灌浆(钻杆替排量4.92 m3),减少了顶替量,也就是减少了替入漏层中的水泥浆量。另外本次堵漏试验适当增加了水泥浆的用量,这样的好处是增加了井筒内水泥留塞高度,可防止因计量误差可能引起的堵漏失败,进一步保证堵漏成功率;缺点是增加了水泥用量及钻塞时间。