王 濤， 賈博超

(1.陜西延長石油〈集團〉有限責任公司研究院 陜西 西安 710075； 2.陜西省陸相頁巖氣成藏與開發(fā)重點實驗室〈籌〉，陜西 西安 710075； 3.天津中油渤星工程科技有限公司，天津 300451)

地層的實際承壓能力對固井方案設計、水泥漿設計和固井施工排量設計等均有重要的影響[1-3]。對于低壓易漏井固井，為了降低風險，保障固井安全，做到固井的可控，在固井前必須對井眼做承壓試驗[4-6]。目前常用的承壓試驗采取的是“逐漸加壓，平緩泄壓”的方式[7-8]，即用井筒內鉆井液對套管進行試壓，逐漸加壓，直至地層不能“穩(wěn)壓”，以此得出地層的承壓能力，這種方法稱之為靜態(tài)的測試方法。但是，對于低壓易漏失地層，受井身結構和上層套管鞋處破裂壓力等條件的限制，無法在固井前對其承壓能力做常規(guī)的靜態(tài)測試。本文提出一種下套管后動態(tài)測試地層承壓能力的方法，為該類地層承壓能力的測試提供了一套科學、可行的辦法。

1 地層承壓能力動態(tài)測試方法的提出

對于低壓易漏井固井，在下述情況下，目前的地層承壓能力靜態(tài)測試方法不能滿足要求：

(1)上層套管下入較淺，受上層套管套管鞋處的地層破裂壓力限制，地面井口壓力不能施加過高；

(2)受上層套管抗內壓強度值的限制，地面井口壓力不能施加過高。

為解決上述難題，本文根據(jù)流變學原理，提出了一種地層承壓能力動態(tài)測試方法，并在延長石油延208、延437兩口試驗井中進行了應用；測試出了該區(qū)域油層套管封固裸眼井段內地層的最大承壓能力值，為該區(qū)低壓易漏長封固段條件下的油層套管的安全、一次性固井全封固提供了強有力的技術保證。

2 地層承壓能力動態(tài)測試方法的原理

地層承壓能力動態(tài)測試方法即在下套管循環(huán)后逐漸分擋增加排量，并同時記錄與之對應的泵壓和鉆井液性能，然后利用流變學的原理計算出關鍵地層深度的承壓能力。由于不同于常規(guī)靜態(tài)的地層承壓試驗，是動態(tài)的，所以稱之為動態(tài)測試方法。

該方法的原理如下所述：下套管循環(huán)鉆井液兩個循環(huán)周期后以一定的排量Q進行循環(huán)并記錄與之對應的泵壓Pp，同時測試計算鉆井液性能，包括密度ρ、流性指數(shù)n、稠度系數(shù)K。其他的已知條件有套管的外徑De、內徑Di，井眼直徑Dw。

2.1 計算井底的承壓能力

由于循環(huán)時管內和環(huán)空全部都是鉆井液，沒有液柱壓力差，所以此時記錄的泵壓為循環(huán)壓耗。則此時井底的當量密度ρ井底可由式(1)計算得出。對于井底是薄弱地層的井，不斷變換測試排量直至設計值，由此可計算出井底的最大承壓能力和當量密度。

ρ井底=ρ+Pp/(gH)

(1)

式中：ρ井底——井底當量密度，g/cm3；H——井底深度，m；Pp——泵壓，MPa；g——0.00981 N/kg；ρ——鉆井液密度，g/cm3。

2.2 計算任意井深的承壓能力

計算以當前排量Q循環(huán)時的整個管內循環(huán)摩阻和整個環(huán)空循環(huán)摩阻壓降[9]，對于賓漢流體，有：

Pfp=250λρLQ2/(π2r5)

(2)

λ=0.228/〔6.4Qρ/(πμ)〕0.2

(3)

式中：Pfp——循環(huán)摩阻，MPa；ρ——鉆井液密度，g/cm3；L——套管長度，m；r——套管半徑，m；λ——摩阻系數(shù)，無因次；Q——排量，m3/min；μ——塑性粘度，Pa·s。

對于環(huán)空摩阻Pfa，也可采用(2)式計算，半徑采用當量半徑法計算：

(4)

式中：r2——環(huán)空當量半徑，m；D——井眼直徑，m；d——套管直徑，m。

由于井下條件的復雜性，計算的循環(huán)摩阻值與實際的循環(huán)摩阻(即此時泵壓Pp)必定會有誤差，計算出此時的環(huán)空修正壓耗系數(shù)T，即T=(Pp-Pfp)/Pfa，任意井深H′處的最大承壓能力和當量密度ρ′可通過公式(5)計算得出。

ρ′=ρ+TPfa/(gH′)

(5)

式中：Pfa——井深H′處的計算循環(huán)壓降，MPa；ρ′——任意井深處的當量密度，g/cm3。

3 動態(tài)測試方法的實施步驟

(1)下套管后循環(huán)鉆井液1個循環(huán)周期以上，如井下條件允許，2個循環(huán)周期效果更好。

(2)根據(jù)事先計算的排量計劃，采用最低排量循環(huán)鉆井液30～60 min，記錄循環(huán)剛結束時的排量與泵壓(可以采用錄井儀的記錄數(shù)據(jù))、并測試鉆井液的密度與流變性能。

(3)根據(jù)排量計劃，提高一個排量擋位，循環(huán)鉆井液30～60 min，循環(huán)剛結束時記錄排量與泵壓(可以采用錄井儀的記錄數(shù)據(jù))、并測試鉆井液的密度與流變性能，同時記錄鉆井液的漏失量。

(4)重復步驟(3)，直至事先計算的排量計劃中的最高值。

(5)根據(jù)上述測試中所記錄的排量、泵壓、鉆井液的密度與流變性能，并根據(jù)注水泥流變學計算的相關理論，計算不同排量下實際的井內關鍵地層深度處所承受的壓力及當量密度。

下套管后動態(tài)承壓測試需要注意的事項有：一是在上述動態(tài)測試中，必須仔細觀察地面返出情況、泵壓情況及泥漿池液面情況，嚴防出現(xiàn)惡性井漏的事故；二是司鉆房的專職操作人員必須坐崗、隨時觀察，防溢管出口處必須有專人坐崗、隨時觀察，錄井房必須有專人坐崗、隨時觀察。

4 現(xiàn)場應用

依據(jù)上述下套管后動態(tài)測試方法對延長石油延408、延437兩口井進行地層承壓能力測試，均取得了預期的效果。根據(jù)鉆井和前期的調研情況，該區(qū)域內鉆井及固井過程中井漏時有發(fā)生，前期主要采用分級固井的方式進行固井，但隨著開發(fā)的深入，區(qū)域內井擬采用縫網(wǎng)壓裂的方式進行增產試驗，而分級箍較弱密封能力使其成為整個井筒的致命薄弱點，因此，急需論證一次性固井的可行性。但由于該區(qū)域井表層套管下深較淺，限制了通過承壓試驗的方式來獲取地層承壓能力來設計一次上返固井水泥漿漿柱結構。因此，采用動態(tài)承壓測試的方式對區(qū)域內井的地層承壓能力進行測試，對該區(qū)域的高效開發(fā)極為重要。

該區(qū)域內漏失最薄弱地層在接近井底處[10-12]，因此以下主要對井底處的承壓能力進行計算。表1和表2分別是延408、延437井的井身結構，表套套管鞋處破裂壓力當量密度為1.68 g/cm3，固井前承壓試驗井口承壓值為3.61 MPa，無法滿足固井要求，所以進行動態(tài)承壓試驗。動態(tài)承壓試驗是在下完套管循環(huán)2個循環(huán)周期后進行的。根據(jù)前文所述的方法，動態(tài)承壓測試和計算結果如表3、表4所示。

表1 延408井井身結構

表2 延437井井身結構

表3 延408井動態(tài)承壓試驗結果

表4 延437井動態(tài)承壓試驗結果

由表3中數(shù)據(jù)可知，延408井井底的可控承壓能力為1.442 g/cm3(當量密度)。以此為依據(jù)，設計該井施工采用常規(guī)密度+低密度的雙密度水泥漿固井，低密度水泥漿密度為1.35 g/cm3，最終該井施工順利，固井水泥漿返出井口。

由表4中數(shù)據(jù)可知，延437井的可控井底承壓能力為1.585 g/cm3(當量密度)。以此為依據(jù)，設計該井同樣采用雙密度水泥漿固井，低密度水泥漿密度為1.40 g/cm3，最終該井同樣施工順利，固井水泥漿返出井口。

以上現(xiàn)場應用可知，該方法成功解決了該區(qū)塊由于表層套管下深較淺無法在油層套管固井前進行靜態(tài)承壓試驗的難題，獲得了實際的地層承壓能力，為該區(qū)實現(xiàn)固井全封固和固井施工的安全和成功奠定了基礎。同時上述測試結果也為合理的低密度水泥漿密度設計提供了依據(jù)，最大限度地節(jié)省了低密度減輕材料，降低了固井成本。

5 結論

針對固井前無法進行常規(guī)的靜態(tài)承壓試驗或者常規(guī)靜態(tài)承壓試驗無法滿足固井要求的特殊情況，本文提出了一種動態(tài)測試方法，根據(jù)研究及現(xiàn)場應用得出以下結論：

(1)這種動態(tài)測試方法能夠解決受上層套管下深淺或者抗內壓強度不夠等限制而無法進行靜態(tài)承壓試驗的難題，在下套管后對地層的實際承壓能力進行測試，非常有效。

(2)從現(xiàn)場應用的情況來看，該方法實用性強，能夠滿足現(xiàn)場固井對地層承壓能力測試的要求，獲得的地層承壓能力值為固井設計和固井安全提供了基礎和保障。