摘" " 要：伴隨密集叢式井布井的日益深入，埕海一區(qū)大位移水平井?311.1 mm井眼裸眼段長度、水平位移、穩(wěn)斜角度不斷增加。受淺地層井眼擴(kuò)大、易漏失，大井斜套管不易居中、井眼不規(guī)則，長封固段施工時間長、易竄槽等多個因素的綜合影響，致使?244.5 mm套管固井質(zhì)量難以保障。通過對制約因素和提升方向進(jìn)行分析，針對性采取提高頂部低密度水泥強(qiáng)度、使用防竄增韌水泥漿技術(shù)和可固化隔離液技術(shù)、開展居中度設(shè)計(jì)優(yōu)化等固井工藝優(yōu)化措施，成功解決了套管不易居中、頂替效率低、頂部水泥早期強(qiáng)度發(fā)展慢等技術(shù)難點(diǎn)?，F(xiàn)場連續(xù)應(yīng)用固井工藝優(yōu)化措施2井次，固井合格率較優(yōu)化前提升20%，固井質(zhì)量明顯改善，可為埕海區(qū)塊油氣勘探開發(fā)提供有力技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：大位移井；固井；低密度水泥漿；居中度；頂替效率

Cementing technology and application of extended reach horizontal well in"Chenghai block

SHEN Yayun1， WEI Bowen2

1. CNPC Tianjin Bo-Xing Engineering Science amp; Technology Company Limited， Tianjin 300451， China

2. Drilling Branch of CNPC Offshore Engineering Company Limited， Tianjin 300451， China

Abstract：With the development of dense cluster well deployment， in an open hole section of extended reach horizontal well with a borehole diameter of 311.1 mm in Chenghai District 1， open well length， horizontal displacement， and hold angle were constantly increasing. Due to various factors including expanded and easy-to-leak borehole in shallow strata， difficult standoff of large inclination casing， irregular borehole， time-consuming construction of long sealing sections， and easy-to-occur channeling， it was difficult to guarantee the cementation quality of casing with a diameter of 244.5 mm. By analyzing constraints and improvement directions， targeted cementing process optimization methods were carried out： strength improvement of low-density cement at the top， employment of toughening and anti-channeling cement slurry technology and solidifiable spacer fluid technology， as well as casing standoff optimization design. Technical difficulties such as difficult casing standoff， low top displacement efficiency， and slow early strength development of top cement were successfully solved. Cementing qualification rate was increased by 20% compared to that before application， and cementing quality was significantly improved， providing strong technical support for oil and gas exploration and development in Chenghai Block.

Keywords：extended reach well; cementing; low density cement slurry; casing standoff; displacement efficiency

埕海一區(qū)是大港油田海上開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)塊，位于渤海灣西部，主要開發(fā)沙一段和館陶組油藏，埋深淺（1 400 m），依托埕海1-1平臺進(jìn)行開發(fā)，井型主要為大斜度井、水平井。為滿足穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)需求，井位布置趨向邊遠(yuǎn)砂體、邊際油藏，大位移井?dāng)?shù)量逐年增加[1]。目前最大施工井深為4 473 m（XA井），對應(yīng)水平位移3 775 m、水垂比2.73。井身結(jié)構(gòu)受海上井口條件的制約，?311.1 mm裸眼長度及水平位移不斷加大，?244.5 mm套管固井難度日益突出。

如圖1所示，區(qū)塊主要為三開井身結(jié)構(gòu)，二開導(dǎo)向工具鉆進(jìn)，前段大角度穩(wěn)斜（60°～80°），使用海水坂土漿鉆進(jìn)至2 000 m左右，而后替換鉀鹽聚合物鉆井液；底部二次增斜（至90°）、扭方位，鉆穿館陶組底部厚水層及25 m泥巖層后，入窗進(jìn)入油層，下入?244.5 mm套管。如圖2所示，近兩年單井二開平均井深、水平位移增幅較大，通井、套管下入難度增加，井眼擴(kuò)大率增加5%，固井合格率下降14.4%，油、水層及隔層封固質(zhì)量有待提高。

1" " ?244.5 mm套管固井難點(diǎn)與改進(jìn)方向分析

1.1" " 固井難點(diǎn)分析

1）易漏失。裸眼位移大，且穿越不整合面、斷層、松散、高滲透等復(fù)雜井段較多，館陶組含礫不等粒砂巖膠結(jié)疏松，滲透性強(qiáng)，地層承壓能力低，按作業(yè)要求水泥漿需一次上返，封固段長3 000～4 000 m，環(huán)空液柱壓力大。

2）頂替效率低。井斜角大，水平位移大，套管不易居中，偏心環(huán)空流體竄槽，摻混段長，頂替效率差；井眼不規(guī)則，造斜段易形成橢圓形井眼、“大肚子”井眼，有害固相易沉積井眼低邊，影響膠結(jié)質(zhì)量。如圖3、圖4所示。

3）油水竄風(fēng)險(xiǎn)高。館陶組存在多套大段水層，砂巖具有高孔、高滲特性，相距井底油層較近，固井及候凝期間有油水竄風(fēng)險(xiǎn)。

4）大井眼、長封固段。上部地層井眼泥質(zhì)含量高，易造漿，井眼大，進(jìn)一步影響居中度、頂替效率，增加鉆井液滯留風(fēng)險(xiǎn)，套管窄邊摻混增強(qiáng)，如圖5所示。注替量高達(dá)230 m3，稠化時間長，頂部強(qiáng)度發(fā)展較慢，頂部質(zhì)量不佳；頂替效率差，影響底部水層封固質(zhì)量，如圖6所示。

1.2" " 制約因素與改進(jìn)方向

基于淺地層防漏及井底油水層封固的雙重考慮，區(qū)塊水泥漿結(jié)構(gòu)采用1.50 g/cm3低密度領(lǐng)漿+1.90 g/cm3常規(guī)密度尾漿，存在的主要問題是：第一，低密度水泥漿封固質(zhì)量下降，主要在套管重疊段，因頂部低溫，水泥漿水化反應(yīng)較慢，影響強(qiáng)度增長速度；第二，含礫不等粒砂巖膠結(jié)疏松，部分水層與隔層封固不好，膠結(jié)質(zhì)量較差；第三，部分井段頂替效率不高，水泥漿與鉆井液發(fā)生摻混影響固井質(zhì)量。

前期施工井大位移特點(diǎn)不明顯，且受淺地層巖性不穩(wěn)定影響，需平衡套管下入風(fēng)險(xiǎn)，扶正器使用種類單一，且加量較少。近期XA井、XB井水平位移增長較高，原扶正器設(shè)計(jì)方案在實(shí)際應(yīng)用時居中度較差，由于窄邊滯留嚴(yán)重，無法通過調(diào)整水泥漿流變性提高頂替效率[2]。所以在水平位移逐漸增大、套管下入難度增加的同時，合理調(diào)整扶正器類型，并增加其加放數(shù)量，提高套管居中度最為關(guān)鍵。

因大位移井套管居中度提升相對困難，提高頂替效率還需漿柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化、漿體流變設(shè)計(jì)優(yōu)化、頂替設(shè)計(jì)優(yōu)化等多方面措施共同配合，以期實(shí)現(xiàn)綜合提升。

2" " 固井工作液設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1" " 提高低密度領(lǐng)漿頂部早期強(qiáng)度

提高水泥石早期強(qiáng)度的途徑主要有兩個方面，一是選取適用的早強(qiáng)劑，主要分為無機(jī)鹽類、有機(jī)物類和復(fù)合型三類，通過加速水泥熟料礦物的凝結(jié)與硬化，提高水泥石早期強(qiáng)度；二是選取適用的增強(qiáng)材料，整體提升水泥石膠結(jié)強(qiáng)度[3]。納米基低密度水泥漿體系具有成本低、耐壓能力強(qiáng)、抗壓強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)[4]，前期在埕海區(qū)塊應(yīng)用效果良好?，F(xiàn)以1.50 g/cm3納米基低密度水泥漿為基礎(chǔ)，選用以下4種材料進(jìn)行頂部水泥石早期強(qiáng)度評價(jià)。

1#材料，微硅屬于膠凝材料，其主要成分為介態(tài)的SiO2，粒徑較?。?.1～0.2 μm）、比表面積大、具有較高的反應(yīng)活性，水化早期和低溫條件下促水化作用明顯，可提高水泥石的早期強(qiáng)度和膠結(jié)強(qiáng)度。

2#材料，空心玻璃微珠（粒徑40～200 μm，比水泥粒徑大3～4倍），質(zhì)輕，耐壓高，可降低水灰比，經(jīng)過合理級配，達(dá)到緊密堆積，改善水泥石的空隙結(jié)構(gòu)，提高水泥石強(qiáng)度。

3#材料，BCA-210S為有機(jī)鹽類，采用其配制的水泥漿體系具有低溫促凝效果，適用于低溫、低密度條件。

4#材料，CA909S是一種有機(jī)鹽和無機(jī)鹽復(fù)合的促凝早強(qiáng)劑，可縮短低密度水泥漿在低溫下的候凝時間，提高水泥石早期強(qiáng)度。

由表1可知，BCA-210S對當(dāng)前井溫早期強(qiáng)度無增強(qiáng)作用，微硅有增強(qiáng)效果，但使水泥漿中固相顆粒增加，加大對自由水的吸附，流變難以控制。微珠和CA909S增強(qiáng)效果較好，添加3%微珠與添加3%CA909S試驗(yàn)組48 h抗壓強(qiáng)度均可提高57%；但微珠降密度作用明顯，需同步減水，使流動性變差[5-7]，需增加減阻劑的加量。微珠價(jià)格較高且減阻劑加量大，考慮到其綜合成本較高，因此不采用。CA909S有明顯的促凝作用，強(qiáng)度增強(qiáng)效果好，調(diào)節(jié)稠化時間需相應(yīng)增加緩凝劑的加量，經(jīng)綜合對比選用3%CA909S加量。

除此之外，選用對水泥石早期強(qiáng)度影響較小且適用于中低溫條件的減阻劑BCD-200L，改善領(lǐng)漿流變性，提高頂替效率，并加入膨脹劑BCP-1S，可以補(bǔ)償水泥漿固結(jié)時的體積收縮，提高水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量。

2.2" " 尾漿優(yōu)選防竄增韌水泥漿

館陶組含礫不等粒砂巖孔隙度好、滲透率高、膠結(jié)疏松，對水泥石界面膠結(jié)和力學(xué)性能要求較高。為此，優(yōu)化常規(guī)密度尾漿性能，使用防竄增韌水泥漿技術(shù)，主劑增韌劑為兩親聚合物BCE-310S和防竄劑BCG-200L，并加入晶格類膨脹劑BCP-1S，體系具有防竄、增韌、微膨脹、低失水等多種性能，可改善水泥環(huán)與套管、地層的膠結(jié)狀況，增強(qiáng)疏松巖性地層界面膠結(jié)，有效應(yīng)對層間竄流問題。該漿體基礎(chǔ)性能好（見表2），靜膠凝過渡時間短，強(qiáng)度發(fā)展較快，力學(xué)性能好，與普通水泥石相比，其楊氏模量大幅降低，見圖7。

2.3" " 優(yōu)選可固化隔離液改善混漿膠結(jié)強(qiáng)度

可固化隔離液的技術(shù)原理為，材料成分是一種復(fù)合活性凝膠材料，在界面處與水泥漿發(fā)生水化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)膠結(jié)固化，無需額外激活劑。該可固化隔離液對于“S”形井段、“大肚子”井段、“糖葫蘆”井段等不規(guī)則井眼處，由于鉆井液頂替效率差、窩存鉆井液而導(dǎo)致出現(xiàn)的混漿問題，其改善效果顯著。

可固化隔離液的性能優(yōu)于普通隔離液，其摻混水泥的比例越高膠結(jié)強(qiáng)度越好，如表3所示。當(dāng)水泥漿：前置液：鉆井液=2：2：1時，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)3.9 MPa，實(shí)現(xiàn)了三種混合流體的整體固化膠結(jié)（見圖8），使套管壁-水泥環(huán)-地層的界面能夠很好地固結(jié)在一起。鉆井液、隔離液與水泥漿的不同比例混合，流變相容性良好，稠化時間無縮短，滿足施工安全要求。

3" " 固井工藝措施改進(jìn)

3.1" " 居中度設(shè)計(jì)

優(yōu)化措施主要為三個方面：一是優(yōu)化扶正器選型，具有降摩阻效果，不影響套管下入[8]；二是扶正器數(shù)量要加足，兼之優(yōu)化加放方式，保證扶正器在井下有良好的居中效果；三是優(yōu)化鉆井、通井措施，給套管串下入提供良好的井眼條件。

扶正器具體設(shè)計(jì)見表4，裸眼段主要加放整體式斜條和半剛性扶正器，主要原因?yàn)椋浩湟?，剛性扶正器在軟地層易產(chǎn)生“雪犁”效應(yīng)，破壞井壁，增加阻力[9]；整體式直條易隨套管受力被壓嵌入井眼低邊凹槽內(nèi)，失去扶正效果；其二，整體式斜條和半剛性扶正器在重力作用下，產(chǎn)生橫向扭矩分力，其在不規(guī)則井眼段的居中效果更好，且隨套管的下入，會發(fā)生一定程度的旋轉(zhuǎn)，從而減輕下入阻力；其三，整體式斜條和半剛性扶正器其扶正條都對環(huán)空流體產(chǎn)生旋流效果，可進(jìn)一步提高頂替效率。

經(jīng)過探索與優(yōu)化，扶正器加放由重點(diǎn)層位1根1加、其余2根1加提升至基本全井1根1加，套管下入無不良影響（見表5），固井質(zhì)量明顯改善。

3.2" " 環(huán)空漿柱結(jié)構(gòu)

前置液設(shè)計(jì)：占環(huán)空高度500 m高效沖洗液+500 m可固化隔離液。沖洗液以BCS-110L為主劑，具有較強(qiáng)的滲透作用，易達(dá)到紊流流態(tài)，可有效剝蝕、清除井壁與套管壁上黏附的虛泥餅和潤滑劑。前置液環(huán)空紊流接觸時間＞10 min，提升對井眼的沖洗及清潔效果。

水泥漿柱設(shè)計(jì)：高強(qiáng)低密度領(lǐng)漿+防竄增韌尾漿。尾漿封固油層及以上500 m，保證油水層間有效封隔，剩余井段使用低密度水泥填充，降低環(huán)空漏失風(fēng)險(xiǎn)。對于漿柱結(jié)構(gòu)形成密度極差的井段，避免發(fā)生重力置換形成混漿。流變呈梯度依次變化，可減小頂替界面長度，逐級提高壁面切力，實(shí)現(xiàn)有效驅(qū)替。

3.3" " 頂替設(shè)計(jì)

海水頂替，相對增加套管串浮力，減輕水平段套管貼邊程度。優(yōu)化上膠塞結(jié)構(gòu)，加長上塞長度，葉翼數(shù)量由常規(guī)的4道增加到6道（如圖9所示），增大膠塞葉翼與套管內(nèi)壁的摩擦，提高長行程頂替的刮壁效果和碰壓可靠性。

對比多種固井軟件驅(qū)替模型理論，在保證井下安全的前提下，優(yōu)化高返速頂替在總頂替量中的占比：頂替前期采用3.8～4.0 m3/min大排量，高返速頂替追趕（環(huán)空返速1.2 m/s），后期以1.0 m3/min排量塞流慢替，兼顧頂替效率與降低漏失風(fēng)險(xiǎn)。井眼以15%鉆頭擴(kuò)大進(jìn)行模擬，注替過程中環(huán)空動態(tài)壓力小于地層破裂壓力，頂替效率較高，鉆井液滯留較少，如圖10所示。

3.4" " 其他措施

通井：在處理井眼通暢的同時，避免破壞、擴(kuò)大井眼，保證井眼清潔。通井鉆具采用領(lǐng)眼鉆頭+近鉆頭扶正器，搭配巖屑床清除鉆具，用于在拉力異常或下放遇阻井段，進(jìn)行劃眼、循環(huán)處理，遇阻下壓不超過100 kN，無法通過，則開排量120 spm/160 spm（spm是每分鐘泵沖數(shù)，表示每分鐘活塞或柱塞的往復(fù)次數(shù)）。下沖，或加40 r/min劃眼處理；通過連續(xù)遇阻井段，210 spm、100 r/min倒劃一遍。大排量高返速+頂驅(qū)高轉(zhuǎn)速相結(jié)合，劃眼1遍后，提排量至220 spm，轉(zhuǎn)速130 r/min，上下調(diào)整立柱活動鉆具，循環(huán)清潔井眼，改善環(huán)空鉆井液流態(tài)，清除有害固相。

下套管：根據(jù)下套管摩阻預(yù)測，合理確定漂浮接箍加放位置[10]。套管下入工序銜接連貫，避免因停滯導(dǎo)致黏卡，必要時可上下活動。同時控制下放速度≤30 s/根，避免激動壓力過大壓漏地層。

固井循環(huán)：以3.8～4.0 m3/min大排量充分循環(huán)，清除井內(nèi)巖屑，并調(diào)整鉆井液性能，在井眼安全的前提下，降黏、降切，使動切力YP＜5 Pa，塑性黏度PV處于10～20 mPa?s，初切/終切≤2/6 Pa，漏斗黏度≤45 s。

候凝：生產(chǎn)平臺及鄰井在產(chǎn)，為防止地層水發(fā)生竄流，環(huán)空憋壓候凝12 h，總候凝時間應(yīng)不少于48 h。

3.5" " 現(xiàn)場應(yīng)用情況

目前，埕海大位移井固井技術(shù)已連續(xù)應(yīng)用于XC和XD兩口井，現(xiàn)場施工順利，各項(xiàng)技術(shù)措施提升固井質(zhì)量的效果明顯。

首先，解決了裸眼段套管貼邊問題，套管居中度得到大幅提升，頂替效率得到改善，如圖11所示。

其次，低密度領(lǐng)漿頂部強(qiáng)度大幅提高，防竄增韌水泥漿有效改善油水層封固效果，可固化隔離液提高了混漿的強(qiáng)度，封固段質(zhì)量整體較好，如圖12所示。

兩口井平均固井合格率92%，較前兩口井固井合格率提升30%。綜合比較，套管扶正器加放數(shù)量與套管居中度均有大幅提升，說明頂替效率的改善與固井質(zhì)量提高明顯相關(guān)，如圖13所示。

4" " 結(jié)束語

1）水泥漿在海洋低溫環(huán)境需具備較好的早期強(qiáng)度，通過對納米基低密度水泥優(yōu)選適用的早強(qiáng)劑，大幅提高頂部水泥漿硬化體的早期強(qiáng)度，應(yīng)用效果較好，套管重疊段質(zhì)量得到大幅改善。

2）已完工井水層封固良好，后期生產(chǎn)正常。說明防竄增韌水泥漿出色發(fā)揮其較好的封堵性和膠結(jié)能力，對館陶組砂礫巖和水層有較好的環(huán)空封固效果。

3）大位移井頂替效率低的主要原因是由于套管偏心導(dǎo)致環(huán)空竄流與井眼不規(guī)則，無法達(dá)到有效充填。通過提高套管居中度，再輔以可固化隔離液技術(shù)、漿柱結(jié)構(gòu)、頂替設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的優(yōu)化，較好地提高了大位移井固井頂替效率，提高了充填效果，增強(qiáng)了界面膠結(jié)，進(jìn)而有效提升了大位移井固井質(zhì)量。

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作者簡介：

申亞運(yùn)（1990—），男，河北邯鄲人，工程師，2017年畢業(yè)于天津工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化專業(yè)，現(xiàn)在主要從事石油天然氣固井技術(shù)研究工作。Email：shenyy01@cnpc.com.cn

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