复合顶替固井技术在硬脆性泥岩层的应用

陈福军（中国石油辽河油田公司，辽宁 盘锦 124010）

在硬脆性泥岩层发育的区块所钻井井径极不规则，易形成大段糖葫芦井眼或“大肚子”井段。井径扩大率大和井径不规则直接影响固井水泥浆的顶替效率和水泥环封固质量，同时也增加了施工风险。

1 复合顶替固井技术试验

1.1 排量设计

在井径较大段很难实现紊流顶替，如增大排量，上部小井径段环空易堵塞，泵压上升，设备难以承受。塞流适用于扩大了的井眼，实施条件：不易达到紊流顶替排量的要求；满足控制环空流速V＜0.45m/s。

对硬脆性泥岩层区块完钻井井径曲线图变化进行统计，固井施工时以保油层段固井质量为主，可在油层段进行塞流顶替，上部采用正常排量实现大部分紊流顶替。塞流顶替设计准则为环空流速限制在0.45m/s以下。

1.2 套管居中设计

利用刚性扶正器、双弓弹性扶正器综合利用，保证套管居中度在67%以上，提高顶替效率。

1.3 水泥浆流变性能设计

根据水泥浆临界返速公式，塞流：Rec=100，紊流：Rec=3470-1370n,求得

为了实现紊流—塞流复合顶替技术，要求水泥浆必须满足：

QW=（33-40l/s）情况下能实现紊流顶替；Qs=（3.3-6l/s）情况下能够实现塞流顶替。

以钻头尺寸为井眼计算，实现塞流顶替，须要保证环空返速小于0.45m/s。

当QW、Qs确定情况下,可求n值、k值。

表1 不同井径和不同排量条件下实现复合顶替水泥浆稠度系数K的要求

1.4 流体结构及性能设计

采用低粘切钻井液+紊流前置液+G33S水泥浆+BXF-200L水泥浆结构。

低粘切钻井液:固井前应适当降低泥浆的切力、粘度和密度，以增大其和水泥浆之间性能的差距，提高顶替效率。

紊流前置液:前置液达到紊流在提高固井质量上有重要作用。以满足7-IOmin接触时间,或占环空高度300m为准，原则是不会发生严重气侵或不会造成严重坍塌。

1.5 配套技术措施--增加水泥与井壁接触时间

根据井径情况，直井适当加大水泥浆附加量，定向井按100%附加量，依靠水泥浆分层次冲刷井壁。注入三段不同密度水泥浆，1.50G33S稀水泥浆+1.88G33S主浆+1.90BXF-200L尾桨，其流体流速剖面形成层层推进之势，有效提高顶替效率。

2 现场应用

2.1 硬脆性泥岩层区块钻井基本情况

封固段井径不规则，井径最大段3700-4200m，井径在300-400mm之间，最小段2400-2800m，井径在210mm左右，封固段平均井径251mm,平均扩大率17%，油层3900-4200m。

2.2 固井前钻井液性能调整

完钻时：密度1.45 g/cm3，粘度70 s，初切4 Pa，终切7 Pa，塑粘25 MPa·s，动切13 Pa；

固井前调整：密度1.44g/cm3，粘度50 s，初切2 Pa，终切3 Pa，塑粘18 MPa·s，动切5.5Pa。

以设计紊流—塞流顶替排量中的紊流排量循环至少2周以上，注入胶液，降低钻井液屈服值、塑性粘度、初终切力。

2.3 前置液和水泥浆性能

前置液：密度1.02 g/cm3，n=0.52，K=0.5 Pa.sn；

G33S稀水泥：密度1.6 g/cm3，n=0.44，K=0.87 Pa.sn，API失水75 mL；

G33S主浆：密度1.86 g/cm3，n=0.61，K=0.38Pa.sn，API失水56 mL；

BXF-200L尾浆：密度1.9 g/cm3，n=0.62，K=0.4 Pa.sn，API失水33 mL。

2.4 紊流-塞流临界顶替排量

前置液：紊流27 L/s，塞流3 L/s；

G33S稀水泥：紊流29 L/s，塞流3.2 L/s；

G33S主浆：紊流33L/s，塞流3.5 L/s；

BXF-200L尾桨：紊流35 L/s，塞流3.5 L/s。

2.5 现场施工

前置液 27 m3，水泥浆 112m3，压塞 2m3，大排量替浆 20m3，小排量替浆、碰压10 m3。

2.6 固井质量

该技术在硬脆性泥岩层区块试验应用11井次，固井质量合格率98%，优质率55%，固井中未出现任何压力异常，固井质量得到提高，施工风险得到降低。

3 结语

3.1 通过排量设计、水泥浆n、k值的调整、套管居中设计、流体结构及性能设计，以及其它技术措施，在水泥浆顶替过程中实现紊流-塞流复合顶替，井径不规则井眼固井优质率得到大幅提高，同时降低了固井施工风险；

3.2 通过复合顶替固井技术研究，提高了固井质量，减少了固井失败的补救时间和费用，同时为其它复杂区块固井提供宝贵的经验。

[1]张德润,张旭.固井液设计与应用：下册[M].北京:石油工业出版社,2000.

[2]刘崇建.油气井注水泥理论与应用[M].北京:石油工业出版社,2001.

[3]张兴国,刘崇建.水泥浆体系稳定性对水泥浆失重的重要影响[J].西南石油学院学报,2004,26(3).