顺南区块超高温高压双级回接固井工艺技术研究

郑杜建，代红涛，张晋凯，高剑伟

(1.中国石化石油工程技术研究院 德州大陆架石油工程技术有限公司，山东 德州 253034； 2.中国石化石油工程技术研究院，北京102008)①

顺南区块超高温高压双级回接固井工艺技术研究

郑杜建1，代红涛1，张晋凯2，高剑伟1

(1.中国石化石油工程技术研究院 德州大陆架石油工程技术有限公司，山东 德州 253034； 2.中国石化石油工程技术研究院，北京102008)①

针对顺南区块超高温、超高压井回接固井质量不理想，整体合格率低的难点，进行了双级回接固井技术措施及方案的分析。通过研制新型回接插头、优先水泥浆体系、模拟优化施工参数等措施，有效提高了双级回接固井质量，防止了气窜，保证了管串的完整性，为后期完井测试作业奠定了基础。

固井；超高温；超高压；双级回接

顺南区块位于塔里木盆地塔中I号断带下盘，顺托果勒低隆与古城墟隆起的结合部位，紧邻满加尔坳陷的新区块，平均完钻井深7 209 m，其储层属于超深、超高温、超高压；温度梯度2.87℃/100 m，地层压力系数1.2～1.9。顺南区块对于鹰山组下段储层的井先采用177.8 mm(7英寸)尾管封隔目的储层，然后再进行套管回接至井口，以提高井控处理和防H2S能力。但是，顺南区块缝洞型气藏埋藏深，压力大，气层活跃难以压稳，固井时均存在气窜现象，导致回接固井质量不理想，对后续完井测试施工作业留下了隐患。顺南区块气窜速度如图1。

图1 顺南区块气窜速度统计

2 技术难点分析

1) 顺南区块前期回接固井大部分井在500～1 000 m井段，固井CBL值在80%左右。例如，顺南4井0～700 m测井显示为自由套管，尾管回接固井质量差，直接影响到后期的完井测试作业。

2) 顺南区块尾管固井结束后先进行五开作业，钻穿目的层，然后再进行尾管回接。在五开钻进过程中，套管内壁形成泥饼层与油膜层，从而影响固井质量。

3) 该区块气层比较活跃，井筒内温度高，水泥石在该环境下强度衰减快，对水钻井液综合性能要求高。

4) 井口采用芯轴悬挂器坐挂。既要实现回接插头插入回接筒并下压一定悬重，又要保证芯轴悬挂器悬挂质量120 t的能力，所以要求回缩距计算的精确性。回接插头能否顺利进入回接筒实现有效密封，保证管串的完整性是固井的关键。

3 双级回接固井技术

3.1 回接插头优选

3.1.1 常规插头

该区块前期主要使用常规回接插头，回接插头处的固井合格率20%～40%，插头处的固井合格率有待进一步提高。常规回接插头主要由导向头、循环孔、密封组件、插头本体及接箍等组成[1]，如图2所示。

图2 常规回接插头

3.1.2 新型回接插头

优化的加长型回接插头比常规回接插头密封总成长1.4 m，密封能力与效果得到进一步提高。新型回接插头主要由导向头、密封组件、插头本体及接箍等组成，如图3所示。主要技术参数如表1。

图3 新型回接插头

本体最大外径/mmø200本体最小内径/mmø155回接插头密封压力/MPa>35回接插头插入部分外径/mmø186回接插头插入部分长度/m2．25

3.2 高效冲洗液

采用高效前置液冲洗技术，对套管内壁的泥饼及油膜进行强力冲刷，提高第一和第二界面的胶结质量。优化设计冲洗液注入量，增大其与套管内壁的接触时间[2]。

3.3 水泥浆体系优选

防气窜水泥浆体系中加入弹性材料，弹性颗粒与纳米硅灰混合后形成包裹结构，使水泥环的空间结构与力学性能得到改善，有效提高了水泥环防气窜能力，同时还增强了抗弯曲性、抗冲击性、抗衰减性。

3.4 预应力固井

可通过预应力固井技术来减小水泥环总孔隙率、提高抗压强度[3]，防止水泥环在凝固期间与套管之间产生微间隙，采用二级固井施工结束，在环空加压候凝的技术措施，提高第一界面胶结质量[4]。

3.5 流体密度差优化

在套管不居中的情况下，一定的密度差能使顶替界面更加稳定，不容易发生窜槽[5]。为了提高固井质量，施工前应对全井筒内钻井液进行降密度[6]。

4 现场应用

4.1 顺南7井基础资料

顺南7井是位于塔中北坡顺南斜坡区的一口探井，五开钻进至目的层油气上窜速度22.7 m/h。为提高井控处理和防H2S能力，保证后续的完井作业，实施套管双级回接固井施工。顺南7井井身结构如图4所示。

4.2 磨铣回接筒

1) 铣鞋接触回接筒顶部时有20 kN遇阻显示，进入回接筒里面后悬重恢复，到底后实测出回接筒顶深为5 287.85 m。

2) 开始进行磨铣回接筒作业，转速40 r/min，转矩5 000 N·m，排量1.0 m3/min，压力10 MPa。铣鞋到底后加钻压10～20 kN，磨铣3 min；重复上术步骤2次。本次旋转悬挂器的回接在国内属首次，悬挂器的顶部由于是凹凸不平的转矩块，在磨铣时应当控制钻压≤20 kN，否则容易憋停顶驱。

3) 磨铣结束后将铣鞋提出回接筒顶部后，大排量循环1周，起钻检查磨铣到位。起钻出井的铣鞋如图5所示。

图4 顺南7井井身结构示意

图5 起钻出井的铣鞋

4.3 压缩距计算

该井套管头处采用芯轴悬挂器坐挂，固井结束后既要实现喇叭口处密封，又要保证芯轴悬挂器根据坐挂要求，悬挂120 t。

4.3.1 固井前套管排开钻井液体积所受的浮力

=1.70×103×9.8×0.024 829×5 287.68=2 187.23

式中：WQ为固井前套管在钻井液中所受的浮力，kN；ρm为钻井液密度，kg/cm3；g为重力加速度；Si为第i段回接管柱的底面积，m2；Li为第i段回接管柱长度，m。

4.3.2 固井结束后套管排开流体体积所受的浮力

固井结束后环空流体的密度发生了变化，因此受到的浮力也发生了变化。

=1.90×103×9.8×0.024 829×1 039.96=480.78

式中：WW为固井后套管在尾浆中受到的浮力，kN；ρW为尾浆密度，kg/cm3；Sj为第j段回接管柱的底面积，m2；Lj为第j段回接管柱长度，m。

=1.88×103×9.8×0.024 829×656.81=300.46

式中：WL为固井后套管在领浆中受到的浮力，kN；ρL为领浆密度，kg/cm3；Sc为第c段回接管柱的底面积，m2；Lc为第c段回接管柱长度，m。

=1.80×103×9.8×0.024 829×1 872.66=820.18

式中：WG为固井后套管在隔离液中受到的浮力，kN；ρG为隔离液密度，kg/cm3；Sm为第m段回接管柱的底面积，m2；Lm为第m段回接管柱长度，m。

=1.70×103×9.8×0.024 829×1 718.25=710.75

式中：WZ为固井后套管在钻井液中受到的浮力，kN；Sn为第n段回接管柱的底面积，m2；Ln为第n段回接管柱长度，m。

固井结束环空不同密度流体所产生的浮力WH为

WH=WW+WL+WG+WZ=2 312.17 kN。

固井前后浮力变化为124.94 kN。

4.3.3 回缩距

管柱受力100 kN的伸缩量为

式中：K为接头影响系数，取0.85～0.95；L为回接管柱长度，m；E为材料弹性模量，2.059×105MPa；F为回接管柱截面积，cm2；W回接管柱承受拉伸载荷，N。

插头插入下压150 kN时：ΔL′=ΔL×1.5=0.53 m

回接时需要的回缩距为

4.4 水泥浆性能

本次回接固井施工采用双凝水泥浆设计方案。水泥浆严格控制失水和稠化时间，让水泥浆呈“直角”稠化，提高尾浆水泥石初期强度和预防第1界面产生环微间隙[7]。水泥浆稠化曲线如图6～7所示。

图6 一级领浆稠化曲线

图7 一级尾浆稠化曲线

4.5 扶正器安放

套管在井眼中的居中度越高，水泥环在套管周围分布越均匀，固井质量也就越好[8]。扶正器的优选和安装间距的优化是提高居中度的重要途径，通过数值模拟，每间隔20 m交叉安放弹性扶正器和树酯旋流扶正器，居中度可达到80%左右，居中效果非常好。如图8。

图8 居中度曲线

4.6 施工排量优化

由于封固井段较长，套管偏心会带来顶替液与水泥浆两相之间混合[9]，为提高固井顶替效率通常采用紊流顶替方式[10]。通过模拟计算，环空流体要达到紊流的流速为1.4 m/s，如图9～10。

综上所述，本次双级回接固井施工压力设计合理，易于现场施工操作。固井施工过程中浆体的量设计符合要求，固井过程没有出现真空段，替浆过程中顶替效率能达到100%。

图9 紊流速度模拟计算

图10 一级固井压力模拟计算

4.7 固井施工

一级固井注入隔离液25 m3，密度1.80 g/cm3；注领浆12 m3，平均密度1.89 g/cm3；注尾浆19 m3，平均密度1.89 g/cm3；注压塞2 m3，密度1.05 g/cm3；顶替加重钻井液28 m3，密度1.95g/cm3；顶替开孔液8 m3，密度1.05 g/cm3；顶替钻井液57 m3，密度1.70 g/cm3。顶替到量停泵，憋压插入回接插头，放回水检查插头密封良好。投重力塞自由下落，芯轴悬挂器悬挂120 t，重力塞到位憋压8 MPa打开双级箍循环孔建立循环。

二级固井注入隔离液25 m3，密度1.80 g/cm3；注领浆31 m3，平均密度1.91g/cm3；尾浆27 m3，平均密度1.90 g/cm3；注压塞2 m3，密度1.05 g/cm3；替钻井液56.5 m3，密度1.70 g/cm3。到量碰压13～21 MPa关闭双级箍，放回水检查双级箍关闭良好。二级施工结束后环空憋压10 MPa候凝。

钻塞结束后试压20 MPa，稳压30 min无压降，符合设计要求。通过CBL声幅测井解释固井质量第一界面优质井段占全井的92.8%，良好井段占全井的90.1%，界面如图11。

图11 测井CBL曲线界面

5 结语

1) 双级回接施工工艺对顺南区块的固井回接提供了设计及施工的参考依据，可进一步推广应用和优化。

2) 针对勘探开发中不断出现的新的固井工艺技术难点，需要加强超深井固完井新工具的研制，进一步提高固井质量。

3) 双凝抗高温弹塑性胶乳水泥浆体系实现了分段凝固，有效提高水泥环的韧性和强度的衰减。

4) 对于特殊固井工艺的施工，需要提前对工具选型、施工参数等进行数值模拟来指导现场施工，保证施工的顺利和连续性。

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Two Stage Tieback Cementing Technological Research for Super High Temperature and Pressure in Shunnan Block

ZHENG Dujian1，DAI Hongtao1，ZHANG Jinkai2，GAO Jianwei1

(1.ShelfoilCompanyofDezhou，PetroleumEngineeringTechnologyResearchInstitute，Sinopec，Dezhou253034，China； 2.PetroleumEngineeringTechnologyResearchInstitute，Sinopec，Beijing102008，China)

According to Shunnan Block ultra high temperature，super high tie-back cementing quality is not ideal，the overall qualified rate is only 33%of the difficulty，and the related two-stage tie-back cementing technology measures and solution analysis.Through researching a new tieback plug and priority cement slurry system，the simulation optimization of construction parameters effectively improve the two-stage tie-back cementing quality to prevent the gas channeling and ensure the integrity of the pipe string，the work laid the foundation for the late completion test.

cementing；super high temperature；super high pressure；two stage tieback

2016-10-05 基金项目：国家科技重大专项“复杂地层固井技术研究”(2011ZX05031-004-002) 作者简介：郑杜建(1985-)，男，四川达州人，工程师，主要从事石油固完井工具及工艺研究，E-mail：zdj@shelfoil.com。

1001-3482(2017)02-0069-05

TE925.2

A

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.02.016