多级脉冲固井振荡器在羊三木油田的试验分析

马宏州

（中国石油渤海钻探工程公司第一钻井分公司，天津 300280）

随着油田勘探开发的不断深入，在新的勘探开发形势及低油价大的市场环境下，大港油田采油六厂为开发羊三木油田，提高Y1 断块储量控制程度，提高油气产量，加快油气开发速度，对固井质量提出了严格的要求，固井技术面临新的严峻挑战。固井技术需要从基础理论、水泥浆体系、固井工具、等方面开展深入持续的研究工作，进一步提升技术创新力，解决复杂井固井问题，实现油气井全生命周期井筒密封，提升固井工程技术对勘探开发的服务保障能力。现采用新工艺运用到固井施工中，笔者从以下几方面阐述了多级脉冲固井振荡器在羊三木油田Y5-13-2 井的试验情况。

1 羊三木油田Y1 断块地质情况

羊三木油田Y1 断块所施工井，主要含油层系为明化镇和馆陶组，Y1 断块含油面积2.1km3，地质储量739.6 万t，可采储量191.4 万t，采收率25.9%。该断块油层大多在垂深1027m、1222 ～1429m，对应测深为1094.59m、1321.50～1612.82m 左右，埋藏浅含油量高，油气显示活跃。

2 羊三木油田固井质量分析

羊三木油田Y1 断块3 号丛式井平台10 余口生产井，具体固井质量见表1。可以看出Y5-12-3 井油层段固井质量差，Y5-13-2 井固井质量优质，其余井固井质量合格。

表1 该平台生产井具体固井质量统计

Y5-12-3 井 在 垂 深934-936m、988-989m、1058-1060m、1069-1070m 钻遇气层，油气显示活跃，相对于该平台其他井该井斜大（最大井斜70°），封固井段长达1821m，施工过程中存在一定的漏失风险。固井期间施工正常，顶替期间未发生漏失。声幅结果如图1 所示，油层段幅值在50%左右，固井质量较差。

图1 Y5-12-3 井CBL 声幅图

原因分析：（1）该井油气显示活跃，固井前油气上窜速度12m/h，设计泥浆密度1.18g/cm3不能够压稳油层，在候凝期间油水仍然不断的侵如井筒中，造成水泥胶结不好，固井质量差。（2）该井井斜较大，最大处井斜70°，顶替过程中压耗大，水泥浆流动性不好，不能够形成紊流，隔层的有效封隔长度达不到要求，造成固井质量差。

3 改进技术措施

3.1 试验应用多级脉冲固井振荡器

脉冲振荡固井概念：在下套管、注灰、顶替和候凝过程中，采用机械振动、液压或空气脉冲、水力冲击等手段，产生振动和水力冲击波作用于套管、钻井液和固井液来提高固井质量的一项技术。实质上是一种能量的转换，振动产生波，波可以把能量作用介质中，破坏介质的颗粒间以及分子间的结构，改变其原有的物理及化学性能，干预一些反应过程（图2）。

3.2 固井措施改进

（1）调整钻井液性能。确保井眼清洁，为顺利进行固井作业做好准备，适当降低钻井液的粘度、切力，使其利于被水泥浆顶替，可提高顶替效率。

图2 多级脉冲固井振荡器

（2）水泥浆密度调配均匀、平衡注入。通过调节水灰比控制水泥浆的密度波动，所配水泥浆性能与设计水泥浆性能存在一定的差异，不利于提高固井质量。所配水泥浆密度波动小，性能更接近设计要求，利于提高固井质量。按照设计注水泥的排量，在注入过程中压稳地层流体而不压漏薄弱地层，可防止地层流体环空窜槽和井漏。平衡注水泥，能够确保水泥浆的返高、水泥浆的流速流态，并提高固井质量。

（3）提高顶替效率。优质、完整的水泥环是获得优质固井质量和层间封隔效果的重要前提，顶替效率不高，可直接降低水泥环的层间封隔质量。套管居中，合理的顶替流速、流态，合理的上下、旋转活动套管，振动固井等，均有利于提高顶替效率。

（4）候凝过程中压稳地层。如在候凝过程中不能压稳地层流体，地层流体将侵入环空，破坏水泥浆柱的完整性，使其无法形成优质的水泥环而导致环空流窜。可通过多种压稳措施如环空憋压、多级注水泥、振动固井等，消除始终进而压稳。

4 现场试验

4.1 试验井基本情况

Y5-13-2 井为一口二开三段制定向井，完钻层位：馆陶组，完钻井深1668m。最大井斜角为48.5°，最大井斜处井深为1557.7m，完钻密度1.18g/cm3。本井在钻进中油气显示活跃，最高全烃值40%，主要成分甲烷含量76.2%以上，固井前油气上窜速度10m/h（满足固井前油气上窜速度＜15m/h 的基本准则）。本井油顶深度886m，油底1635m。

4.2 多级脉冲固井振荡器的使用工艺

（1）连接方式如图3，按设计连接：浮鞋+短套管+多级脉冲固井振荡器+短套管(可接可不接)+浮箍+套管至井口。

图3 多级脉冲振荡器连接方式

（2）下钻过程中套管内所灌入的钻井液含砂小于0.5%，避免钻井液中有害固相大量沉淀，造成下部多级固井振荡器内部结构砂堵失效。

（3）油层套管管串下到底后，首先使用优质钻井液灌满内环空，再平缓开泵，预计附加压力1 ～2MPa 可建立循环，将开泵钻井液循环动能转化为柔性脉冲旋流波的能量，不对井壁井眼构成额外压差。

（4）以正常程序固井：循环→打前置液→固井碰压→侯凝→声幅质量测井（CBL）→套管内试验→曲线解释→交井，不改变固井程序和工艺。

4.3 现场试验

Y5-13-2 井完钻井深1668m，要求水泥返高800m，封固井段长达868m，施工过程中存在一定的漏失风险。在下套管的管串中加入脉冲振荡器，连接位置：浮鞋+套管+多级脉冲固井振荡器+浮箍+套管至井口。

固井期间用水泥车注入领浆17.8m3，水泥浆密度1.65g/cm3,尾浆21.2cm3，水泥浆密度1.9g/cm3,排量为1 ～1.2m3/min。用水泥车压入压塞液2m3，排量为0.4 ～0.6m3/min。用大泵替泥浆13m3，排量为2 ～2.1m3/min。用水泥车替清水4.15m3至碰压，排量为0.4 ～0.6m3/min。胶塞相碰压力18MPa。

4.4 试验结果与分析

根据CBL 和VDL 值分析（图4），Y5-13-2 井整体幅值在20%左右，油层井段幅值在10%以内水泥胶结质量优质。

图4 Y5-13-2 井油层段声幅图

成功因素分析：（1）Y5-13-2 井在套管的管串中（浮箍浮鞋之间），加入多级脉冲固井振荡。由图4 可以看出越是靠近振荡器位置水泥胶结越好，幅值基本在10%以内。（2）井壁的质量好，固井时顶替效率高，水泥浆在顶替过程中形成有效紊流，固井质量优质。

5 结语

5.1 脉冲振荡波对固井影响

（1）固井作用体现在保护套管和层间封固2 方面。

（2）脉冲振动对水泥浆性能影响：①脉冲振动能提高水泥石强度；②振动降低钻井液粘度提高固井顶替效率；③振动增加界面的胶结强度；④振动可以缩短水泥浆的候凝时间。

5.2 常见技术的局限性

（1）波强度和频率受限：脉冲振荡固井的实质是波能量的传递和转化，目前一些措施波频不宽，波幅不高、衰减快，试验分析知道一定的频率对应一定的作用，波的强度达不到能量小也达不到理想效果。

（2）时段局限：有些措施不能覆盖洗井、替浆、初凝这三个关键过程，忽视了洗井和替浆过程对固井质量的影响。

（3）一些措施实施工艺烦琐。部分需要增加设备和工作量，施加的措施影响因素多、效果不确定。