川西地区超深井注水泥塞技术实践

王德坤

中国石油川庆钻探工程有限公司井下作业公司固井公司

0 引言

近年来随着川西地区勘探开发力度加大，钻井复杂情况越来越多，特别是进入深部地层发生压差性井漏，损失大量钻井液，甚至花数十天都依然无法处理。后期通过实践发现注水泥塞作业能够有效解决井漏、垮塌等井下复杂，并取得良好效果。但由于注水泥塞作业具有偶发性，在固井施工中常被划入“零星作业”，不被重视，若措施不当，往往在作业后不能形成有效的水泥塞，严重者还可能造成“高塞”或“插旗杆”事故，让本身复杂的井筒变得更加复杂化。尤其是超深井注水泥塞作业更须高度重视，并根据井下情况、注塞目的来确定注塞作业方案、水泥浆浆体、地面施工方案，实现安全有效作业。而川西地区近几年在双鱼石、双探、九龙山及平落坝等构造的超深井井段挤注水泥塞作业不断增多，仅2019年至今，超过6 000 m的深部注水泥塞作业就达30余井次，具有很高的风险和挑战性,高温高压超深井中的小井眼复杂井段的注水泥技术就显得尤为重要。

1 超深井注水泥塞关键配套技术

川西区域超深井注水泥塞中钻井液污染、冲洗、升温快、流阻大、压差大及失水等一系列问题非常突出。现场作业时，下列措施成为目前现场应用的关键配套技术。

1.1 基础资料收集

充分了解注水泥塞的目的、封固井段、钻井液体系及性能、油气水显示、上窜速度、漏层及漏失情况、复杂地层、井身结构、注水泥塞钻具组合、钻井队设备、循环参数等情况，为方案设计提供准确依据[1]。

1.2 注水泥方式优选

根据注水泥塞目的并结合井下情况，选择合理的注水泥塞方式，目前平衡注塞法在川西地区运用较多。

1.3 注水泥塞设计

(1)水泥浆量设计。在保证安全的情况下适量增大水泥浆用量，以弥补计量不准确和混浆对水泥石强度的影响。

(2)认真进行压力平衡计算。对平衡水泥塞而言，原则上要保证替浆结束后钻具(或油管)内液柱压力略高于环空液柱压力，井内液柱压力略高于施工前液柱压力。

(3)HSE要求。针对健康、安全、环保等要求，提出具体措施。

(4)井控措施设计。分别给出注水泥塞前、注水泥塞过程中、候凝期间的井控要求及措施。

1.4 水泥浆体系优化

目前川西地区以抗高温防窜水泥浆体系为主，对超深井小钻具水泥塞而言，水泥浆不仅具有低失水、析水等优点外，还需具有良好流动性、沉降稳定性，防止起钻时水泥浆在小钻具内不下滑，同时还要防止出现只考虑施工安全而忽视注塞效果的情况，擅自加大高温缓凝剂的用量，导致水泥浆超缓凝[4]。川西区域深井水泥塞典型井水泥浆配方见表1所示。

表1 川西区域深井水泥塞典型井水泥浆配方选择

1.5 相容性

根据水泥浆与钻井液的相容性设计隔离液，隔离液在满足“三压稳”原则下，能有效相容，满足施工安全要求，即在水泥浆∶钻井液∶隔离液=7∶2∶1情况下稠化时间≥注替到位时间+钻具起钻至安全面的时间[2]。

1.6 井眼准备

循环必须充分有效，确保排除后效且由专人监测进出口钻井液密度，差值小于0.02 g/cm3，观察停泵后压力情况，若不能回零，要继续关注回吐量；施工前核对并记录钻具上提下放悬重、扭矩等参数。

1.7 设备准备

根据设计计算的施工预计最高压力，选择满足与作业要求相匹配水马力的施工装备；如ST6井因计算施工压力预计高达42 MPa，井队泥浆泵无法满足顶替要求，改用压裂车辅助作业[2]。

1.8 施工准备

采用批混的方式配注;计量方式采用仪表+人工计量+压力变化+泵冲四种方式相结合对比计量，以人工计量为基础，施工前排除影响人工计量的干扰因素;特殊要求的注水泥塞现场管汇链接采用“Y”字型连接并上双流管计量;施工前按设计流程模拟流体在注替过程压力变化趋势[3-4]。

1.9 现场应急处理

超深井施工人员要提高现场应急处理能力，施工前做好施工中出现异常情况的应急预案，并做好应急技术交底，施工时根据情况灵活、果断处理[1]。

1.10 候凝监控

替浆结束到位后，迅速则将管柱起到安全位置并循环洗井一周以上，洗井结束后再上提一柱(30 m左右)候凝。候凝过程，确保压稳以及候凝时间达到实验要求方可探钻水泥塞[5]。

2 ST6井水泥塞施工实践

本井为四川盆地双鱼石～河湾场构造布置的一口滚动评价井，完钻井深8 305 m(层位:栖霞组)。井筒内为Ø127 mm尾管×(5 468.90～8 305.00 m)+(Ø177.80 mm～193.68 mm)油层套管×(0～5 468.90 m),钻井液性能:密度2.00 g/cm3，黏度67 s。为上部井段试油创造条件，在7 863～8 224 m井段有11段射孔井段进行封堵。准备在井段7 784～7 600 m注水泥塞。

2.1 施工难点

2.1.1 施工泵压高

典型的超深井、小钻具，加之钻井液和水泥浆密度高、粘切力高，循环摩阻大，施工前：7 L/s，泵压28 MPa，且浆体触变性强，停泵后仍有5 MPa，施工风险大，主要表现：本井Ø127 mm套管段长，前置液及后置液入井后注替泵压高，井队的泥浆泵工作能力不能满足替浆42 MPa的高泵压要求；钻井液结构力大，导致替浆到位后起钻速度慢，增加钻具在高温井段的风险。再次开泵顶通建立循环困难，在钻具起钻到水泥塞面，因钻具内残留的水泥浆和钻井液因静止时间长，导致开泵循环需要较高的推动力。

2.1.2 起钻困难

钻井液和水泥浆的粘切力高，循环摩阻大，水泥浆浆体触变性强，注入的水泥浆在套管内的高度长，拔出钻杆的摩阻和抽汲力大，拔出钻杆困难。

2.1.3 水泥浆量少

理论水泥塞量1.63 m3，与钻井液混窜后难以形成有效水泥塞，为确保水泥浆一次性有效成塞，综合考虑，计划注入4 m3水泥浆，水泥浆在高温下良好性能极为重要[5]。

2.2 注塞前期准备

钻具组合：Ø95 mm铣齿×0.52 m+2A11×DS26转换接头0.36+Ø73 mm钻杆2 388.29 m+DS26×310转换接头0.83 m+Ø88.9 mm钻杆5 394 m=7 784 m。

隔离液配方：50%井浆+40%清水+重晶石+SD80+SD210，密度：2.00 g/cm3。

水泥浆性能及试验情况见表2和表3所示。

表2 ST6井水泥浆试验条件

表3 ST6井试验性能参数

2.3 施工技术措施

(1)光钻具下到油管切割点循环后，采用平衡法方式进行注塞。

(2)施工前循环2周，充分破除钻井液结构力，确保进出口钻井液密度差小于0.02 g/cm3。

(3)记录注塞钻具在上提、静止、下放、循环四种工况下悬重。

(4)水泥浆为加砂加重高温防窜水泥浆体系，设计密度2.05 g/cm3。

(5)施工时间320 min,设计水泥浆稠化时间360～390 min，实际水泥浆稠化时间388 min。

(6)钻井液与水泥浆直接接触稠化时间仅仅57 min/40Bc，为满足施工安全作业要求，采用隔离液加冲洗液解决钻井液与水泥浆相容性问题。设计隔离液密度与钻井液密度一致，数量：前10 m3，后5 m3，冲洗液(前1.0 m3，后0.5 m3)，并按中石油川庆钻探固井技术规范中尾管固井作业的要求完成全套相容性试验。

(7)总有效水泥浆量4.0 m3，多余水泥浆采用反循环返出井口。

(8)顶替到位水泥浆管内比管外高50 m。

(9)采用批混方式配注水泥浆，确保水泥浆性能与设计一致。

(10)采用压裂车执行顶替隔离液及钻井液，同时在起钻至安全井段后压裂车完成反循环洗出多余水泥浆。

2.4 探塞情况

水泥塞顶界7 573.5 m，探塞钻压3 t，满足设计要求，注塞成功。

3 结束语

(1)超深井注水泥塞施工作业的难度和风险很高，应从思想上高度重视，要从施工组织准备、施工过程、后续作业几个阶段严格把关，实现施工安全和确保水泥塞质量。

(2)必须准确掌握井下情况，精准施策。

(3)提前做好施工预案，提高施工及指挥人员超深井水泥塞作业的应急处理能力，施工时出现异常情况能快速果断处理。