陳 彬 (長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023；中海油深圳分公司，廣東 深圳 518067)

劉良華 (中石油冀東油田公司陸上采油廠，河北 唐山 063200)

擠水泥作業(yè)設(shè)計(jì)及軟件開發(fā)

陳 彬 (長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023；中海油深圳分公司，廣東 深圳 518067)

劉良華 (中石油冀東油田公司陸上采油廠，河北 唐山 063200)

在石油天然氣井固完井過程中，對(duì)于封堵炮眼、封堵套管泄漏、封堵地層漏失以及補(bǔ)注水泥，通常需要進(jìn)行擠水泥作業(yè)，然而其設(shè)計(jì)是否合理直接影響作業(yè)成敗和封固質(zhì)量。因此，對(duì)擠水泥作業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)研究，并開發(fā)相應(yīng)的擠水泥設(shè)計(jì)軟件具有重要的實(shí)際意義。對(duì)擠水泥工藝選擇、擠水泥流體性能設(shè)計(jì)、用量設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究，并開發(fā)了擠水泥設(shè)計(jì)軟件，結(jié)合一口井進(jìn)行擠水泥設(shè)計(jì)，結(jié)果滿足工程要求，達(dá)到了安全擠水泥的目的，對(duì)于科學(xué)指導(dǎo)擠水泥作業(yè)施工具有一定的指導(dǎo)意義。

擠水泥；流體性能；流體用量；施工；軟件開發(fā)

擠水泥是利用液體壓力擠壓水泥漿，使之進(jìn)入環(huán)空需要封固的井段或地層裂縫與孔隙，或用于封堵炮眼、封堵套管泄漏和封堵地層漏失等，以達(dá)到封隔油氣層的目的。如果管外有漏失層和高滲透層，擠入壓力低于地層破裂壓力時(shí)即可將水泥擠入，稱為低壓擠水泥，其特點(diǎn)是所施加壓力使脫水水泥漿在炮眼以及可能存在的孔道和裂縫處形成水泥濾餅而進(jìn)行封堵。如果擠入壓力高于地層破裂壓力才能將水泥擠入，稱為高壓擠水泥，是將地層壓裂后進(jìn)入炮眼以及可能存在的孔道和裂縫進(jìn)行封堵。擠水泥設(shè)計(jì)合理與否直接影響作業(yè)成敗和封固質(zhì)量，因此，對(duì)擠水泥作業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)研究，并開發(fā)相應(yīng)的擠水泥設(shè)計(jì)軟件具有重要的實(shí)際意義。

1 擠水泥工藝

在石油天然氣井固井過程中擠水泥工藝有以下3種：

1.1井口法擠水泥

井口法擠水泥是將鉆桿或油管下至預(yù)定井深，泵入一定量的水泥漿和替鉆井液，然后把管柱提出水泥面，循環(huán)出多余的水泥漿，關(guān)閉井口，從管柱水眼內(nèi)擠入一定量的鉆井液，從而達(dá)到把水泥漿擠入地層封隔油氣水層(或封堵炮眼、封堵套管泄漏、封堵地層漏失)的目的[1]。

1.2封隔器法擠水泥

用油管或鉆桿把封隔器下至預(yù)定井深，泵入一定量的水泥漿和替鉆井液，然后把管柱提出水泥面，循環(huán)出多余的水泥漿，坐封封隔器，從管柱水眼內(nèi)擠入一定量的鉆井液，從而達(dá)到把水泥漿擠入地層封隔油氣水層(或封堵炮眼、封堵套管泄漏、封堵地層漏失)的目的。

1.3承留器法擠水泥

用鉆桿或油管將水泥承留器下至擠水泥目的層頂部，從管柱水眼內(nèi)直接擠水泥，從而達(dá)到把水泥漿擠入地層封隔油氣水層(或封堵炮眼、封堵套管泄漏、封堵地層漏失)的目的。

上述3種擠水泥工藝中，井口法擠水泥操作工藝簡(jiǎn)單，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較為廣泛，下面以井口法擠水泥工藝為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 擠水泥設(shè)計(jì)

2.1流體性能設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)擠水泥作業(yè)流體性能時(shí)，必須按照井下溫度與壓力做水泥漿化驗(yàn)，以確定藥品種類和加量。設(shè)計(jì)水泥漿稠化時(shí)間=擠水泥施工時(shí)間(注水泥漿時(shí)間+替鉆井液時(shí)間+起鉆時(shí)間+循環(huán)時(shí)間+關(guān)閉井口時(shí)間+擠水泥時(shí)間)+60min。水泥漿失水量依據(jù)地層滲透性而定，低滲透地層允許API失水量在100～200ml之間，高滲透地層允許API失水量在50～100ml之間，裂縫性地層失水量控制在200～500ml之間。水泥石24h的抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于14MPa。

為了有效隔離水泥漿與套管內(nèi)其他流體，防止互相污染，前置液和后置液的高度不得低于150m，必要時(shí)應(yīng)做管內(nèi)流體與水泥漿的污染試驗(yàn)。

2.2流體用量設(shè)計(jì)

1)水泥漿用量 對(duì)于封堵炮眼，水泥漿用量為擠入量、炮眼段套管的內(nèi)容積及附加量之和；對(duì)于封堵套管泄漏，水泥漿用量為擠入量、泄漏段套管的內(nèi)容積及附加量之和；對(duì)于封堵漏失層，水泥漿用量為擠入量、漏失段的內(nèi)容積及附加量之和；對(duì)于補(bǔ)注水泥，水泥漿用量為補(bǔ)注段容積與附加量之和。連通炮眼間環(huán)空補(bǔ)注水泥，或尾管射孔處至喇叭口環(huán)空補(bǔ)注水泥，應(yīng)有部分水泥漿從上部炮眼或喇叭口返出。

對(duì)于擠入量，封堵炮眼根據(jù)炮眼長(zhǎng)度確定，射孔井段300L/m；擠入排量不低于300L/min時(shí)的擠入量不宜低于5m3；裂縫性地層擠入量不宜低于10m3；易破裂地層及高壓擠水泥，水泥漿量應(yīng)適當(dāng)增大。

井口法擠水泥在上提作業(yè)管柱前，宜在作業(yè)管柱內(nèi)保留比管外至少高100m的水泥漿。

2)頂替液用量 井口法擠水泥作業(yè)的頂替液用量包括以下2部分：①作業(yè)管柱的內(nèi)容積減去前置液、水泥漿和后置液體積；②設(shè)計(jì)的水泥漿用量[2]。

2.3施工設(shè)計(jì)

1)安全壓力要求 ①封堵炮眼、套管泄漏擠水泥作業(yè)在侯凝期間，擠入位置的套管內(nèi)壓力不應(yīng)低于管外。②井口法擠水泥作業(yè)中，上提注水泥作業(yè)管柱時(shí)的管內(nèi)靜液柱壓力不應(yīng)低于管外的靜液柱壓力[3]。

2)試擠要求 ①遇有下列情況時(shí)，應(yīng)在擠入位置以下坐橋塞：①試擠壓力將壓裂(或壓漏)擠入位置以下的裸眼地層。②不能肯定試擠壓力不會(huì)壓裂(或壓漏)擠入位置以下的裸眼地層。②關(guān)井試擠時(shí)，試擠壓力不應(yīng)超過套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度的70%和井口額定工作壓力。③用封隔器試擠時(shí)，試擠壓力不應(yīng)超過套管抗外擠強(qiáng)度的70%或封隔器的額定工作負(fù)壓差。④下橋塞后，試擠壓力不應(yīng)超過橋塞的額定工作正壓差[3]。

3)控制井口最大壓力 控制井口最大壓力計(jì)算公式[2]為：

Ph=Pf-Pi-3.45

式中，Ph為控制井口最大壓力，MPa；Pf為擠入點(diǎn)地層破裂壓力，MPa；Pi為管內(nèi)液柱壓力，MPa。

3 擠水泥設(shè)計(jì)軟件開發(fā)與應(yīng)用

以擠水泥作業(yè)設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)擠水泥施工特點(diǎn)，在Microsoft Windows的環(huán)境下，用Visual Basic 6.0可視化編程語言開發(fā)了擠水泥設(shè)計(jì)軟件。該軟件可應(yīng)用井口法擠水泥分別對(duì)封堵炮眼、封堵套管泄漏、封堵地層漏失、補(bǔ)注水泥4種工況進(jìn)行擠水泥設(shè)計(jì)。

3.1基本井況

某井井身結(jié)構(gòu)為：一開用?444.5mm鉆頭鉆至井深203.7m,?339.7mm表層套管下至井深 193.3m；二開用?311.15mm鉆頭鉆至井深1750m,?244.5mm技術(shù)套管下至井深1748.2m；三開用?215.9mm鉆頭鉆至井深3995m，?139.7mm油層套管下至井深3993m，水泥返至井深2200m，油層套管為N80鋼級(jí)套管，壁厚7.72mm。

油層套管固井后發(fā)現(xiàn)套管泄漏，采用?118mm封隔器找漏，確定漏失位置在2530～2533m之間，漏失點(diǎn)地層漏失壓力為33.2MPa，擬采取擠水泥補(bǔ)救措施。

3.2設(shè)計(jì)結(jié)果

采用嘉華G級(jí)水泥，密度為1.9g/cm3的水泥漿，在試驗(yàn)溫度90℃、試驗(yàn)壓力25MPa條件下，稠化時(shí)間271min，24h抗壓強(qiáng)度大于14MPa。采用?73mm鉆桿×400m+Y211型封隔器+?73mm鉆桿×2136m下井管串結(jié)構(gòu)進(jìn)行擠水泥作業(yè)，預(yù)計(jì)水泥漿擠入量為3.5m3，水泥漿附加量0.5m3。具體施工排量與時(shí)間計(jì)算如表1所示。

表1 擠水泥作業(yè)設(shè)計(jì)施工排量與時(shí)間

按照上述擠水泥設(shè)計(jì)參數(shù)與施工程序進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工后，套管試壓合格，擠水泥作業(yè)成功。

4 結(jié) 語

1)擠水泥作業(yè)對(duì)水泥漿稠化時(shí)間、失水量、抗壓強(qiáng)度等性能有一定要求，現(xiàn)場(chǎng)必須按照井下溫度與壓力條件進(jìn)行水泥漿化驗(yàn)，合理確定水泥漿性能。

2)根據(jù)施工工藝準(zhǔn)確計(jì)算水泥漿與頂替液用量，并設(shè)計(jì)足量的前置液與后置液，嚴(yán)格按照安全壓力要求和試擠要求進(jìn)行擠水泥，確保擠水泥作業(yè)成功。

3)開發(fā)了擠水泥設(shè)計(jì)軟件，可應(yīng)用井口法擠水泥分別對(duì)封堵炮眼、封堵套管泄漏、封堵地層漏失、補(bǔ)注水泥4種工況進(jìn)行擠水泥設(shè)計(jì)，結(jié)果滿足工程設(shè)計(jì)要求。

[1]秦紹峰,蘇曉東,胡修權(quán).提高擠水泥漿施工成功率的措施與方法[J].內(nèi)江科技,2008(7):114，162.

[2]鉆井手冊(cè)(甲方)編寫組.鉆井手冊(cè)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1990:626-632.

[3]SY5374.2-2006,固井作業(yè)規(guī)程(第2部分：特殊固井)[S].

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.03.027

TE242.6

A

1673-1409(2012)03-N081-02

2012-01-28

陳彬(1983-)，男， 2006年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事鉆井技術(shù)與管理方面的研究工作。