張文澤，夏宏南,白凱，靳國興，程銘，吳岸，劉芳

（長江大學(xué)a.油氣鉆井技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室防漏堵漏研究室；b.石油工程學(xué)院，湖北武漢430100）

開窗側(cè)鉆小井眼、小間隙井固井應(yīng)用技術(shù)*

張文澤a,b，夏宏南a,b,白凱a,b，靳國興a,b，程銘a,b，吳岸b，劉芳b

（長江大學(xué)a.油氣鉆井技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室防漏堵漏研究室；b.石油工程學(xué)院，湖北武漢430100）

套管開窗側(cè)鉆是有效開發(fā)低生產(chǎn)井、重新利用報(bào)廢井、提升產(chǎn)能增收創(chuàng)益的有效手段。由于受小井眼尺寸、環(huán)空間隙等因素的影響，在固井過程中通常導(dǎo)致水泥漿上返摩阻增加，環(huán)空當(dāng)量密度變大，地層易被壓漏，水泥漿漏失低返現(xiàn)象嚴(yán)重；此外還造成套管居中效果差，水泥漿竄槽現(xiàn)象頻發(fā)，大幅增大了固井難度。從優(yōu)選水泥漿體系與提高頂替效率著手，并采用紊流+塞流頂替技術(shù)、不留水泥塞技術(shù)、平衡壓力固井技術(shù),對(duì)環(huán)空壓力進(jìn)行控制計(jì)算，并對(duì)不同區(qū)塊多口井進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用，固井水平與質(zhì)量得到明顯改善。通過創(chuàng)新與實(shí)踐應(yīng)用旨在探索出一套提高側(cè)鉆小井眼固井質(zhì)量的應(yīng)用技術(shù)。

開窗側(cè)鉆；小井眼；固井難點(diǎn)；技術(shù)對(duì)策

國內(nèi)外對(duì)小井眼的定義是：井眼尺寸≤215.9mm，間隙值≤19.05mm的井［1］。Ф139.7mm套管開窗側(cè)鉆屬于典型小井眼小間隙鉆井，具有低成本、高效益等優(yōu)勢，主要應(yīng)用在探井、淺層油氣藏開發(fā)、“三低”油氣藏開發(fā)、老油田改造等方面。國外利用小井眼、小間隙鉆井技術(shù)作為勘探開發(fā)的有效手段，取得的經(jīng)濟(jì)效果明顯。利用小井眼井開采淺層油氣藏，瑞典擁有了較為系統(tǒng)、配套、完善的技術(shù)體系，最小井眼尺寸達(dá)到了63.5mm，鉆井成本降低至原來的3/4。隨著開窗側(cè)鉆技術(shù)瓶頸的突破，開窗側(cè)鉆井的數(shù)量與年俱增，具體數(shù)據(jù)見表1。

由于小井眼井環(huán)空間隙小，水泥環(huán)薄，導(dǎo)致水泥漿流動(dòng)阻力大，且施工壓力高，易壓漏地層，頂替效率低等諸多問題也阻礙了小井眼固井質(zhì)量的提升［2］。

1　小井眼、小間隙井固井技術(shù)難點(diǎn)分析

目前，油田主要是利用139.7mm套管開窗進(jìn)行側(cè)鉆作用，特征是小井眼、微間隙，給注水泥固井作業(yè)帶來的主要難點(diǎn)有：（1）Ф118mm井眼下入Ф101.6mm尾管，理論環(huán)空間隙僅有8.2mm，造成環(huán)空微間隙，水泥環(huán)薄，固井質(zhì)量難以保證。（2）水泥漿注入量少、接觸時(shí)間短，環(huán)空流動(dòng)摩阻大，施工壓力高，水泥漿容易發(fā)生混竄，運(yùn)移過程中水泥漿容易受到污染，要依靠水泥漿本身去替凈環(huán)空鉆井液十分困難。（3）水泥環(huán)薄，強(qiáng)度低，在射孔和壓裂等后期作業(yè)時(shí)，容易發(fā)生脆性破裂，使水泥環(huán)的密封性能受到破環(huán)甚至喪失，發(fā)生“二次竄流”。（4）小井眼小間隙井尾管固井作業(yè)時(shí)，尾管難以精準(zhǔn)懸掛在上層套管內(nèi)。且受套管尺寸限制，所選鉆頭直徑和鉆出井眼直徑均很小，給下尾管和注水泥作業(yè)造成困難［3］。（5）鉆桿膠塞和尾管膠塞在鉆具及套管內(nèi)運(yùn)移段長，磨損嚴(yán)重，經(jīng)常不能碰壓。（6）小井眼小間隙井環(huán)空截面積過小，鉆井時(shí)大井眼處巖屑不易循環(huán)攜帶出來，同時(shí)被高速?zèng)_蝕的巖塊以及水泥顆粒的下沉也加劇了水泥漿在環(huán)空流道狹窄處形成橋堵、砂堵憋泵等現(xiàn)象［4］。（7）井內(nèi)安全壓力窗口窄，環(huán)空通道小，施工壓力高。在靜液柱壓力滿足平衡地層壓力的情況下，排量選擇稍大則會(huì)壓漏地層，增加施工風(fēng)險(xiǎn)；若采取小排量塞流頂替，頂替效率較高，但由于頂替速度太慢會(huì)導(dǎo)致施工時(shí)間過長，頂替效率與施工風(fēng)險(xiǎn)相互之間存在不一致性。

表1　2008～2009年小井眼、小間隙井固井統(tǒng)計(jì)Tab.1 Slimhole and small clearancewellscementing statistics

2　提高小井眼、小間隙井固井質(zhì)量對(duì)策研究

要提高小井眼小間隙井固井質(zhì)量，就必須解決水泥漿的頂替效率、滲透層或小井眼處水泥漿橋堵失重、砂堵憋泵即第二界面膠結(jié)差、水泥漿失水、水泥漿水化引起的體積收縮、膠凝強(qiáng)度發(fā)展緩慢等一系列問題，對(duì)此必須進(jìn)行深入細(xì)致的分析、研究，以確定小井眼小間隙井固井技術(shù)措施。

2.1優(yōu)化水泥漿體系

小井眼小間隙井固井，水泥環(huán)薄且承壓低，射孔作業(yè)時(shí)作用到套管/泥環(huán)/巖體上沖擊壓力高，水泥環(huán)易被壓裂破壞，影響后期作業(yè)。在水泥漿體系中加入1%～3%的纖維增韌劑，能有效改善水泥石的斷裂韌性并提高抗沖能力［5］。其次，由于小井眼小間隙井水泥漿柱、替排量的特殊性以及小井眼小間隙井眼環(huán)空體積過小，水泥漿體系主要由緩凝領(lǐng)漿和短候凝尾漿組成。

2.1.1微膨脹增韌性水泥漿選擇通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)篩選外加劑，調(diào)節(jié)水泥漿各項(xiàng)性能（見表2），最后選定該微膨脹增韌水泥漿體系為：

緩凝領(lǐng)漿：嘉華G級(jí)+淡水+0.8%～1.5%降失水劑（G33S）+0.1%～0.15%緩凝劑（GH-6）+0.5%分散劑+1.0%～1.5%晶格膨脹劑+1%～3%增韌劑+ 0.2%消泡劑（FRY）,密度：1.85～1.88g·cm-3。

速凝尾漿：嘉華G級(jí)+淡水+0.8%～1.5%降失水劑（G33S）+0.02%～0.1%緩凝劑（GH-6）+0.5%分散劑+1.0%～3.0%晶格膨脹劑+1%～3%增韌劑+0.2%消泡劑（FRY），密度：1.90～1.92g·cm-3。

表2　微膨脹增韌水泥漿性能Tab.2 Micro expansion toughening cement slurry performance

由表2可以看出，該微膨脹增韌水泥漿體系在外加劑調(diào)節(jié)下，尾漿與領(lǐng)漿初凝時(shí)間差為100min左右。且領(lǐng)漿具有高流變性能、稠化時(shí)間長優(yōu)勢，能提高頂替效率的同時(shí)并有效壓穩(wěn)地層；尾漿具有明顯的低失水性、微膨脹性、高強(qiáng)度性和稠化時(shí)間短特性。一旦水泥漿不能正常傳遞靜液柱壓力，便快速凝結(jié)且強(qiáng)度不斷增大，防止油氣、水侵造成潛在危害，微膨脹性能預(yù)防水泥漿凝固后造成的體積縮小，改善小井眼第一、二界面的膠結(jié)強(qiáng)度。

2.2提高頂替效率

2.2.1充分循環(huán)洗井，改善鉆井液性能注水泥前鉆井液至少循環(huán)2周，頂替出因靜止而導(dǎo)致溫度過高和失水嚴(yán)重形成的膠凝鉆井液，保證鉆井液的流動(dòng)性能，當(dāng)n值大于0.7時(shí)，替換出井眼環(huán)空微間隙中的鉆井液，克服鉆井液的屈服應(yīng)力。

2.2.2優(yōu)選前置液小井眼小間隙尾管固井水泥漿用量小、接觸時(shí)間短，憑借水泥漿自身去驅(qū)替環(huán)空鉆井液難度較大［6］，因此，前置液的設(shè)計(jì)和使用顯得特別重要。根據(jù)小井眼小間隙尾管固井對(duì)前置液的性能要求，優(yōu)選出一種SDY-1前置液，其流變性能見表3。

表3　前置液流變性能Tab.3 Prepad fluid rheological properties

SDY-1前置液體系具有沖洗液無固相、低粘度、微切力、流變性優(yōu)良等特點(diǎn)［7］,且配伍性強(qiáng),易形成紊流,便于清洗套管壁上的濾餅和稠泥漿；隔離液的粘度性能具有保護(hù)功能,能有效避免地層漏失,起到隔離水泥漿與泥漿的作用,避免了接觸污染。采用清洗液+稠隔離液+清洗液+稀清掃水泥漿組成的前置液，與水泥漿具有良好相容性，能有效避免水泥漿稠化、絮凝、閃凝，并能沖刷井壁致使虛泥餅和油膜從套管壁上脫落，提高小間隙井鉆井液頂替效率。2.2.3采用紊流+塞流脈沖式頂替技術(shù)頂替排量設(shè)計(jì)的原則為：注替返速≤套管循環(huán)返速≤通井返速。小井眼小間隙固井作業(yè)，由于其具有水泥漿注入量少、泥漿頂替量較少的特點(diǎn)。其次，環(huán)空流道窄，施工壓力高，排量選擇稍大則會(huì)壓漏地層。針對(duì)小井眼小間隙井固井的特點(diǎn)選用紊流隔離液，采取紊流+塞流頂替施工，施工排量100～500L·min-1。

2.3采用不留水泥塞技術(shù)

采用尾管固井不留水泥塞技術(shù)，固井碰壓、放空完畢后，帶壓拔出中心管，循環(huán)排出懸掛器以上全部水泥漿，使其不在套管內(nèi)沉降［8］。實(shí)施過程中，為防止懸掛器以上水泥漿被鉆井液污染，必須嚴(yán)格計(jì)算替漿量，采用保護(hù)液排替出水泥漿。同時(shí)尾管內(nèi)采用重漿平衡地層壓力，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

2.4運(yùn)用平衡壓力固井技術(shù)

為解決水泥漿候凝時(shí)失重問題，采用兩凝微膨脹水泥漿體系，下部速凝尾漿，上部緩凝領(lǐng)漿平衡壓力，確保水泥漿直角稠化，有效平衡壓穩(wěn)。碰壓放空帶壓3～5MPa拔出中心管后，上提鉆桿5～8m循環(huán)洗井，一是排替高返水泥漿或混漿；另外循環(huán)回壓增加了水泥漿的當(dāng)量密度起到了環(huán)空加壓的作用。

2.5精準(zhǔn)計(jì)算水泥漿附加量

小井眼小間隙井固井水泥漿用量少，水泥漿附加量過高會(huì)給尾管固井造成危害，設(shè)計(jì)不足會(huì)因水泥漿返高不足，導(dǎo)致地層封隔效果差。根據(jù)井徑大小，采用分段精準(zhǔn)量化環(huán)空容積，然后附加掛器以上100m井段上塞低密度水泥漿，起到隔離作用的同時(shí)又改善了頂替效果。

2.6環(huán)空壓耗控制計(jì)算

小井眼環(huán)空壓耗特點(diǎn)：美國Amoc公司對(duì)窄環(huán)空壓力損失研究校驗(yàn)得出如下壓降公式［9］：

式中△P：環(huán)空壓力損失，kPa；f：摩阻系數(shù)；p：密度；g·cm-2；q：流量，L·s-1；d0：井徑，mm；di：鉆柱外徑，mm。

由上式可看得出：（1）環(huán)空間隙的減小能明顯的增大環(huán)空壓耗，但同時(shí)增大了小井眼固井施工的難度。（2）環(huán)空壓力的損失與排量的平方成正比，較小的排量變化也會(huì)產(chǎn)生較大的環(huán)空壓力損耗，因此，控制合理施工排量是避免井漏的關(guān)鍵。

3　現(xiàn)場固井施工應(yīng)用

3.1F-1C井基本數(shù)據(jù)

3.1.1井身結(jié)構(gòu)（表5）

表5　井身結(jié)構(gòu)Tab.5 Well bore structure

3.1.2井眼狀況（表6）

表6　井眼狀況Tab.6 Borehole conditions

3.1.3鉆井液性能（表7）

表7　固井前鉆井液性能Tab.7 Drilling fluid properties before cementing

3.2F-1C井水泥漿實(shí)驗(yàn)及性能

通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)外加劑加量，調(diào)整水泥漿性能參數(shù)，水泥漿配方及性能見表8。

緩凝領(lǐng)漿：嘉華G級(jí)+井場水+1.5%降失水劑（G33S）+0.1%緩凝劑（GH-6）+0.5%分散劑+2.0%晶格膨脹劑+2.5%增韌劑+0.2%消泡劑（FRY）

速凝尾漿：嘉華G級(jí)+井場水+1.5%降失水劑（G33S）+0.05%緩凝劑（GH-6）+0.5%分散劑+2.0%晶格膨脹劑+2.5%增韌劑+0.2%消泡劑（FRY）

3.3F-1C固井施工步驟

（1）固井前地面管匯承壓需達(dá)到25MPa。

（2）水泥車注SDY-1驅(qū)油沖洗液和隔離液3.0m3，并檢驗(yàn)下壓式套管止回閥密封可靠性。

（3）水泥車注0.5m3密度在1.80～1.85g·cm-3間稀水泥漿，驅(qū)替出窄邊滯留死泥漿。

（4）注兩凝增韌微膨脹水泥漿，密度由低到高，即領(lǐng)漿2.0m3，密度1.88～190g·cm-3，尾漿3.0m-3，密度1.90～1.94g·cm-3，排量0.45m3·min-1。

（5）水泥車替清水0.2m3壓膠塞，施工排量0.45m3· min-1。

（6）水泥車替密度1.29g·cm-3泥漿8.0m3至碰壓，施工排量0.10～0.45m3·min-1。

（7）放空迅速拆卸水泥頭，接方鉆桿與鉆柱憋壓5.0MPa；

（8）上提鉆柱，當(dāng)壓力大幅下降則開泵循環(huán)，循環(huán)排出水泥漿后再循環(huán)清洗1～2周，循環(huán)排量0.5m3· min-1，停泵起鉆至井口候凝。

（9）候凝48h，測井檢測固井質(zhì)量。

3.4應(yīng)用效果

候凝48h后測聲放磁，水泥返至懸掛器點(diǎn)2452.83m，2639.0～2669.4m水層、2888.6～2902.0m油層層間封隔良好，固井一、二界面膠結(jié)質(zhì)量優(yōu)；后期工程酸化、壓裂，層間封隔未竄。

4　結(jié)論與建議

（1）Ф73mm鉆桿與Ф101.6mm尾管內(nèi)徑不同，要使用鉆桿膠塞和尾管膠塞。分別用Ф48mm和Ф83mm通徑規(guī)對(duì)鉆桿和尾管的內(nèi)徑分別通徑，以避免卡鉆桿膠塞而導(dǎo)致固井失敗。

（2）鉆桿膠塞、尾管膠塞在鉆具及套管中運(yùn)移段長，磨損嚴(yán)重。因膠塞質(zhì)量問題而易發(fā)生替空或水泥塞過高的工程質(zhì)量事故，應(yīng)選用耐溫、耐磨質(zhì)量可靠的膠塞。

（3）小井眼小間隙井采用增韌微膨脹水泥漿體系固井，能夠有效增強(qiáng)界面膠結(jié)質(zhì)量、水泥石韌性和抗沖擊性能。

（4）小井眼小間隙井尾管固井，固井工藝包括懸掛器坐掛、丟手兩個(gè)重要步驟，由于套管重量輕，尾管入井困難，懸掛器是否坐掛不易判斷，懸掛器一定要有質(zhì)量保證。

［1］張凱,李明,劉小利,等.國內(nèi)外小井眼固井技術(shù)研究現(xiàn)狀［J］.鉆采工藝,2015（2）：23-26.

［2］慕鑫.蘇里格氣田小井眼插入式固井方法研究［A］.西安石油大學(xué),2012.

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［4］刁勝賢,謝虹橋.鹽探2井固井水泥漿技術(shù)［J］.鉆井液與完井液,2011（3）：60-62.

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［8］孫偉,寧甲松.小井眼篩尾懸掛固井技術(shù)［J］.活力,2009,（13）.

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Study and application of small clearance cementing technique for casing sidetracking*

ZHANGWen-zea，b，XIA Hong-nana，b，BAIKaia，b，JIN Guo-xinga，b，CHENGMinga，b，WU Anb，LIU Fangb
（a.Leakage Protection&Sealing Technology Laboratory，Oil and Gas Drilling NationalEngineering Laboratory；b.Institute of Petroleum Engineering，Yangtze University，Wuhan 430100，China）

Casing sidetracking is an effective means of developing low production wells，reusing abandoned wells，promoting the productivity and economic benefit.The influences of slim hole size，annular clearance and other factors in the cementing process usually leads to the increase of return frictional resistance of cement slurry，larger annular equivalent density，formation leakage easily and serious of cement slurry leakage low return phenomenon.Moreover，they creat poor casing centering effect and frequent phenomenon of cement slurry channeling. The difficulty of cementing is greatly increased.In order to optimize cement slurry and improve the displacement efficiency，this paper uses technology of plug flow turbulence displacement，no leaving cement plug and balanced pressure cementing，as well as calculating annular pressure，which are applied in different block wells.The cementing level and quality have been improved obviously.A set of technology for improving the sidetracking slim hole cementing qualitywill be explored by innovating and practicing.

casing sidetracking；slim hole；difficulties of cementing；technical countermeasures

TE256

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20160950

2016-05-21

湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心基金項(xiàng)目（HBUOG-2014-1）.

張文澤（1989-），男，長江大學(xué)石油工程學(xué)院，碩士生，現(xiàn)主要從事鉆井工藝技術(shù)方面的研究工作。

夏宏南，長江大學(xué)，教授/博導(dǎo)。