郭繼剛

（ 中石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮陽 457001）

精細(xì)動(dòng)態(tài)控壓固井技術(shù)在順南區(qū)塊的應(yīng)用

郭繼剛

（ 中石化中原石油工程有限公司固井公司，河南濮陽 457001）

郭繼剛.精細(xì)動(dòng)態(tài)控壓固井技術(shù)在順南區(qū)塊的應(yīng)用［J］.鉆井液與完井液，2016，33（5）：76-79.

塔中順南區(qū)塊存在油氣活躍、后效嚴(yán)重、壓力窗口窄、井深、井底溫度高、地層承壓能力低等固井技術(shù)難點(diǎn)。為了解決順南區(qū)塊固井作業(yè)存在的問題，開展了精細(xì)動(dòng)態(tài)控壓固井技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，順利完成了該區(qū)固井作業(yè)。該技術(shù)通過有效控制井口、井底壓力，防止井漏、溢流的發(fā)生，在保證施工安全的同時(shí)提高了固井質(zhì)量。目前已在順南6井、順南7井成功應(yīng)用，效果顯著。該技術(shù)對(duì)壓力敏感性地層固井有推廣應(yīng)用前景。

固井；精細(xì)控壓；井漏；溢流；固井質(zhì)量；順南區(qū)塊

塔中順南區(qū)塊是中石化西北油田分公司的主要油氣勘探區(qū)塊，該區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層分為上奧陶統(tǒng)和中下奧陶統(tǒng)。上奧陶統(tǒng)儲(chǔ)集空間主要為低孔低滲基質(zhì)、次生溶蝕孔洞和構(gòu)造縫。中下奧陶統(tǒng)一間房、鷹山組裂縫、洞穴十分發(fā)育，縫洞一體［1-2］。本區(qū)鉆遇碳酸鹽巖儲(chǔ)層高壓氣層時(shí)，氣侵非常嚴(yán)重，后效持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，全烴值居高不下，鉆井液進(jìn)出口密度差較大，若采用提高鉆井液密度進(jìn)行壓穩(wěn)，又會(huì)發(fā)生漏失。近年來，順南5、順南4-1等井采用常規(guī)尾管固井方法固井，存在壓漏地層或壓不住油氣上竄的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致固井質(zhì)量較差。因此，針對(duì)順南區(qū)塊井深、井底溫度高、壓力窗口極窄、壓穩(wěn)和防漏難以兼顧的固井難題，采用精細(xì)控壓固井技術(shù)在該區(qū)開展了現(xiàn)場(chǎng)固井實(shí)踐，通過準(zhǔn)確計(jì)算環(huán)空循環(huán)摩阻，提高頂替效率，進(jìn)一步提高了尾管固井質(zhì)量。

1　精細(xì)動(dòng)態(tài)控壓固井原理及設(shè)備

1.1精細(xì)動(dòng)態(tài)控壓固井技術(shù)原理

精細(xì)動(dòng)態(tài)控壓固井技術(shù)是在精細(xì)控壓鉆井技術(shù)的基礎(chǔ)上提出的，主要在固井前循環(huán)、注固井液、替鉆井液及后續(xù)反循環(huán)等固井過程中，通過精確動(dòng)態(tài)控制，正注入排量和返出口流量控制產(chǎn)生反向回壓來調(diào)節(jié)井筒液柱壓力，實(shí)現(xiàn)安全固井的技術(shù)［3］。該技術(shù)基于優(yōu)化環(huán)空加重隔離液、加重水泥漿等漿體結(jié)構(gòu)，通過壓穩(wěn)計(jì)算，并結(jié)合控壓裝置，進(jìn)行固井作業(yè)過程中壓穩(wěn)地層，減少固井液對(duì)井筒的進(jìn)一步侵入，且不至于壓漏地層，可控制井口及井底壓力，更好地保障固井施工安全。該技術(shù)下固井施工前循環(huán)、注隔離液、注水泥漿、替高密度鉆井液、替漿等各種工況下井底當(dāng)量都有變化，各種工況均要有精準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)井口控壓，才能確保壓穩(wěn)地層且不壓漏地層［4］。

1.2精細(xì)動(dòng)態(tài)控壓固井設(shè)備

精細(xì)動(dòng)態(tài)控壓固井設(shè)備與精細(xì)控壓鉆井基本相同［5-6］，主要有以下2種設(shè)備與常規(guī)固井不同。

1）旋轉(zhuǎn)控制頭。所用格瑞迪斯旋轉(zhuǎn)控制頭采用整體式設(shè)計(jì)，材質(zhì)滿足H2S酸性氣體井服務(wù)。旋轉(zhuǎn)控制頭密封膠芯的材質(zhì)是氨基甲酸乙酯，并且使用Kevlar聚合物高強(qiáng)纖維尼龍復(fù)合材料做加強(qiáng)涂層，使用時(shí)間是常規(guī)膠芯的3倍。旋轉(zhuǎn)控制頭軸承總成靜密封工作壓力35 MPa，100 r/min下的動(dòng)密封工作壓力是17.5 MPa，200 r/min下的動(dòng)密封工作壓力是10.5 MPa。旋轉(zhuǎn)控制頭潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)全過程使用油對(duì)旋轉(zhuǎn)控制頭進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑，不使用水冷卻，便于操作和維修保養(yǎng)。

2）自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)。利用控壓儀器，數(shù)據(jù)反饋至電腦，可實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。具體流程如下：鉆井液等流體從井內(nèi)返出后，要經(jīng)過旋轉(zhuǎn)控制頭及控壓自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)，自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)通過控制自動(dòng)節(jié)流閥開度的大小，調(diào)整施加的井口回壓，調(diào)整壓力變化，從而保持穩(wěn)定的的預(yù)設(shè)井底壓力?？刂葡到y(tǒng)額定工作壓力35 MPa，節(jié)流閥具有自動(dòng)控制功能和手動(dòng)操作功能。自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)還安裝有流量計(jì)，以測(cè)量出口流量。控壓設(shè)備自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)包括手動(dòng)控制面板、進(jìn)程邏輯控制器、操作面板、報(bào)警設(shè)置和3個(gè)相互連通的節(jié)流閥（節(jié)流閥A、B、C全開通徑為φ76.2 mm）。節(jié)流閥的額定工作壓力為35 MPa。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的傳感器和自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)在一起，在控壓設(shè)備指令接收器收到指令后，調(diào)整節(jié)流閥開度以調(diào)節(jié)井口回壓的大小。

2　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例分析

目前精細(xì)動(dòng)態(tài)控壓固井技術(shù)已在順南6、順南7井成功實(shí)施，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施難度極大。下面以順南6井四開固井（5 706～7 248.5 m）為例，介紹該技術(shù)的具體應(yīng)用情況。

2.1順南6井基本情況

2.1.1鉆井過程復(fù)雜情況

1）四開采用φ215.9 mm鉆頭鉆進(jìn)至奧陶系時(shí)鉆遇異常高壓氣層，氣侵非常嚴(yán)重，且后效持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，全烴值居高不下，鉆井液進(jìn)出口密度差大，每次起鉆都需充分循環(huán)排氣，打重漿帽保證起下鉆安全。采用欠平衡鉆井無法正常鉆進(jìn)。

2）鑒于欠平衡鉆進(jìn)無法滿足鉆進(jìn)需求，提高鉆井液密度進(jìn)行過平衡打鉆，提高鉆井液密度后，出現(xiàn)不同程度的漏失。由于地層壓力“窗口很窄”，采用格瑞迪斯井口控壓裝置，降低鉆井液密度，井口控壓、井底當(dāng)量密度平衡的方式鉆進(jìn)。

3）鑒于儲(chǔ)層油氣上竄的后效嚴(yán)重，鉆進(jìn)過程中都有漏失，為提高井底承壓能力進(jìn)行了堵漏，以增大壓力窗口。對(duì)四開已鉆裸眼段進(jìn)行全裸眼承壓堵漏，為后期固井施工創(chuàng)造有利條件。

4）通過地層承壓、井口控壓，井底當(dāng)量鉆井液密度達(dá)到上窗口密度時(shí)，油氣上竄速度可以控制在30 m/h以內(nèi)。

2.1.2其他數(shù)據(jù)

最大井斜位置為6 624 m；最大井斜為0.491°，井底溫度為178 ℃，井底循環(huán)溫度為150 ℃，實(shí)驗(yàn)溫度為150 ℃。裸眼井段為6 706～7 250 m；平均井徑為224.29 mm；擴(kuò)大率為3.9%。

2.2精細(xì)動(dòng)態(tài)控壓固井相關(guān)計(jì)算結(jié)果

控壓固井相關(guān)計(jì)算結(jié)果見表1～表3。

表1　注輕漿控壓計(jì)算結(jié)果

表2　固井施工作業(yè)控壓計(jì)算結(jié)果

表3　固井施工作業(yè)控壓計(jì)算結(jié)果

2.3順南6井固井技術(shù)措施

2.3.1精細(xì)控壓固井技術(shù)措施

1）通過優(yōu)化環(huán)空加重隔離液、加重水泥漿等漿體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行壓穩(wěn)計(jì)算，并結(jié)合控壓裝置，使固井作業(yè)過程中壓穩(wěn)地層。

2）在井眼循環(huán)、起鉆、下套管、進(jìn)行懸掛器投球坐掛倒扣、安裝水泥頭等作業(yè)時(shí)，要求井底當(dāng)量密度大于1.98 g/cm3，確保壓穩(wěn)地層。

3）施工過程中控制井底當(dāng)量密度為2.05 g/cm3，調(diào)節(jié)施工排量和控壓壓力。①注前置液、 領(lǐng)漿、 尾漿時(shí)， 施工排量為0.6 m3/min， 并控壓5.5 MPa；②替漿時(shí)前置液未出套管前保持施工排量為0.8 m3/min，并控壓4.3 MPa；③前置液和水泥漿出套管過程中，環(huán)空靜液壓力不斷增加，保持施工排量，降低控壓值；替量達(dá)到49 m3時(shí)，控壓值降為1.4 MPa；④替漿最后8 m3時(shí)降低排量至0.3 m3/min，采用塞流頂替并井口控壓4.0～2.6 MPa，同時(shí)防止井漏；計(jì)量誤差實(shí)際最后5 m3降低排量至0.3 m3/min，控壓4.0 MPa；⑤起鉆5柱，反循環(huán)，反循環(huán)控制排量，使井底當(dāng)量密度控制在2.05 g/cm3。現(xiàn)場(chǎng)反循環(huán)排量0.6～0.9 m3/min，控制反循環(huán)壓力10.0 MPa。

2.3.2防竄固井技術(shù)措施

①采用控壓固井技術(shù)，有利于降低密度差，提高水泥漿頂替效率，控制氣層氣竄。②采用雙凝抗高溫液硅膠乳防氣竄水泥漿，有利于水泥漿在失重時(shí)對(duì)氣層的壓穩(wěn)。③在保證施工安全的條件下盡可能縮短尾漿稠化時(shí)間，在水泥漿中加入防氣竄劑，提高固井質(zhì)量［7］。④根據(jù)防氣竄壓穩(wěn)計(jì)算，確定雙凝界面為6 750 m；領(lǐng)漿封固段5 906～6 750 m，密度為2.15 g/cm3，稠化時(shí)間為330～400 min；尾漿封固段6 750～7 250 m，密度為2.15 g/cm3，稠化時(shí)間為150～240 min。

2.3.3防漏固井技術(shù)措施

①進(jìn)行地層承壓試驗(yàn)，使全裸眼段（動(dòng)態(tài)）承壓能力當(dāng)量密度大于2.05 g/cm3，保證固井作業(yè)有足夠的安全窗口。②實(shí)際地層承壓能力試驗(yàn)結(jié)果為：在全井鉆井液密度為1.98 g/cm3條件下井口憋壓5 MPa不漏，井底當(dāng)量鉆井液密度為2.05 g/cm3。

2.3.4提高重疊段頂部固井質(zhì)量技術(shù)措施

①確保重疊段頂部200 m套管居中度大于70%。②附加一定量的水泥漿，以提高頂部水泥漿接觸時(shí)間，提高水泥漿頂替效率。③采用抗高溫液硅膠乳防氣竄水泥漿，提高水泥漿阻止氣竄的能力，同時(shí)添加的增韌劑SFP-3和膠乳有利于提高水泥石的彈塑性。④替漿到位后，進(jìn)行反擠作業(yè)，設(shè)計(jì)擠入5 m3水泥漿，有利于保障封固質(zhì)量。⑤候凝期間，進(jìn)行憋壓候凝，補(bǔ)償水泥漿失重時(shí)的壓力損失。

2.3.5提高底部封固段固井質(zhì)量技術(shù)措施

①優(yōu)化硅粉顆粒及加量，防止水泥石在超高溫下強(qiáng)度衰退，提高水泥環(huán)的強(qiáng)度。②采用抗高溫液硅膠乳防氣竄水泥漿，利用納米級(jí)的液硅和膠乳提高氣體運(yùn)移阻力，從而提高水泥漿阻止氣竄的能力。③確保封固段底部200 m套管居中度大于70%。④替漿作業(yè)后期采用塞流頂替，提高水泥漿頂替效率。

3　固井質(zhì)量評(píng)價(jià)

測(cè)井資料解釋認(rèn)為未使用精細(xì)動(dòng)態(tài)控壓固井的順南501、順南4-1井固井質(zhì)量較差，裸眼段封固質(zhì)量不理想。而順南6井固井質(zhì)量明顯較好（見圖1），裸眼段封固質(zhì)量提升明顯，管鞋封固質(zhì)量理想。其中順南6井重疊段也有200 m左右的優(yōu)良封固段。說明精細(xì)動(dòng)態(tài)控壓固井在解決順南區(qū)塊φ177.8 mm尾管固井難題上，起到了較好的應(yīng)用效果。

圖1　順南6井四開裸眼段固井CBL曲線

4　結(jié)論及建議

1.精細(xì)控壓固井技術(shù)在塔中順南區(qū)塊φ177.8 mm尾管固井取得了較好效果，為該區(qū)塊提供了新的固井方法，也為精細(xì)控壓固井技術(shù)積累了的經(jīng)驗(yàn)。

2.精細(xì)動(dòng)態(tài)控壓固井在順南區(qū)塊的應(yīng)用也存在著一些問題：現(xiàn)場(chǎng)施工中環(huán)空壓耗理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值存在一定的偏差，可通過現(xiàn)場(chǎng)的循環(huán)排量，泵壓等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)倒推出循環(huán)摩阻，優(yōu)化循環(huán)摩阻的計(jì)算，為精細(xì)控壓提供更為符合實(shí)際的計(jì)算依據(jù)；控壓設(shè)備中缺少回壓泵，在井隊(duì)大泵不開的情況下控壓無法進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)施工中裝水泥頭，投球坐掛，起鉆等工序無法做到控壓，在這些工序中難免會(huì)有油氣竄出，如果能夠加裝回壓泵裝置進(jìn)行獨(dú)立加壓，可以有效控制這些工序施工的后效，也免除了后續(xù)的擠水泥作業(yè)工序；井底沒有壓力實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備，井底壓力變化及控壓操作均由理論計(jì)算得出，與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工中存在一定的誤差。因此，該技術(shù)的進(jìn)一步推廣還需要進(jìn)一步的研究與實(shí)踐。

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Application of Precise Dynamic Pressure Control Well Cementing Technology in Block Shunnan

GUO Jigang
（Cementing Branch of Zhongyuan Petroleum Engineering Ltd.， Sinopec， Puyang， Henan 457001）

Well cementing operations in Block Shunnan has been encountering technical difficulties such as active oil and gas， severe gas cut， narrow density window， deep well， high bottom hole temperature， and low pressure bearing etc. To deal with these difficulties， a precise dynamic pressure control well cementing technology was applied in Shunnan， and well cementing was successfully performed. In applying this technology， the pressures at the wellhead and the bottom were carefully controlled to prevent lost circulation and well kick from occurring. The well cementing job was safely performed while the job quality was enhanced. This technology has been successfully applied in cementing the well Shunnan-6 and the well Shunnan-7. This technology is of great importance in cementing wells penetrating pressure-sensitive formations， and is worth applying widely.

Precise pressure control well cementing； Lost circulation； Well kick； Job quality of well cementing； Application prospect；Block Shunnan

TE256

A

1001-5620（2016）05-0076-04

10.3696/j.issn.1001-5620.2016.05.016

中國石油化工集團(tuán)公司項(xiàng)目“中原油田深層水平井關(guān)鍵技術(shù)研究”（JP12005）。

郭繼剛，工程師，1975年生，畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）石油工程專業(yè)，現(xiàn)在主要從事固井工藝技術(shù)相關(guān)研究。電話 18503938187；E-mail：gjg921@126.com。

（2016-4-21；HGF=1604N10；編輯王小娜）