吳磊 何吉標(biāo) 曹穎

1. 長江大學(xué)；2. 中石化江漢石油工程有限公司頁巖氣開采技術(shù)服務(wù)公司

隨著涪陵頁巖氣田二期產(chǎn)建工作的開展，井位總體部署調(diào)整、輸氣管線的限制及后期同平臺鉆井施工要求對先期試氣井進(jìn)行臨時封井作業(yè)，在氣層上部坐封全封可鉆式復(fù)合橋塞，驗封合格后進(jìn)行注水泥塞施工，形成連續(xù)且垂厚不小于200 m 的水泥塞，以達(dá)到對試氣井臨時封井的技術(shù)要求，后續(xù)根據(jù)生產(chǎn)需要可鉆除橋塞重新開井生產(chǎn)。由于井筒帶壓等原因采用連續(xù)油管進(jìn)行作業(yè)，連續(xù)油管注水泥塞施工在國內(nèi)外頁巖氣井中應(yīng)用很少，在涪陵工區(qū)尚屬首次，施工時具有很大的不確定性和安全風(fēng)險，新工藝、新條件對連續(xù)油管注水泥施工質(zhì)量和安全上均提出了很大的挑戰(zhàn)［1-6]。

1 連續(xù)油管臨時封井注水泥技術(shù)難點

與常規(guī)鉆井注水泥相比，連續(xù)油管注水泥在施工環(huán)境和條件上有著明顯的差別，連續(xù)油管自身存在管道長、內(nèi)徑小、上提下放能力有限等特點，致使注替水泥施工時排量受限、泵注壓力較高，影響井筒內(nèi)水泥塞質(zhì)量，嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)“插旗桿”或“灌香腸”等質(zhì)量事故，具有較大的施工風(fēng)險，故連續(xù)油管在井筒內(nèi)注水泥塞施工作業(yè)具有以下技術(shù)難點：

(1)連續(xù)油管管道長、內(nèi)徑小及上提下放能力有限，易出現(xiàn)憋泵或上提下放遇卡等情況，存在較大的施工安全風(fēng)險；

(2)水泥漿為固體顆粒懸浮物，流動摩阻系數(shù)大，注替過程中循環(huán)壓耗較大，致使施工壓力較高；

(3)油管內(nèi)徑及管柱間隙小，頂替量精確計量難度大，易出現(xiàn)頂替不到位或過頂替而形成大量混漿段，降低水泥塞質(zhì)量；

(4)嚴(yán)格控制水泥漿稠化時間及抗污染性能，保證多余水泥漿及時洗出井筒，避免出現(xiàn)重大井筒安全事故。

2 連續(xù)油管臨時封井注水泥技術(shù)

針對連續(xù)油管臨時封井注水泥存在的技術(shù)難點，從橋塞選型及坐封方式、低摩阻水泥漿體系、平衡注替水泥漿和反循環(huán)洗井施工工藝等方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，形成一套成熟的連續(xù)油管臨時封井注水泥技術(shù)，滿足試氣井臨時封井的技術(shù)要求。

2.1 橋塞選型及坐封方式的優(yōu)化

試氣井井筒與地層連通且井筒內(nèi)介質(zhì)主要為氣體，不利于水泥漿形成段塞，無法形成對井筒的有效封隔，故必須將氣層通道進(jìn)行隔離，將井筒內(nèi)灌滿液體來保證水泥塞施工質(zhì)量。根據(jù)工區(qū)現(xiàn)場及井筒實際情況，采取連續(xù)油管下全封可鉆式復(fù)合橋塞對水平段進(jìn)行封隔，驗封合格后在橋塞面進(jìn)行注水泥塞施工。為保證后期注水泥井筒安全，設(shè)計使用兩段橋塞進(jìn)行坐封，起到雙保險的作用。經(jīng)過優(yōu)化對比，橋塞坐封位置的選擇分別以A 靶點以上50 m 和井斜50～60°處為原則進(jìn)行設(shè)計，以保證橋塞順利下放和有效坐封。

2.2 低摩阻水泥漿體系

連續(xù)油管具有管道長、管徑及管柱間隙小的特點，流體循環(huán)過程中產(chǎn)生的循環(huán)壓耗是導(dǎo)致連續(xù)油管施工壓力偏高的主要原因，故循環(huán)流體的潤滑性能對連續(xù)油管安全施工至關(guān)重要。為保證連續(xù)油管注水泥塞施工的安全性和連續(xù)性，優(yōu)選流變性能好的低摩阻水泥漿體系，降低循環(huán)壓耗對施工泵注壓力的影響。水泥漿配方為：嘉華G 級+44%清水+1.0%BS300 減 阻 劑+0.9%BS200R 緩 凝 劑+1.0%BP-1A 消泡劑，其性能參數(shù)、流變參數(shù)及循環(huán)壓耗計算分別見表1、表2 和表3。

表 1 低摩阻水泥漿體系性能參數(shù)Table 1 Property parameters of low-friction slurry system

表 2 低摩阻水泥漿與常規(guī)水泥漿流變性能對比(室溫25 ℃)Table 2 Comparison of rheological property between low-friction slurry and conventional slurry (air temperature 25 ℃)

由表2 可知，水泥漿的動塑比由0.15 Pa/(mPa · s)提高到了0.23 Pa/(mPa · s)，說明低摩阻水泥漿剪切稀釋性增強(qiáng)，在低剪率下能有效地攜帶巖屑，流變性能顯著提高；且低摩阻水泥漿體系在管柱內(nèi)的循環(huán)壓耗降低4.2 MPa(按水泥漿充滿5 000 m 管柱計算)，能較好滿足連續(xù)油管臨時封井注水泥安全施工要求。

表 3 水泥漿在管柱內(nèi)和環(huán)空中循環(huán)的范寧摩阻系數(shù)及循環(huán)壓耗計算Table 3 Calculated fanning friction factor and circulating pressure loss of slurry while circulating in the pipe string and the annulus

2.3 平衡注替水泥漿施工工藝

頂替精確是注水泥塞成功與否的關(guān)鍵，在連續(xù)油管臨時封井注水泥施工過程中，易出現(xiàn)替空或少替兩種異常情況，影響水泥塞施工質(zhì)量。替空將致使水泥漿出現(xiàn)大段混漿降低水泥塞質(zhì)量，混漿嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)超緩凝現(xiàn)象，在規(guī)定候凝時間內(nèi)難以形成實塞而導(dǎo)致注水泥塞施工失??；少替將致使水泥漿頂替不到位，管內(nèi)殘留的水泥漿過多，增大“灌香腸”、“插旗桿”安全施工風(fēng)險。受施工設(shè)備條件限制水泥漿頂替量精確計量難度大，為避免連續(xù)油管進(jìn)行頂替施工過程中出現(xiàn)替空或少替情況，必須采取平衡注水泥塞施工工藝，即頂替到一定量后敞開井口快速上提連續(xù)油管，在管內(nèi)外壓差作用下水泥漿自動從油管內(nèi)流出，以形成有效完整水泥段塞，保證水泥塞施工質(zhì)量。連續(xù)油管平衡注替水泥漿施工工藝原理見圖1。

圖 1 連續(xù)油管平衡注替水泥漿施工工藝原理Fig. 1 Technical principle of coiled-tubing balanced slurry injection and displacement

2.4 反循環(huán)洗井施工工藝

由于水泥漿的黏附吸附作用，注替完水泥漿后油管或井筒內(nèi)會有少量殘余的水泥漿，需進(jìn)行洗井以保證井筒和連續(xù)油管的安全。通過國內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研和總結(jié)，對比反循環(huán)洗井與正循環(huán)洗井的優(yōu)缺點，得出連續(xù)油管臨時封井注水泥施工作業(yè)采取定點反洗循環(huán)洗井。反洗相對于正洗具有以下優(yōu)點：(1)殘余水泥漿通過連續(xù)油管返出地面，不需經(jīng)過上部井筒環(huán)空和井口，可以有效保障井筒的施工安全性；(2)清洗所需頂替液量少，節(jié)約施工時間，有效降低施工安全風(fēng)險；(3)可采取定點循環(huán)洗井，循環(huán)出超出設(shè)計量的水泥漿及混漿，精準(zhǔn)控制水泥塞厚度，保證施工質(zhì)量。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

目前涪陵工區(qū)開發(fā)地區(qū)多為焦石壩構(gòu)造邊緣，相對焦石壩主體區(qū)域構(gòu)造更加破碎，斷裂更為發(fā)育，地層傾角更大，井下情況更加復(fù)雜，為配合二期產(chǎn)能建設(shè)總體部署，涪陵工區(qū)先后在JYX-6HF 井、JYX-2HF 井等5 口井應(yīng)用了連續(xù)油管臨時封井注水泥技術(shù)，取得了很好的應(yīng)用效果。下面以此項技術(shù)在JYX-6HF 井的應(yīng)用進(jìn)行實例分析。

3.1 基本情況

JYX-6HF 井位于重慶市南川區(qū)水江鎮(zhèn)雙河村8 組，是針對上奧陶統(tǒng)五峰組-下志留統(tǒng)龍馬溪組下部頁巖氣層部署的一口頁巖氣開發(fā)水平井。壓裂試氣評價完成后，因現(xiàn)場實際情況暫達(dá)不到試采條件，為滿足后期鉆井施工要求，需要對該井進(jìn)行臨時封井作業(yè)。為降低施工循環(huán)壓耗和安全風(fēng)險，采取?60.325 mm 連續(xù)油管進(jìn)行注水泥塞施工，連續(xù)油管性能參數(shù)見表4。

表 4 JYX-6HF 井?60.325 mm 連續(xù)油管性能參數(shù)Table 4 Property parameters of ?60.325 mm coiled tubing in Well JYX-6HF

3.2 現(xiàn)場施工

連續(xù)油管臨時封井注水泥技術(shù)在JYX-6HF 井進(jìn)行了成功應(yīng)用，現(xiàn)場施工過程如下：(1)?50.8 mm連續(xù)油管在井深3 165.0 m(垂深2 789.3 m)和井深2 840.0 m(垂深2 642.6 m)處依次坐封2 個全封可鉆式復(fù)合橋塞，試壓70 MPa 合格；(2)下?60.325 mm連續(xù)油管探至全封橋塞位置2 840 m，遇阻噸位10 kN，上提1.5 m，試氣隊打開返排，壓裂車以500 L/min排量循環(huán)清水50 m3洗井；(3)固井車以500 L/min排量往連續(xù)油管內(nèi)依次泵注前置隔離液2 m3、水泥漿3.5 m3(密度1.85～1.88 g/m3)、后置隔離液0.5 m3、頂替泵注清水8.0 m3，泵注最后2 m3時以5 m/min速度上下活動連續(xù)油管(10 m 范圍內(nèi))；(4)打開滾筒入口旋塞閥使連續(xù)油管與大氣連通，以25 m/min速度快速上提連續(xù)油管至2 400 m(距離橋塞440 m，距離預(yù)計水泥塞面55 m)；(5)關(guān)閉與大氣連通的滾筒入口旋塞閥，倒換閘門組，以500 L/min 排量反循環(huán)清水30 m3洗井，循環(huán)洗井9 m3時返排口出現(xiàn)少量水泥混漿；(6)上提連續(xù)油管至井口，關(guān)井候凝48 h，專人觀察井口。

3.3 效果分析

關(guān)井候凝48 h，確認(rèn)地面水泥漿樣品凝固后連續(xù)油管開泵循環(huán)探塞，下至2 531.5 m 時油管載荷由70 kN 降至50 kN，再次復(fù)探遇阻顯示明顯，判定探至塞面，水泥塞厚度309.5 m(≥260 m)，符合臨時封井注水泥施工設(shè)計技術(shù)要求。

4 結(jié)論與建議

(1)坐封全封可鉆式復(fù)合橋塞為連續(xù)油管注水泥塞施工作業(yè)創(chuàng)造有利條件，保證水泥塞施工質(zhì)量；低摩阻水泥漿體系降低注替施工循環(huán)壓耗，使施工壓力控制在合理范圍內(nèi)，有效降低注水泥塞施工安全風(fēng)險；采取平衡注替工藝可使未頂替到位的水泥漿在管內(nèi)外壓差作用下自動從油管內(nèi)流出，以形成有效完整水泥段塞，保證水泥塞施工質(zhì)量；采取反循環(huán)洗井施工工藝，可快速洗出殘余的水泥漿，節(jié)約施工時間，有效降低井筒和連續(xù)油管的施工安全風(fēng)險。

(2)連續(xù)油管臨時封井注水泥塞工藝的應(yīng)用使注水泥塞施工在質(zhì)量和安全均得到了有效保證，取得了顯著的效果；建議采取定點反洗循環(huán)，循環(huán)出超出設(shè)計量的水泥漿及混漿，精準(zhǔn)控制水泥塞厚度，降低后續(xù)開井生產(chǎn)鉆塞工作量。