劉志雄，劉克強(qiáng)，胡久艷

(1.中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 710018)

經(jīng)過40多年的持續(xù)開發(fā)，目前長慶油田的套損井、長停井、低產(chǎn)低效井?dāng)?shù)量龐大，給油田的持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)和開發(fā)效益帶來了嚴(yán)峻考驗(yàn)。2016年以來，開展了以治理水淹長停井為主的套管開窗側(cè)鉆試驗(yàn)，在Φ139.7 mm套管內(nèi)采用Φ118 mm鉆頭鉆出井眼，下Φ89 mm套管固井射孔完井。由于井眼小、環(huán)空間隙窄，且后續(xù)需要對儲層進(jìn)行壓裂改造，因此，固井質(zhì)量要求高、施工風(fēng)險(xiǎn)高難度大。針對工程需求，通過技術(shù)攻關(guān)，形成了以韌性水泥漿、液壓尾管封隔器、粘接式套管扶正器、不留塞為主的固井工藝技術(shù)，解決了開窗側(cè)鉆井小井眼窄間隙固井難題，為后續(xù)壓裂改造和注水區(qū)含水、氣油層長期安全開發(fā)提供了良好的井筒條件。

1 主要技術(shù)難點(diǎn)

(1)水泥漿體系性能要求高。

①由于井眼小環(huán)空間隙窄，側(cè)鉆井眼固井施工泵壓高、風(fēng)險(xiǎn)大，因此需要水泥漿具有較好的流變性能，以便降低壓耗、提高頂替效率及減小施工風(fēng)險(xiǎn)；②水泥環(huán)薄，其抗壓和抗沖擊能力受限，為了滿足后續(xù)分段壓裂施工要求和避免水泥環(huán)在采油過程中損壞，需要水泥漿在具有較好流變性的前提下提高水泥石的力學(xué)性能；③較窄的環(huán)空間隙容易導(dǎo)致水泥漿處于高剪切狀態(tài)，引起水泥漿快速失水或脫水，造成橋堵、憋泵甚至壓漏地層；④水泥漿流變性與穩(wěn)定性之間存在矛盾，一般情況下水泥漿的流變性能好，其穩(wěn)定性能就會變差，反之穩(wěn)定性能好，流變性能變差。

(2)喇叭口及尾管、老套管重疊段密封要求高。

國內(nèi)油田Φ139.7 mm套管開窗側(cè)鉆定向井，一般下Φ101.6 mm或Φ95.3 mm套管固井射孔完井，采用酸化或單層壓裂增產(chǎn)措施。長慶油田因典型的低壓、低產(chǎn)、低滲透特征，側(cè)鉆井需要進(jìn)行分段壓裂才能獲得理想的建產(chǎn)效果(一般施工壓力在36 MPa以上)。因此，為保證壓裂施工安全有效對重疊段(尤其是喇叭口)密封性能要求更高。

(3)尾管居中難度大。

Φ118 mm井眼下入Φ88.9 mm油管，理論環(huán)空間隙為14.55 mm，尾管與老套管重疊段理論環(huán)空間隙為17.675 mm，同時由于泥餅、井眼縮徑、套管變形等因素的影響，實(shí)際的環(huán)空間隙更小。Φ89 mm油管直徑小、管壁薄、剛度低，易彎曲易貼壁。另一方面，側(cè)鉆井眼全部為定向井，若使用常規(guī)扶正器，扶正器弓高受到限制，扶正效果差、尾管下入困難，而且影響固井頂替效率和固井質(zhì)量，容易形成憋泵和橋堵，甚至導(dǎo)致無法泵替的工程事故。

(4)對上塞、下塞要求嚴(yán)格。

在喇叭口處或人工井底若留有水泥塞，不僅鉆塞費(fèi)時費(fèi)力，而且容易發(fā)生難以處理的復(fù)雜情況，甚至破壞水泥環(huán)[1-3]。

2 技術(shù)對策

2.1 韌性水泥漿體系領(lǐng)漿尾漿兩凝固井工藝技術(shù)

2.1.1 韌性微膨脹水泥漿體系

在側(cè)鉆小井眼水泥石力學(xué)完整性失效原因分析和水泥環(huán)力學(xué)完整性評價(jià)的基礎(chǔ)上，完成了水泥石力學(xué)改性材料優(yōu)選及評價(jià)，形成韌性水泥漿體系(領(lǐng)漿、尾漿)。體系具有性能穩(wěn)定、失水量低和零析水量、流變性好、稠化時間可調(diào)、具有優(yōu)良的抗沖擊性和微膨脹性能等優(yōu)點(diǎn)(見表1、表2)，在長慶油田側(cè)鉆小井眼固井作業(yè)中成功應(yīng)用，固井質(zhì)量良好，有效解決了側(cè)鉆小井眼固井存在的水泥環(huán)薄且脆性大、壓裂過程中易發(fā)生水泥環(huán)封隔失效的難題[4-5]。

表1 韌性水泥漿體系性能

表2 韌性水泥漿體系與常規(guī)水泥漿體系性能對比

2.1.2 領(lǐng)漿尾漿雙凝固井工藝技術(shù)

領(lǐng)漿設(shè)計(jì)較長稠化時間，水泥漿上返至喇叭口處有足夠循環(huán)出井口時間的同時，一旦出現(xiàn)浮箍浮鞋失效的情況，可以進(jìn)行一定時間的憋壓候凝，確保人工井底的合理位置。尾漿設(shè)計(jì)施工緊湊的稠化時間，水泥漿頂替到位后盡快凝固，防止浮箍浮鞋失效及油水竄現(xiàn)象[6]。

2.2 新型封隔式液壓尾管懸掛器

為了確保喇叭口密封能力、實(shí)現(xiàn)尾管串與上層老套管的徹底封隔、確保重疊段的固井質(zhì)量，研制了Φ139.7 mm×Φ88.9 mm新型封隔式液壓尾管懸掛器，注完水泥后，封隔器50 MPa的封隔能力可以滿足后期改造的需求。

懸掛器工具設(shè)計(jì)為懸掛器與封隔器一體式，主要由懸掛器總成、封隔器總成、密封總成、送入工具等件組成，其中：懸掛器為單液缸、單錐單排卡瓦、液壓坐掛，封隔器在注完水泥后機(jī)械座封(永久性封隔，無法解除)，送入工具由提升短節(jié)、防砂罩、座封擋塊、倒扣總成及中心管組成。

技術(shù)特點(diǎn)：①具有注水泥前坐掛尾管、注水泥后立即封隔尾管與老套管環(huán)空兩種功能。②可承受較大的正負(fù)壓差(≥50 MPa)，即使重疊段固井質(zhì)量不良，也能滿足后續(xù)壓裂施工的密封要求[7-8]，封隔式液壓尾管懸掛器主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 封隔式液壓尾管懸掛器主要技術(shù)參數(shù)

2.3 粘接式套管扶正器

針對側(cè)鉆小井眼存在的Φ88.9 mm油管居中難度大、環(huán)空壓降高、固井質(zhì)量難以保證等難題，研制了粘結(jié)式扶正器及配套粘接劑、整體式扶正器。尾管與上層套管重疊段采用粘結(jié)式扶正器(剛性扶正)，裸眼井段應(yīng)用整體式扶正器(彈性扶正)，既能保證小井眼小間隙尾管串的扶正，又能降低施工風(fēng)險(xiǎn)、確保整個管串的順利下入。

粘結(jié)式扶正器采用三維立體設(shè)計(jì)，扶正翼片采用180°半閉合，螺旋式粘結(jié)于套管串表面(圖1)，不但保證了套管居中，而且可以使流體通過扶正翼片時形成一定的旋流效果，提高頂替效率，且過流面積大，可以有效降低流體壓耗[9-10]。

圖1 粘結(jié)式套管扶正器結(jié)構(gòu)及實(shí)物

研制配套了聚甲基丙烯酸酯類粘接劑，該粘接劑剪切強(qiáng)度高，耐沖擊性與耐久性都非常好，只需極少的表面處理即可快速粘接，在65℃溫度條件下，側(cè)鉆用鉆井液中浸泡24 h，實(shí)驗(yàn)測試：粘接剪切強(qiáng)度大于23 MPa(見圖2)，可以滿足現(xiàn)場施工的需求。

圖2 粘結(jié)式套管扶正器剪切強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)

2.4 不留塞固井工藝技術(shù)

(1)喇叭口不留上塞工藝：注水泥后井口憋一定壓力，緩慢上提中心管，徹底清掃喇叭口處水泥(經(jīng)過13口井現(xiàn)場應(yīng)用，該處清掃干凈，沒有水泥殘留)，保證了管串內(nèi)的全通徑。

(2)管內(nèi)不留塞工藝：為了防止固井后套管內(nèi)留有水泥塞(下塞)，研發(fā)了防塞液體系，其配方為清水+4%KCl+50%G425P1，密度范圍為1.00～1.05 g/cm3。該防塞液懸浮穩(wěn)定性能好，與水泥接觸后能有效對水泥漿進(jìn)行分散懸浮?，F(xiàn)場應(yīng)用表明：注完水泥后用本防塞液作為后置液對水泥漿進(jìn)行頂替，確保套管內(nèi)無多余水泥漿，阻止套管內(nèi)形成下水泥塞[11-12]。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

2017年共完成13口套管開窗側(cè)鉆井的固井作業(yè)，固井質(zhì)量一次合格率100%，固井質(zhì)量優(yōu)良率達(dá)80%以上，全部滿足后續(xù)分段壓裂施工的要求?，F(xiàn)場施工情況見表4。

表4 現(xiàn)場施工情況統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論及建議

(1)新型封隔式液壓尾管懸掛器的封隔能力滿足了后續(xù)小尺寸套管壓裂施工的密封要求，現(xiàn)場應(yīng)用安全可靠，為固井作業(yè)的成功施工提供了保證。

(2)粘接式套管扶正器的成功應(yīng)用，不但提高了套管居中度，而且增加了流體環(huán)空過流通道，保證了固井作業(yè)的安全施工。

(3)韌性水泥漿體系提高了側(cè)鉆井小井眼窄間隙固井質(zhì)量，為側(cè)鉆小井眼固井后的分段壓裂施工、水泥石封固的長期有效性提供了有力的技術(shù)支撐。