張君毅， 陳穎杰， 廖富國， 付華才

(1中石油川慶鉆探公司川東鉆探公司 2中石油西南油氣田分公司勘探事業(yè)部)

五探1井位于四川盆地達州～開江古隆起檀木場潛伏構造高點。本井三開?374.65 mm套管下深3 547.71 m，四開采用?333.4 mm鉆頭、1.67 g/cm3聚磺鉆井液鉆進至井深5 331 m、層位韓家店組中完，下?273.05 mm套管固井，最大井斜小于2.2°，實鉆中在嘉陵江組、飛仙關組、長興組、茅口組、黃龍組均發(fā)生過井漏，且以茅口組惡性井漏為主。五探1井?273.05 mm套管固井為川渝地區(qū)該尺寸套管固井井深最深，屬超深井固井范疇，其固井存在較大難度。該井固井施工的成功將為今后類似固井作業(yè)提供寶貴經(jīng)驗。

一、主要技術難點

若采用一次性下套管固井，套管懸重將到達450 t以上，這使得施工設備負荷大，實際操作風險大，且極易發(fā)生卡套管情況。五探1井施工采用先懸掛、后回接固井方式，套管下深5 331 m，裸眼段長1 783.29 m(見表1)，懸掛井段3 150.00～5 331.00 m，套管重量為167 t，浮重134 t，回接井段0～3 150 m，套管重量為290 t，浮重232 t。套管重量大、裸眼長，套管下至預定井深難度大[1]。

固井注水泥施工，水泥漿驅替的環(huán)空間隙較大且井徑變化不規(guī)律，存在“糖葫蘆”井眼(見圖1)，這給套管柱下入和固井質(zhì)量保障帶來很大困難。裸眼段長1 783.29 m，存在四個壓力體系，地層敏感性較大，氣層活躍，易出現(xiàn)漏噴同存現(xiàn)象，施工防漏防竄是一大難題[2]。

井深4 200 m以下存在三段氣侵顯示，根據(jù)電測解釋(見表2)，茅二段地層為活躍氣層(實鉆中在該層位發(fā)生氣侵，總烴值4.468 4%↑90.268 4%)，固井防氣竄難度大，固井后易出現(xiàn)環(huán)空帶壓現(xiàn)象。

表1 五探1井井身結構數(shù)據(jù)表

圖1 五探1井?333.4 mm鉆頭井眼裸眼段井徑曲線圖

表2五探1井?333.4mm鉆頭井眼裸眼段電測解釋成果表

層位井段/m厚度/m解釋結論飛三～飛一段4061.0～4068.37.3滲透層茅二段4830.6～4847.316.7氣層石炭系5184.3～5201.717.4水層

飛仙關以下地層(4 066～5 185 m)存在多段漏失，以茅口組(4 830～4 847 m)為主要漏層，該層位實鉆過程中累計漏失鉆井液1 126.2 m3，經(jīng)多次堵漏作業(yè)后用1.68 g/cm3鉆進仍伴隨井漏，黃龍組5 185 m實鉆也出現(xiàn)大漏現(xiàn)象，固井施工漏失風險大。

二、難點處理措施

1. 采用高扭矩、高強度套管先懸掛、后回接固井方式

五探1井全井?273.05 mm套管采用TP-CQ氣密封扣、110剛級、壁厚13.84 mm，套管總重量為457 t，浮重366 t，采用先懸掛、后回接固井方式分散單次下套管的重量，降低下套管安全作業(yè)風險。

使用的懸掛器基本結構主要包括(如圖2所示)：送入工具、回接筒、懸掛器、密封補芯、碰壓器、膠塞組合、回接工具等。

圖2 五探1井?237.05 mm尾管懸掛器示意圖

2. 強化通井措施保障套管順利下至預定井深

2.1 合理選擇通井鉆具組合

通過通井鉆具組合與套管柱的剛度比來評價通井后套管柱能否順利下入。當其剛度比值大于1時，表示通井鉆具剛性大于套管柱剛性，通井后套管柱能下入，但剛度比值越大，通井難度越大。根據(jù)磨溪-高石梯地區(qū)和下川東地區(qū)實鉆井下套管前通井情況，通井鉆具的剛度比值在1.4～1.8范圍內(nèi)最佳。同時在通井鉆具組合中加入隨鉆震擊器，有利于通井防卡。

五探1井采用2趟帶扶正器的通井鉆具組合[3]：

第一趟通井：?333.4 mm牙輪鉆頭+雙母接頭+回壓凡爾+?330 mm扶正器+?228.6 mm鉆鋌6根+731×630接頭+?203.2 mm鉆鋌2根+?203.2 mm隨鉆震擊器1根+631×410接頭+?177.8 mm鉆鋌3根+411×520DS接頭+?139.7 mm鉆桿(剛度比：1.47)

第二趟通井：?333.4 mm牙輪鉆頭+雙母接頭+回壓凡爾+?330 mm扶正器+?228.6 mm鉆鋌1根+?320 mm扶正器1只+?228.6 mm鉆鋌1根+?320 mm扶正器1只+?228.6 mm鉆鋌3根+731×630接頭+?203.2 mm鉆鋌2根+?203.2 mm隨鉆震擊器1根+631×410接頭+?177.8 mm鉆鋌3根+411×520DS接頭+?139.7 mm鉆桿(剛度比：1.59)

2.2 通井技術措施

①通井注意噸位變化，不能猛提猛放，以防阻卡;②每次遇阻噸位不超過5 t，對掛卡、遇阻的井段必須加強劃眼，通井到位后堅持短起下并大排量循環(huán)鉆井液不少于兩周，使井眼干凈、無垮塌、無沉砂、無后效，為下套管作業(yè)做好準備[4];③循環(huán)出井的鉆井液必須過篩，確保鉆井液清潔;④通井至井底，起鉆前鉆井液充分循環(huán)，進出口密度差≤0.02 g/cm3。

2.3 優(yōu)化鉆井液性能

井筒內(nèi)鉆井液采用密度1.68 g/cm3的鉀聚磺鉆井液體系，下套管前調(diào)整好鉆井液性能，降低裸眼段摩擦阻力，鉆井液塑性黏度控制在30 mPa·s以內(nèi)，屈服值<8 Pa(如表3)。

表3 五探1井下?273.05 mm套管前鉆井液性能參數(shù)表

表黏/mPa·s塑黏/mPa·skfΦ600Φ300Φ200Φ100Φ6Φ3nk/Pa·sn25200.0850302214320.740.15

圖3 尾管固井施工頂替效率模擬

3. 優(yōu)選替漿排量保障頂替效率

選用不同循環(huán)排量，同條件下模擬施工過程中動當量密度，根據(jù)動當量密度情況，下套管前做地層承壓試驗，為固井優(yōu)選的施工參數(shù)提供現(xiàn)實可能性。

(1)按固井設計要求，當水泥漿的頂替效率達到90%以上才能保障固井質(zhì)量。通過CCDC DOWNHOLE SERVICE COMPANY工程計算軟件模擬結果(圖3)，在頂替排量達到2.4 m3/min以上時，水泥漿的頂替效率達到90%以上。

(2)以2.4 m3/min、2.7 m3/min的循環(huán)排量，同條件模擬施工過程中主要漏層(4 893 m和5 185 m)、井底(5 331 m)的承載壓力情況(圖4、圖5、圖6、表4所示)。假定固井所用水泥漿密度為1.88 g/cm3，懸掛固井時水泥漿注入井筒內(nèi)，此時全井的平均密度為1.77 g/cm3，采用2.4 m3/min的排量進行頂替，此時井筒內(nèi)主要漏層所承載的最大壓力與密度1.88 g/cm3鉆井液對漏層5 185 m施加的靜液柱壓力相當。所以，按1.88 g/cm3當量密度(井口憋壓10 MPa)對茅口主漏層做地層承壓試驗，保障地層承壓能力，降低固井施工井漏風險。

圖4 施工過程中4893m壓力變化

圖5 施工過程中5185m壓力變化

圖6 施工過程中井底壓力變化

表4動當量密度模擬情況表

工況通井套管下到位替漿到位排量/(L·s-1)46404640465185m漏層靜當量密度/(g·cm-3)1.681.681.775185m漏層動當量密度/(g·cm-3)1.731.741.751.881.904066m氣顯示頂界動當量密度/(g·cm-3)1.731.721.731.821.84管內(nèi)摩阻/MPa16.47.59.57.09.0環(huán)空摩阻/MPa2.13.03.35.86.8泵壓/MPa18.510.512.819.122.0

4. 制定固井施工措施

4.1 尾管懸掛注水泥施工

(1)采用雙凝水泥漿體系，兩凝界面4 000 m?？旄刹捎庙g性防氣竄水泥漿，密度1.88 g/cm3，封固5 331～4 000 m井段；緩凝采用纖維防漏水泥漿體系，密度1.88 g/cm3，封固4 000～3 150 m以上至喇叭口井段，下水泥塞長度50 m，上塞及多返設計15 m3。

(2)在井不漏的前提下憋壓3～5 MPa候凝，期間間斷補償水泥漿凝固失重造成的壓力損失，提高氣體防竄效果。

候凝壓力補償滿足安全條件[5]：

p自+p失+p補≥p孔隙

式中：p自、p失、p補、p孔隙—分別為環(huán)空鉆井液柱壓力、水泥漿失重后壓力、憋壓候凝壓力、 地層孔隙壓力。

(3)施工排量要達到2.4m3/min以上。

(4)提前做好井漏反注施工方案：若漏速穩(wěn)定并≤10 m3/h，則采用彌補施工中水泥漿的漏失量，多注入一定量的水泥漿，仍采用一次性正注水泥返至尾管懸掛器之上的固井施工方案；若漏失量過大，則根據(jù)實際井漏情況，完善正反注方案的前提下進行固井施工作業(yè)，反擠采用密度1.90 g/cm3的纖維防漏水泥漿體系。

4.2 套管回接注水泥施工

(1)采用一次性雙膠塞正注兩凝水泥漿固井工藝，緩凝為微膨脹防竄水泥漿體系，水泥漿密度1.90 g/cm3；快干為韌性防竄水泥漿體系，水泥漿密度1.88 g/cm3，兩凝界面2 270 m。

(2)采用預應力固井技術,補償水泥漿水化收縮對失重的影響[6]?？刂茐翰钤?0 MPa。

(3)憋足回壓候凝。兼顧安全與壓穩(wěn)，上層套管抗內(nèi)壓強度50.5 MPa，回接套管抗擠強度49.7 MPa，憋回壓10～12 MPa，管外液柱壓力59.85 MPa，憋壓后管外壓力71.9～67 MPa，能確保套管安全；憋壓后喇叭口井深3 150 m處當量鉆井液密度為2.29～2.13 g/cm3，快干失重時當量鉆井液密度為2.03～1.87 g/cm3，滿足水泥漿凝結失重后的壓力補償。

(4)優(yōu)選注替參數(shù)，提高頂替效率，在同條件下選用不同排量進行頂替效率數(shù)據(jù)模擬，通過CCDC DOWNHOLE SERVICE COMPANY工程計算軟件模擬結果表明，當施工排量達到2.2 m3/min以上，回接固井施工頂替效率能夠到達90%以上。

(5)采用雙膠塞固井，減少混漿；認真檢查插入筒，確保插入筒插入順利可靠，有效密封。

(6)強化候凝措施,同時滿足候凝時間大于48 h、地面取樣已凝固、環(huán)空壓力平穩(wěn)等條件方可進行下步作業(yè)[7]。

三、固井施工過程與效果

1. 固井施工過程

1.1 套管送入情況

分別采用剛度比為1.47、1.59的近鉆頭單扶和三扶通井至井底，套管順利下至預定井深。

1.2 套管懸掛施工

(1)水泥漿配方。緩凝：G級水泥+3%微硅+1.5%超細纖維+4%增韌劑+0.8%減阻劑+3%降失水劑+0.1%緩凝劑+0.7%寬溫帶緩凝劑+0.2%消泡劑。

快干：G級水泥+2%硅粉+8%韌性防氣竄劑+1%減阻劑+2.5%降失水劑+0.6%緩凝劑+0.2%消泡劑。

(2)注隔離液5 m3，注密度1.87～1.90 g/cm3緩凝水泥漿43 m3,注密度1.86～1.89 g/cm3快干水泥漿55 m3。

(3)注壓膠塞液、替漿128 m3，替漿排量2.4～2.5 m3/min，紊流頂替，施工壓力正常，碰壓27.4 MPa，泄壓無回流，起出中心管循環(huán)排混漿后關井憋壓5 MPa候凝4 h，再補壓至10 MPa候凝。

1.3 回接施工

(1)水泥漿配方。

緩凝：G級水泥+1.5%降失水劑+2%膨脹劑+1.0%減阻劑+0.3%緩凝劑+0.2%消泡劑。

快干：G級水泥+ 2%高溫降失水劑+1.5%增韌劑+7%韌性防氣竄劑+1%減阻劑0.2%緩凝劑+0.2%消泡劑

(2)注隔離液10 m3，注密度1.87～1.92 g/cm3緩凝水泥漿85 m3，注密度1.86～1.90 g/cm3快干水泥漿31 m3。

(3)注壓膠塞液、替漿148.3 m3，替漿排量2.7～3.0 m3/min，紊流頂替，施工壓力正常，碰壓20 MPa，泄壓無回流，環(huán)空憋壓12 MPa候凝。

2. 固井質(zhì)量評價

通過聲幅變密度測井，五探1井?273.05 mm套管固井質(zhì)量合格率達到70.3%，固井后環(huán)空無氣竄現(xiàn)象，固井質(zhì)量合格，滿足本次固井要求。

四、結論和認識

(1)優(yōu)化鉆井液性能、選用剛度比為1.47的單扶鉆具組合和剛度比為1.59的三扶鉆具組合進行通井，有助于套管順利下達預定井深。

(2)對壓力敏感性地層進行注水泥施工過程中的地層壓力動當量模擬，能為地層承壓試驗和施工參數(shù)優(yōu)選提供依據(jù)，對固井質(zhì)量保障起到積極作用。

(3)水泥漿失重過程中容易發(fā)生氣體上竄。采用韌性防氣竄兩凝水泥漿體系和預應力固井技術，分時間段補償水泥漿失重壓力，可有效抑制氣體上竄。

(4)本次固井所使用的尾管懸掛器不帶頂封裝置，可優(yōu)化大尺寸尾管懸掛器結構，選用帶頂封的尾管懸掛器，有利于阻隔下部氣層氣體上竄。