孫栓科，胡 磊，楊 東

（新疆克拉瑪依市白堿灘區(qū)西部鉆探固井公司，新疆克拉瑪依 834009）

1 瑪湖水平井基礎數(shù)據

瑪湖區(qū)塊窄間隙水平井表層采用?381mm 鉆頭鉆至井深500m，下入?273mm 套管；技術套管采用?241mm 鉆頭鉆至井深3140m，下入?193.7mm 套管，低密度水泥漿固井，返至2540m，油層套管采用?165.1mm鉆頭鉆至井深5500～6000m，下入?127mm套管，水泥漿返至2940m，封固目的層，三開環(huán)空間隙小，其井身結構如圖1所示。

圖1 瑪湖井區(qū)窄間隙水平井井身結構圖

2 窄間隙水平井套管安全下入技術研究

2.1 影響下套管因素

（1）三維井水平井井眼軌跡復雜，由于拖壓直井段套管重量未能完全傳遞。由于水平井井眼軌跡比直井的較為復雜，在套管下入到造斜段時，井斜角會忽然的增大，套管下入到狗腿角過大的井段時，套管與井段的接觸機會就會大大增加，從而使接觸壓力變大，因此套管下入阻力也會逐漸增加，下套管的阻力增加到一定程度可能會發(fā)生無法正常下入套管的情況。在鉆進過程中井眼軌跡三維彎曲，這樣會產生扭方位，使井眼半徑變小或者使狗腿角變大，從而導致下套管難度增大。三維水平井方位扭角大，套管下至后期由于拖壓使上部套管重力難以往下傳遞，造成套管前行困難。

（2）下入套管剛度大于通井鉆具剛度。如表1 所示，2017 年以前瑪湖井區(qū)窄間隙三開水平井下套管前通井采用三扶正器鉆具組合，完井套管采用剛級為P110套管，外徑127mm，壁厚11.1mm；根據公式：

表1 通井鉆具組合參數(shù)

式中：I鉆——加重鉆桿的慣性矩，I鉆=（D鉆4-d鉆4）×π/64；

I扶——通井扶正器的慣性矩，I扶=（D扶4-d扶4）×π/64；

L鉆——加重鉆桿長度；

L扶——扶正器有效棱長；

I套——套管的慣性矩，I套=（D套4-d套4）×π/64。

根據剛度計算可得鉆具與套管剛度比值M=0.97，說明通井鉆具剛度小于下入套管剛度，鉆具通井效果差，未能有效地對井眼進行修復，因此套管下入更困難。

（3）水平井段長，下套管后期水平段摩阻大于套管直井段自重?，敽畢^(qū)窄間隙水平井水平段長1200～2000m不等，從造斜點至井底均處于裸眼地層，套管下至后期由于重力的作用，套管在水平段貼邊前行，套管與井壁之間摩阻大，給套管的順利下入增加難度；水平段長，下入過程巖屑堆積嚴重，當摩阻大于等于套管直井段浮重，套管難以下入。

（4）井眼條件不規(guī)則，斜井段和水平段不規(guī)則井眼不能使套管平順下放。斜井段和水平段鉆進時易產生“糖葫蘆”井眼和鍵槽，套管在下入過程中當浮鞋進入不規(guī)則復雜井眼后會導致套管遇阻無法下放到位。

2.2 水平井下套管技術方案

（1）軌跡模擬，確定套管下深。在水平井鉆進過程，通過實鉆軌跡和設計軌跡進行套管下深模擬，確定套管理論下入，根據套管理論下深可確定完鉆井深，避免鉆井進尺的浪費。

如圖2所示，根據鉆進過程實鉆軌跡和工程設計軌跡、泥漿性能，通過固井軟件進行套管理論下深模擬。

圖2 水平井下套管摩阻模擬圖

（2）采用四扶正器鉆具組合，剛度大于套管剛度。由于前期瑪湖窄間隙三開水平井井眼前期下套管困難，因此采用四扶正器（大三扶）鉆具組合通井，并在環(huán)瑪湖小三開井身結構水平井中推廣應用；

鉆具組合：?165.1mm 鉆頭+?160mm 扶正器+?101.6mm 加重鉆×1+?160mm 扶正器+?159mm 扶正器+?101.6mm 加重鉆桿×1+?158mm 扶正器+?101.6mm鉆桿串。

根據式（1）得到此四扶正器鉆具組合剛度比M=1.20。

通過套管剛度和通井鉆具剛度計算對比，確定通井鉆具剛度大于下入套管剛度（即剛度比M大于1），通井正常后再進行下套管作業(yè),該通井鉆具組合剛度比更大，在通井過程中更能有效模擬下套管情況，且對于阻卡井段有較好的井眼修復效果。

（3）優(yōu)化鉆井液性能，做好下套管中途洗井措施。鉆井液不僅在鉆井過程中井內起著循環(huán)的作用，同時也在鉆井通井和下套管時可以起到很好的潤滑作用，可以降低通井與下套管時的摩擦阻力，減小對套管的損害。鉆井液主要是因為其潤滑性對套管摩阻的一個影響，這樣可以減小套管摩阻系數(shù)，從而達到減小套管摩阻的效果。因此現(xiàn)場都是合理使用鉆井液，已達到套管順利下入的效果。同時，鉆井液由于在井內是循環(huán)作業(yè)的，因此鉆井液也有把井底的這些巖屑循環(huán)帶出到地面，能更好地清潔井眼，一般來說下套管前高粘鉆井液有助于巖屑清理，固井前低粘低切鉆井液有助于固井頂替效率，是保障固井質量重要因素之一。

（4）優(yōu)選下套管減阻固井附件，優(yōu)選并合理安放固井扶正器。下套管使用水力偏心旋轉浮鞋，該工具在開泵循環(huán)和遇阻下壓時偏心導向頭能旋轉，使套管能有效通過大肚子、鍵槽等井眼。同時扶正器采用剛性滾輪扶正器與整體式彈性扶正器交替安裝，既保障了套管順利下入，又提高了套管居中度，保障固井質量，扶正器種類及安裝位置如表2所示。

表2 扶正器種類和安放位置

3 水平井固井工藝研究

3.1 優(yōu)化漿柱結構，采用高效前置液

瑪湖區(qū)塊油氣水較為活躍，斜深長設計要求水泥封固段長，漿柱結構既要確保固井后壓穩(wěn)油氣水層，前置液又必須較好地沖洗管壁，從而提高水泥漿膠結質量。

固井采用高效隔離液+驅油性清洗液+水泥漿漿柱結構，隔離液占高1300m，清洗液占高約300m，保證了其具備良好的沖洗性。

3.2 優(yōu)化水泥漿性能

由于瑪湖水平井采用體積壓裂，壓裂級數(shù)多，壓力高，因此要求固井水泥漿必須具備較強的抗沖擊性，在常規(guī)水泥漿中加入彈性材料及膨脹顆粒，采用顆粒級配技術，使水泥漿具有較好的抗沖擊能力；同時瑪湖區(qū)塊油氣顯示好，要求水泥漿體系有良好的防油氣竄性能，快速發(fā)揮早期強度，從而保障水平井封固質量。

3.3 優(yōu)選固井施工參數(shù)

瑪湖水平井斜深長，下套管循環(huán)洗井時間長，設計要求水泥漿一次封固段約2700m，因此固井施工排量優(yōu)選從以下三方面考慮：

（1）由于地層具有橡膠回吐特性，施工循環(huán)壓耗須平衡地層壓力，防止地層泥漿回吐，污染水泥漿，影響封固質量。根據多口井循環(huán)洗井觀察當排量大于1.0m3/min時地層易發(fā)生滲漏，排量小于0.6m3/min時，地層吸入泥漿將回吐。

（2）注入流體要有較好流態(tài)，能使前置液有效地清洗管壁，提高水泥漿膠結質量。

（3）小間隙井眼，循環(huán)壓耗大，全井替漿介質為清水，固井施工泵壓高。

通過水平井、前置液流態(tài)模擬，當固井施工排量達到1.0m3/min時前置液為紊流流態(tài)，對套管壁清洗效果好。因此固井替漿采用變排量頂替，前期頂替排量為1.0m3/min，提高清洗液及水泥漿頂替效率，水泥漿進入直井段后，頂替排量降至0.7m3/min，防止漏失。

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3.4 固井主要技術措施

（1）四扶通井到底后大排量1.20m3/min 保證循環(huán)無漏失，驗證地層承壓能力和井眼穩(wěn)定性。

（2）固井前充分循環(huán)洗井排凈后效，后效值需小于1×104ppm，泥漿密度不小于完鉆泥漿密度，粘度小于60s，進出口密度差小于0.01g/cm3。

（3）下部結構為強制式旋轉浮鞋+雙浮箍下部結構，確保固井施工單流閥可靠性，管內零壓候凝。

（4）采用雙泵車同時替清水，保證高泵壓替漿施工的連續(xù)性、安全性且排量滿足頂替效率要求。

（5）固井結束后若放回水正常立即關井，環(huán)空加回壓3～5MPa，確保固井候凝過程環(huán)空壓穩(wěn)。

4 現(xiàn)場應用——MaHW2039井?127mm油層套管固井

4.1 基本井況

MaHW2039井是新疆油田部署在瑪湖區(qū)塊瑪2井區(qū)的一口開發(fā)水平井，三開?165.1mm 鉆深5288m，A 點3788m，井底垂深3500m，水平段長1500m；下入?127mm、壁厚11.1mm套管，鉆井液為鉀鈣基聚銨有機鹽鉆井液體系，完鉆密度1.53g/cm3，設計要求水泥漿返至2860m，MaHW2039井井身結構如表3所示。

表3 MaHW2039井井身結構

4.2 采取主要技術措施

（1）電測完四扶正器通井，四扶鉆具組合：?165.1mm鉆頭+?160mm 扶正器+?101.4mm 加重鉆桿+?159mm 扶正器+?159mm 扶正器+?101.4mm 加重鉆桿+?159mm扶正器。

（2）調整好鉆井液性能，鉆井液中加入潤滑劑，斜井段和水平段注入潤滑性良好的潤滑漿，粘度小于70s，降低井壁摩擦阻力。

（3）四扶通井到底后大排量1.20m3/min 保證循環(huán)無漏失現(xiàn)象，驗證地層承壓能力和井眼穩(wěn)定性。

（4）下套管在500m、1500m 處頂通15min，排量小于1.0m3/min，出技術套管前（3000m 左右）循環(huán)洗井1周，排量小于0.5m3/min，井隊開泵控制好泵壓。A 點以后200m循環(huán)洗井一周，之后每500～800m洗井一次，每次循環(huán)洗井須排盡后效，洗井期間注意活動好套管嚴防粘附。套管下至井底后，小排量（小于0.5m3/min）洗井一周后，逐漸增加排量至1.0m3/min。

（5）漿柱結構：采用高效隔離液、清洗液和韌性水泥漿漿柱結構，水泥漿密度為1.90g/cm3，有效平衡地層壓力，全井替清水。

（6）固井前充分循環(huán)洗井排凈后效，后效值需小于1×104ppm，泥漿密度不小于完鉆泥漿密度，粘度小于60s，進出口密度差小于0.01g/cm3。

（7）固井替漿采用變排量頂替，前期頂替排量為1.0m3/min，提高清洗液及水泥漿頂替效率，水泥漿進入直井段后，頂替排量降至0.7m3/min。

（8）固完井后若放回水正常立即關井，環(huán)空加回壓3～5MPa，8h拆水泥頭，候凝24h后進行下步作業(yè)。

4.3 水泥漿性能

固井采用韌性防氣竄水泥漿體系，其性能如表4所示。

表4 MaHW2039井水泥漿體系綜合性能（83℃，55MPa）

由表4 可以看出，該水泥漿體系各項性能指標優(yōu)良，失水量小，稠化過渡時間短，早期強度發(fā)揮時間為3.5h，具有較好的防竄性能，24h 小時抗壓強度值26MPa，具有高強度低彈性模量特性，其各項目性能均滿足水平井壓裂開采需要，其性能如圖3、圖4所示。

圖3 水泥漿稠化曲線

圖4 水泥漿靜膠凝曲線圖

4.4 現(xiàn)場施工參數(shù)

固井注水泥施工：注入14m3密度1.60g/cm3的高效隔離液，4m3密度1.02g/cm3清洗液，注入防氣竄水泥30m3，平均密度1.90g/cm3。

替漿施工45.3m3，前38m3，施工排量1.0m3/min；7.3m3施工排量0.7m3/min，碰壓32～38MPa，固井施工結束后放回水正常，關防噴器環(huán)空加壓4.2MPa。

4.5 聲幅檢測情況

本次固井施工過程順利，各項指標基本達到設計要求。試壓合格，經聲幅CBL測井驗證，全井固井質量合格，分段聲幅解釋如表5所示。

表5 MaHW2039井CBL聲幅解釋情況

根據上述研究結果，在瑪湖區(qū)塊進行窄間隙水平井多口井下套管及固井現(xiàn)場應用，在整個管串下入過程無阻卡現(xiàn)象，套管安全下至設計位置，開泵循環(huán)正常，現(xiàn)場參數(shù)符合設計要求，固井質量合格率為100%，對水平段進行了有效封隔，通過后期壓裂施工證實，固井質量封隔良好，滿足大型體積壓裂要求。

5 認識與結論

（1）充分的井眼準備，是窄間隙井眼、超長水平段套管安全下至井底的必要條件，使用四扶正器通井鉆具組合，優(yōu)化下套管中途洗井等措施能保障套管順利下入。

（2）國產防氣竄韌性水泥漿具有較好的防油氣侵及抗沖擊性能，不僅能提高水泥漿封固效果，還有利于后續(xù)大型體積壓裂。

（3）窄間隙固井，前置液易于實現(xiàn)紊流頂替，可通過設計合理的漿柱結構和頂替排量，提高前置液沖洗時間，既能保證水平段頂替效率又能防止薄弱地層漏失。

（4）固井前充分循環(huán)洗井、低粘低切性能泥漿、固井替漿施工連續(xù)性均是提高固井質量的重要因素。