低压易漏井提高固井质量的研究与应用

断块油气田２００８年１月第１５卷第１期低压易漏井提高固井质量的研究与应用孙清华彭明旺夏宏南张俊严维锋屈胜元（长江大学石油工程学院，湖北荆州４３４０２３）ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｃｅｍｅｎｔｑｕａｌｉｔｙｉｎｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｅａｓｙｌｅａｋｉｎｇｗｅｌｌｓＳｕｎＱｉｎｇｈｕａ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＹａｎｇｔｚｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｇｚｈｏｕ４３４０２３，Ｃｈｉｎａ），ＰｅｎｇＭｉｎｇｗａｎｇ，ＸｉａＨｏｎｇｎａｎ，ｅｔａｌ．ＷｅｌｌＰｕｇｕａｎｇ３ｉｓａｔｙｐｉｃａｌｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｅａｓｙｌｅａｋｉｎｇｗｅｌｌ．Ｉｔｉｓｅａｓｙｌｅａｋｉｎｇｉｎｌｏｎｇｏｐｅｎｈｏｌｅ，ｌｏｎｇｓｅａｌｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎｓ，ｍｕｌｔｉｐｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｇｉｍｅｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｓｖｅｒｙｃｏｍｐｌｅｘｉｎｔｈｉｓａｒｅａ，ｗｈｉｃｈｂｒｉｎｇａｂｏｕｔｍａｎｙｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓｉｎｃｅｍｅｎｔｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｃｅｍｅｎｔｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｉｓｎｏｔｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ．Ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｅｓｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｅｎｈａｎｃｉｎｇｃｅｍｅｎｔｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｅｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙｅｆｆｅｃｔｈａｓｂｅｅｎａｃｑｕｉｒｅｄｉｎｆｉｅｌｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｈｒｏｕｇｈｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｖｏｌｕｍｅｏｆｃｅｍｅｎｔｐａｓｔｅａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｅａｓｙｌｅａｋｉｎｇ，ｗｅｌｌｃｅｍｅｎｔｉｎｇ，ｌｏｎｇｏｐｅｎｈｏｌｅ，ｃｅｍｅｎｔｐａｓｔｅ．１提高固井质量的措施１．１堵漏提高地层承压能力对于低压易漏井，钻井过程中经常出现井漏或者不井漏但只能维持正常钻进而井眼不能承受额外液柱压力作用的情况，不能给固井创造一个较好的井眼条件。

因此，在固井前或钻井过程中，通常都要对地层进行堵漏，以提高地层承压能力。

进行平衡压力注水泥设计及确定地层合理承压增值的步骤一般是［１］：（１）根据同井段高压层地层压力的要求、水泥浆的性能，确定所使用的水泥浆密度。

（２）根据提高顶替效率及静压平衡初步设计浆柱结构及各液柱的密度与用量。

在设计时既要防漏，又要防涌。

对于防涌，一般校核水泥浆顶部和上部气层处，因为在水泥浆以上有密度较低的前置液，因此环空中一般此处当量密度最低。

如果上部有气层，需要校核气层处是否能压住。

（３）根据上述浆柱结构设计注替排量计划。

首先计算流动摩阻，然后校核动压（静压＋流动摩阻）与地层漏失压力间是否平衡，一般取一个特殊井深点（如钻井过程中显示的漏失层）和特殊时刻点（如水泥浆刚开始返出套管鞋、顶替终了时刻等）计算。

（４）根据（３）的结果确定地层承压增值。

如果动压大于地层漏失压力，该差值即是所需要的地层承压增值，也就是堵漏提高地层的承压能力。

在设计过程中，步骤（２）—（４）可能要反复交叉进行，对于某特殊井（如严重漏失井），可能还要调整水泥浆密度。

这样，最终可确定出合理的地层承压增值。

１．２固井前充分洗井并调整钻井液性能在固井前充分洗井是一项提高固井质量的措施，因为充分洗井可将井内沉砂洗出，有利于提高顶替效率，也可以冲洗掉井壁上的虚泥饼或扩径处的“死”泥浆，有利于水泥与地层的胶结。

调整钻井液性能，技术实质就是改善流变性，调收稿日期：２００７－０５－１１。

作者简介：孙清华，男，１９８３年生，油气井工程专业在读硕士研究生，主要从事钻井仪器和钻井工艺等方面的研究开发工作。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｕｎｑｉｎｇｈｕａ１９８３＠１６３．ｃｏｍ。

摘要普光３井是一口典型的低压易漏井，由于该地区地质条件较为复杂，固井时存在长裸眼、长封固段、多压力系统易漏的特点，给固井施工造成很大的困难，固井质量一直不甚理想。

文中综合了提高固井质量的措施，从水泥浆性能与用量设计入手，通过顶替排量优选，现场应用取得了满意的效果。

关键词低压易漏固井长裸眼水泥浆中图分类号：ＴＥ２５６文献标识码：Ａ文章编号：１００５－８９０７（２００８）０１－０９８－０３断块油气田ＦＡＵＬＴ－ＢＬＯＣＫＯＩＬ＆ＧＡＳＦＩＥＬＤ９８第１５卷第１期２００８年１月整原则是在保证井下安全前提下尽量降低钻井液的密度，降低塑性黏度、动切力和静切力，减小触变性影响。

特别需要指出的是，钻井液的触变性对水泥浆顶替效率有明显的影响，在低速下尤为明显。

随着环空返速的增加，钻井液结构破坏，静切力减弱，附着在井壁的滞留钻井液易被驱替带走。

１．３合理设计浆柱结构、前置液紊流顶替对于低压易漏井，可以采取如下的浆柱结构（要求前置液为紊流顶替）：钻井液密度＞前置液密度＜水泥浆密度钻井液黏度＞前置液黏度＜水泥浆黏度这种浆柱结构利用前置液紊流的冲蚀、扰动作用实现对钻井液的顶替，利用水泥浆与前置液之间的密度差与黏度差实现对前置液的顶替，最终获得高的环空顶替效率。

１．４控制“Ｕ”形管效应在固井注替中，套管内流体对井底产生的静液柱压力可能大于套管环空内流体产生的静液柱压力。

当此压差大于井筒内流体的流动阻力时，套管内的高密度流体将会产生自由下落。

当自由下落速度大于井口泵入排量时，井口会出现不连续的真空段，这时井中的流场发生不均匀的变化，自由下落使井底流量超过井口泵入量，甚至会超过数倍以上。

而当水泥进入套管鞋以后，套管内外流体产生的静液柱压力向着平衡的方向发展，由于流动阻力的存在使得井口不连续的真空段被逐渐充填。

自由下落速度越快，持续时间越长，井底小流量时间越长。

在这个过程中，对于前一个过程，即井底流量远远超过井口泵入流量时，环空中的流速增大，摩阻也增大，如果控制不好，在低压易漏地层，往往容易压裂或者压漏地层；对于后一个过程，即真空段减小的过程，环空实际流量又远小于井口泵入流量，对顶替效率产生负面影响。

所以在施工设计过程中，首先尽量减小自由下落过程，减小环空的流量变化程度，对防漏和提高顶替效率都是有利的；其次在低压易漏井固井中，应该重视“Ｕ”形管效应，对真空段做出准确的计算，并有效监控由“Ｕ”形管效应造成的环空压力变化，防止在真空段出现及消失的变化过程中压漏地层。

１．５防止波动压力过大控制下套管速度，从而控制环空流阻增加与压力激动。

开泵开始循环时操作减缓，由于要克服环空钻井液的静切力及整个液柱的静摩擦力，地层往往要承受一个附加的压力值，不利于防漏。

下套管过程保持环空钻井液流动，不产生过大结构力。

下至设计井深后，控制小排量顶通，在井下流体结构强度充分破坏后，逐渐恢复到正常循环排量。

水泥浆上返接近预返高度时，因水泥浆密度大于钻井液密度，环空液柱压力有较大增长，应严格控制顶替排量。

１．６提高顶替效率措施［２］１．６．１提高井径规则程度井径不规则造成的不良影响包括两方面。

一是“糖葫芦”井眼对固井的影响，它是在井眼内形成的一连串“大肚子”井眼（包括单个“大肚子”井眼情况）。

固井顶替过程中，在“大肚子”井眼处，钻井液不能被水泥浆完全顶替而滞留（即使紊流注水泥也可能难于实现完全顶替），从而不能实现封隔，甚至滞留的钻井液影响水泥浆的水化，使此处的水泥浆不能凝固。

二是椭圆形井眼对固井的影响，它对注水泥顶替效率的影响类似于套管偏心的影响。

在椭圆形井眼内，套管与井眼之间的环空间隙值是不均匀的（即使套管百分之百居中），有宽有窄。

故在顶替过程中，水泥浆容易从宽间隙处顶替钻井液，而在窄间隙处形成钻井液滞留，使固井质量不好。

因此，在钻井过程中应尽量防止井径扩大（尤其是“糖葫芦”井眼），保持井径规则。

１．６．２控制井眼狗腿度即使是直井，在有狗腿的地方，套管也易于偏心，不利于提高顶替效率。

井眼狗腿度越大，套管越易于偏心，就越不利于提高顶替效率。

所以，必须控制井眼狗腿度，使其尽量小。

１．６．３控制套管居中套管在井眼中不居中的现象称为套管偏心。

在定向井和水平井中，由于套管的自重，管柱将偏向井眼下侧，易形成偏心。

对于直井，由于实际所钻成的井眼不可能是一个完全垂直的井眼，因此也存在套管偏心的情况。

国内外研究表明，注水泥顶替效率与套管在井眼中的偏心程度密切相关。

在同心环空中，由于整个环形空间周向上各处间隙相等，因此在周向上流速分布是均匀的。

在偏心环空中，由于套管偏心，周向上各处间隙不相等，各间隙处的流动相对阻力不一样，导致沿周向流速分布不均，宽间隙处流速高，窄间隙处流速低。

套管偏心越严重，这种流速分布不均的程度越大。

在水泥浆顶替钻井液的过程中，也会发生类似情况，钻井液后的顶替液在宽间隙处顶替钻井液的速度快一些，而在窄间隙处的顶替速度则较慢。

若套管偏心严重，则可能出现窄间隙的钻井液根本不能被顶走而孙清华，等：低压易漏井提高固井质量的研究与应用９９断块油气田２００８年１月第１５卷第１期滞留在原处的窜槽现象。

因此要尽量降低套管在井眼中的偏心程度。

为了控制套管偏心，目前所采取的措施是在套管上安装套管扶正器，其中一项重要的设计是扶正器的安装间距设计。

１．６．４提高紊流接触时间由于环形各方向间隙大小不一致，各处的流速和流量也不一样，在流速高的水泥浆与流速低的钻井液截面处，水泥浆将产生一种牵引力，牵引力携带钻井液的效果主要取决于水泥浆流态及紊流接触时间。

从国外实验资料可知，紊流接触时间为１０ｍｉｎ，固井质量好。

国内大多油田要求至少７￣１０ｍｉｎ。

１．６．５活动套管当环形空间间隙较小时，滞留钻井液很难被替走，在注水泥过程中，可采用上下活动套管或者旋转套管以提高顶替效率。

研究表明，转动套管对于驱替钻井液的效果比上下活动套管效果好，因为转动套管可使流体在套管环空形成螺旋流，有利于钻井液被顶替出环空窄间隙。

国外很多公司都要求能活动套管的要尽量活动套管。

２现场应用普光３井在二开钻进过程中发生过数次不同程度的漏失。

在１８９０￣２７９０ｍ井段有５个漏层，漏失总量达７００ｍ３，漏失时的钻井液密度１．１８￣１．３３ｇ・ｃｍ－３，经过多次钻井液堵漏和打水泥堵漏后，目前在密度１．２８ｇ・ｃｍ－３的情况下基本稳定，但井下承压能力较弱。

故此次固井目的之一是封固已钻裸眼井段中易漏易垮地层，保证下步钻井作业安全。

综合考虑选择低密度水泥浆技术配合常规注水泥工艺。

２．１井况信息２．１．１井身结构表层套管：!４４５．５ｍｍ井眼×１０３ｍ，!３３９．７ｍｍ套管×１０２．５ｍ。

技术套管：!３１１．２ｍｍ井眼×３５０５ｍ；!２４４．５ｍｍ套管（ＴＰ１１０ｍｍ×１１．９９ｍｍ）×３５０４ｍ。