秦皇岛32-6油田开发井固井技术
中海石油技术服务固井（塘沽）公司彭雷黄家华王同友
摘要渤海地区秦皇岛32-6油田的固井作业一直是该区块油田开发的一大难题，A平台二十三口井的固井质量都不同程度存在一些问题。作者根据现场作业情况，在总结该区块固井成败经验的基础上，针对现场作业的具体情况，从单级双封固井中前置液性能及注入量、紊流循环调整泥浆性能、紊塞流双速顶替等方面进行了尝试和改进，优化了一套适合该区块开发井的固井工艺技术，并在B平台二十二口井的固井作业中取得了全部优质的封固效果。
关键词孔隙压力前置液紊流泥浆性能双速顶替
一、概述
秦皇岛32-6油田是渤海地区第一个大型合资开发区块，由中国海洋石油总公司、得士古、阿科三家石油公司合作开发，共6个平台163口井，该区块开发井全部采用长裸眼单级双封固井作业。所谓单级双封固井，即是采用类似于单级固井的方法，同时对不相临的两井段进行封固的技术，前置浆主要封固上层套管鞋附近，后置浆主要封固目的层，在两段水泥浆之间注入一定量的中间液。这样既可以同时封固两井段，又可以降低环空液柱压力，通过JZ9-3、SZ36-1等一系列区块的开发应用，该项固井技术已日臻完善。QHD32-6区块的固井难点在于泥浆的高密度、高粘度、高切力及井径的不规则不利于泥浆顶替效率的提高；地层孔隙压力容易失控导致地层流体的渗入；地层的非亲水性对水泥浆性能的影响等，针对上述因素，我们改善固井工艺，优化了一套完善的固井技术方案。
二、完善的技术措施
针对该区块泥浆体系、地层情况等因素，作者提出了以下技术措施，以提高水泥浆的封固效果。
1．紊流循环调整泥浆性能。
由于该区块钻井期间井壁易塌而且容易出现结球情况，使用了“PF-PLUS/JFC”泥浆体系，该体系泥浆密度、粘度、切力都比较高，以提高泥浆的防塌和携砂能力，其高密度、高粘度、高切力严重地影响了泥浆的顶替效率，极大地影响了固井质量。套管下放到位后，环空中的泥浆仍然是钻井期间的泥浆，而且静止时间过长，甚至有一部分胶凝泥浆，这就必须调整泥浆性能即改善泥浆性能。通常的方法是调整泥浆的密度和流变性，为了达到最适合于顶替的条件，总是把泥浆密度调整到保证井下安全允许的最低限度（通常在1.18~1.20g/ml之间），同时降低泥浆的静切力、屈服值和塑性粘度等值，这时不仅降低了顶替时所需的驱动力，而且还增大了泥浆的流动性，同时便提高了顶效率。众所周知，泥浆在静止时会产生胶凝和脱水，在套管下放过程中泥浆一直处于静止状态，再加上该区块经常出现井眼不规则情况，若彻底使环空中的泥浆流动起来，靠常规的层流流态很难达到这种效果。根据高低速（紊塞流）顶替固井理论可知，应用紊流循环可达到全井泥浆都运动起来的效果，因为紊流具有横向脉动速度和各点流速相同的特点，故在保证循环压力低于地层破裂压力的基础上，应尽可能提高泵速使泥浆以紊流流态进行循环（环空返速应高于1.2m/s），这样即可使环空内的泥浆全部运动起来，全面改善泥浆性能，以便顶替时很容易彻底地顶替泥浆。一般说来，由于循环前下套管刮掉的岩屑及部分胶凝的泥浆会严重影响泥浆的流动性，使其达不到紊流循环的要求，因此要调整泥浆性能使其达到紊流循环的效果。在现场通常采用向泥浆中加水的办法，这样对泥浆的流变性和密度都有明显的改善效果，紊流循环要求至少一周以上。
2．优化前置液设计，提高顶替效果。
为了取得较高的泥浆顶替效率，采用紊塞流双速顶替泥浆，紊流顶替液（前置液）中的紊流漩涡在泥浆与顶替液的交界面上产生冲蚀、携带和稀释作用，同时提高了紊流应力作用下固相颗粒对泥浆的冲蚀作用。紊流顶替要求前置液具有密度低、粘度低、与地层、泥浆、水泥浆相匹配等良好的性能。通过该区块A平台的实际作业可得出，原来在前置水泥浆之前注入大量的前置液（冲洗液15m3，隔离液9m3，隔离混合水3m3，共计27m3），虽然保证了紊流前置液与环空有了充分的接触时间，但其过多的注入量会带来严重的后果。大量前置液的应用，导致环空液柱压力降低，在前置水泥浆尚未替出套管鞋之前，环空液柱压力不足以压制地层孔隙压力，造成井底地层孔隙压力失控，地层流体不断渗漏到环空中，从而影响了水泥环与套管、地层的胶结效果，甚至导致固井失败。众所周知，当地层孔隙压力失控后，地层流体将持续地向环空中进行渗漏，即使环空液柱压力恢复，但地层流体仍会持续渗入很长一段时间，地层流体的窜入，污染了水泥浆，从而影响了水泥浆封固效果。为了解决这一问题，必须优化前置液设计，将原来的一段前置液改为两段式前置液，即在前置水泥浆之前的第一前置液和后置水泥浆之前的第二前置液。第一前置液主要是顶替泥浆，利用紊流流态冲蚀、携带岩屑和死泥浆，隔离泥浆和水泥浆，保证前置浆在井下途径较长距离而不受污染，由4.5m3冲洗液（CW1+F/W）和3m3清洗浆（密度为1.50~1.58g/ml的低密度水泥浆，作为隔离液）；第二前置液是中间液的重新设计，主要是利用紊流流态提高油层泥浆顶替效率，彻底顶替泥浆，提供一个洁净的井眼，保证后置水泥浆段的优质封固效果，中间液的最后9m3由原来的淡水配制成CW1+F/W的化学冲洗剂，再在尾浆之前注入2m3的清洗浆（即领浆，密度为1.50~1.58g/ml的低密度水泥浆）作为隔离液使用。这样既保证了环空液柱压力始终高于地层孔隙压力，又保证了紊流前置液与环空有充分的接触时间（主要针对第二前置液，接触时间为5~8分钟），国内外专家一致认为紊流的最佳接触时间为4~10分钟，完全可以达到紊流冲洗效果。
3．紊塞流双速顶替泥浆。
为了提高泥浆顶替效率，应保持前置液的紊流状态，以彻底清除环空中的泥浆、岩屑及不规则井眼中的死泥浆。应用紊流高速顶替（环空返速应高于1.20m/s），提高顶替效率，保证优质的封固效果。当然，紊流顶替效果达到后（即紊流前置液完成顶替效果），应降低泵速采用塞流顶替（环空返速低于0.2m/s）将尾浆缓慢顶替到位，一般应设计塞流顶替尾浆量保证在要求封固段顶部100米以上，这样才不至于尾浆在高速顶替时以层流状态进注环空，从而形成指进现象。在操作过程中，应坚持泵速“高要高上去，慢要慢下来”的顶替原则，以防止由紊流向塞流过渡期间层流状态存在时间过长，影响顶替效果，形成指进现象。在顶替过程中，为保证套管的居中度（尤其在斜井中），采用低密度完井液（CA101+S/W，密度为1.03g/ml）作为顶替液，以利用套管内外的密度差使套管在一向上浮力作用下提高居中度。
4．合理加放扶正器，提高套管居中度。
套管的居中度是影响泥浆顶替效率的主要因素之一，所以如何提高套管的居中度也是固井关心的课题。因此必须制定合理的扶正器加放原则，使套管保证必要的居中度，该区块扶正器一般加放原则为：从井底至油顶以上150米，每三根套管加放两个扶正器。然后再根据电测井眼轨迹及油气层位置进行校核，扶正器应加放在井径较规则井段、井斜方位变化较大位置、油气层段及其他特殊层段，如气全量大的层段。设计完毕后，再应用固井软件进行模拟，以校核和保证套管必要的居中度，通过B平台现场的实际作业显示，扶正器的加放都能满足必要的居中度。
此外，由于该区块地层的特殊性，还要优化水泥浆的性能，如水泥浆的失水、自由水、流变性等性能。失水过多，会增加水泥浆的粘度，难以达到顶替要求，并且顶替泵压会升高，从而威胁地层破裂压力；该区块地层为非亲水性，若自由水过多，会积存在环空内对井壁进行侵蚀，难以保证封固效果等。另外，为了使水泥浆在井内以液态形式存在时间最短，以防地层流体向水泥浆内渗漏，形成窜槽，在保证施工安全的基础上，尽量缩短水泥浆的稠化时间（B平台为193分钟），使水泥浆在最短时间内由液态转化为固态，从而满足封固要求。
三、具体的固井工艺
由于QHD32-6区块基本保持原始地层压力，所以本区块作业的难点是：在施工中既要防止压漏地层，又要防止上部油层发生油气窜、侵等现象；小平台布井多，各井井斜角较大，要保证套管居中；而且要确保上层井段（13-3/8″浮鞋附近）的封固质量。根据该区块特点，经过项目组与公司、甲方反复磋商，制定了一套详细、合理的油层套管固井施工方案，并在具体施工中不断完善，取得了良好的效果。
1.第一前置液
前置浆过分被污染是造成上部地层封固差的主要原因，而前置浆在井下途径的距离又过长，极易被污染。为了最低限度地减小前置浆的污染程度，必须使用性能良好的冲洗液及隔离液，保证井眼的洁净，从而保证固井质量。
1)冲洗液：每次作业均使用4.5m3CW-1+S/W配制成的化学冲洗剂；
2）隔离液：应用低密度水泥浆（SG=1.50~1.58）充当清洗浆，起到携带和隔离的双重作用。
2.前置水泥浆
前置浆的主要作用是封固13-3/8″套管鞋附近的环空，为以后的开采提供良好的封固段。前置浆的封固高度和密度直接影响整个井眼的环空液柱压力，尤其影响油层及井底的压力当量比重，而且前置浆途径井下距离较长，易被污染；中间液及后置水泥浆的注入量直接影响前置浆的返高位置，这些都是前置浆设计、施工的难点。根据本区块的实际情况，我们决定在13-3/8″套管鞋上下各封固100米水泥浆，即前置浆封固高度为200米，其裸眼段附加量平均为200%左右，前置浆混合水化验配方采用尾浆混合水配方，密度为1.85g/ml，为确保套管居中，在13-3/8″套管鞋上下各加3--4个扶正器。
3.中间液&第二前置液
中间液即两段水泥浆（前置水泥浆和后置水泥浆）之间的液体，为保证环空具有较低的液柱压力，我们选用淡水作中间液，以保证井底及油层处的压力当量比重，其注入量的确定已有文章详细论述，在该区块9-7/8"井眼与7"套管的环空容积一般为25~27l/m，12-1/4"井眼与9-5/8"套管的环空容积一般为33~35l/m。为了确保油层段的封固效果，应彻底地清除环空中的泥浆，因此在中间液的后部分改为CW1+F/W配制而成的化学冲洗剂（9m3），以保证紊流前置液与环空的接触时间。另外，为防止中间液与前置浆相混而改变前置浆性能，须在两者之间注入一定量的混合水（1.55m3）充当隔离液的作用。
4.后置水泥浆
尾浆是油层段封隔的关键，为了保证油层段的封固质量，为以后投入开发生产打下良好的基础，尾浆的设计返高是油层顶部以上200米，为了防止第二前置液等流体与尾浆相混，并保证彻底携带岩屑和充分的紊流接触时间，在尾浆前注入2~3m3的低密度水泥浆（1.50~1.58g/ml，即领浆）充当隔离清洗浆，作为第二前置液的组成部分之一；然后再注入密度为1.90g/ml的尾浆，其附加量一般按标准井径附加20~30%，并根据电测井径作适当调整，以保证油层段的封固质量。
5.尾随水
为了保证尾浆封固质量，在投顶塞时冲洗干净固井泵至钻台的管线，在投塞后注入一定量的混合水（1.55m3，在套管中高度约50米）起隔离作用。
四、结束语
针对QHD32-6区块的实际情况，作者根据现场作业的实践，作了一些固井技术探讨，经过B平台的实际作业情况表明，这些技术措施在该区块已取得显著的成效。
五、参考文献
1．《现代固井技术》，刘大为等译，辽宁科技出版社，1994年
2．《钻井工艺原理》，刘希圣主编，石油工业出版社，1994年
中海石油技术服务固井公司秦皇岛32-6油田开发井固井技术
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