復(fù)合頂替固井技術(shù)在硬脆性泥巖層的應(yīng)用

陳福軍（中國(guó)石油遼河油田公司，遼寧 盤錦 124010）

在硬脆性泥巖層發(fā)育的區(qū)塊所鉆井井徑極不規(guī)則，易形成大段糖葫蘆井眼或“大肚子”井段。井徑擴(kuò)大率大和井徑不規(guī)則直接影響固井水泥漿的頂替效率和水泥環(huán)封固質(zhì)量，同時(shí)也增加了施工風(fēng)險(xiǎn)。

1 復(fù)合頂替固井技術(shù)試驗(yàn)

1.1 排量設(shè)計(jì)

在井徑較大段很難實(shí)現(xiàn)紊流頂替，如增大排量，上部小井徑段環(huán)空易堵塞，泵壓上升，設(shè)備難以承受。塞流適用于擴(kuò)大了的井眼，實(shí)施條件：不易達(dá)到紊流頂替排量的要求；滿足控制環(huán)空流速V＜0.45m/s。

對(duì)硬脆性泥巖層區(qū)塊完鉆井井徑曲線圖變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，固井施工時(shí)以保油層段固井質(zhì)量為主，可在油層段進(jìn)行塞流頂替，上部采用正常排量實(shí)現(xiàn)大部分紊流頂替。塞流頂替設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為環(huán)空流速限制在0.45m/s以下。

1.2 套管居中設(shè)計(jì)

利用剛性扶正器、雙弓彈性扶正器綜合利用，保證套管居中度在67%以上，提高頂替效率。

1.3 水泥漿流變性能設(shè)計(jì)

根據(jù)水泥漿臨界返速公式，塞流：Rec=100，紊流：Rec=3470-1370n,求得

為了實(shí)現(xiàn)紊流—塞流復(fù)合頂替技術(shù)，要求水泥漿必須滿足：

QW=（33-40l/s）情況下能實(shí)現(xiàn)紊流頂替；Qs=（3.3-6l/s）情況下能夠?qū)崿F(xiàn)塞流頂替。

以鉆頭尺寸為井眼計(jì)算，實(shí)現(xiàn)塞流頂替，須要保證環(huán)空返速小于0.45m/s。

當(dāng)QW、Qs確定情況下,可求n值、k值。

表1 不同井徑和不同排量條件下實(shí)現(xiàn)復(fù)合頂替水泥漿稠度系數(shù)K的要求

1.4 流體結(jié)構(gòu)及性能設(shè)計(jì)

采用低粘切鉆井液+紊流前置液+G33S水泥漿+BXF-200L水泥漿結(jié)構(gòu)。

低粘切鉆井液:固井前應(yīng)適當(dāng)降低泥漿的切力、粘度和密度，以增大其和水泥漿之間性能的差距，提高頂替效率。

紊流前置液:前置液達(dá)到紊流在提高固井質(zhì)量上有重要作用。以滿足7-IOmin接觸時(shí)間,或占環(huán)空高度300m為準(zhǔn)，原則是不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重氣侵或不會(huì)造成嚴(yán)重坍塌。

1.5 配套技術(shù)措施--增加水泥與井壁接觸時(shí)間

根據(jù)井徑情況，直井適當(dāng)加大水泥漿附加量，定向井按100%附加量，依靠水泥漿分層次沖刷井壁。注入三段不同密度水泥漿，1.50G33S稀水泥漿+1.88G33S主漿+1.90BXF-200L尾槳，其流體流速剖面形成層層推進(jìn)之勢(shì)，有效提高頂替效率。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 硬脆性泥巖層區(qū)塊鉆井基本情況

封固段井徑不規(guī)則，井徑最大段3700-4200m，井徑在300-400mm之間，最小段2400-2800m，井徑在210mm左右，封固段平均井徑251mm,平均擴(kuò)大率17%，油層3900-4200m。

2.2 固井前鉆井液性能調(diào)整

完鉆時(shí)：密度1.45 g/cm3，粘度70 s，初切4 Pa，終切7 Pa，塑粘25 MPa·s，動(dòng)切13 Pa；

固井前調(diào)整：密度1.44g/cm3，粘度50 s，初切2 Pa，終切3 Pa，塑粘18 MPa·s，動(dòng)切5.5Pa。

以設(shè)計(jì)紊流—塞流頂替排量中的紊流排量循環(huán)至少2周以上，注入膠液，降低鉆井液屈服值、塑性粘度、初終切力。

2.3 前置液和水泥漿性能

前置液：密度1.02 g/cm3，n=0.52，K=0.5 Pa.sn；

G33S稀水泥：密度1.6 g/cm3，n=0.44，K=0.87 Pa.sn，API失水75 mL；

G33S主漿：密度1.86 g/cm3，n=0.61，K=0.38Pa.sn，API失水56 mL；

BXF-200L尾漿：密度1.9 g/cm3，n=0.62，K=0.4 Pa.sn，API失水33 mL。

2.4 紊流-塞流臨界頂替排量

前置液：紊流27 L/s，塞流3 L/s；

G33S稀水泥：紊流29 L/s，塞流3.2 L/s；

G33S主漿：紊流33L/s，塞流3.5 L/s；

BXF-200L尾槳：紊流35 L/s，塞流3.5 L/s。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)施工

前置液 27 m3，水泥漿 112m3，壓塞 2m3，大排量替漿 20m3，小排量替漿、碰壓10 m3。

2.6 固井質(zhì)量

該技術(shù)在硬脆性泥巖層區(qū)塊試驗(yàn)應(yīng)用11井次，固井質(zhì)量合格率98%，優(yōu)質(zhì)率55%，固井中未出現(xiàn)任何壓力異常，固井質(zhì)量得到提高，施工風(fēng)險(xiǎn)得到降低。

3 結(jié)語(yǔ)

3.1 通過排量設(shè)計(jì)、水泥漿n、k值的調(diào)整、套管居中設(shè)計(jì)、流體結(jié)構(gòu)及性能設(shè)計(jì)，以及其它技術(shù)措施，在水泥漿頂替過程中實(shí)現(xiàn)紊流-塞流復(fù)合頂替，井徑不規(guī)則井眼固井優(yōu)質(zhì)率得到大幅提高，同時(shí)降低了固井施工風(fēng)險(xiǎn)；

3.2 通過復(fù)合頂替固井技術(shù)研究，提高了固井質(zhì)量，減少了固井失敗的補(bǔ)救時(shí)間和費(fèi)用，同時(shí)為其它復(fù)雜區(qū)塊固井提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1]張德潤(rùn),張旭.固井液設(shè)計(jì)與應(yīng)用：下冊(cè)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000.

[2]劉崇建.油氣井注水泥理論與應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001.

[3]張興國(guó),劉崇建.水泥漿體系穩(wěn)定性對(duì)水泥漿失重的重要影響[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào),2004,26(3).