基于Cempro Plus的長封固段固井頂替效率影響因素分析
——以塔里木盆地順北區(qū)塊S7井為例

易 浩

（1.中國石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830011；2.中國石化縫洞型油藏提高采收率重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830011）

0 引言

S7 井是中國石化西北油田公司塔里木盆地順北區(qū)塊Ⅳ號斷裂帶順托果勒低隆上的一口典型探井，主要探索奧陶系一間房組-鷹山組上段儲層發(fā)育特征、橫向展布規(guī)律及含油氣性［1-2］。該井設(shè)計井深為8 029 m，采用五開井身結(jié)構(gòu)，地層壓力系數(shù)為1.15～1.48，鄰井在鉆完井過程中多次發(fā)生氣侵、溢流等風險，普遍存在后期井口帶壓問題。為了防止S7井環(huán)空氣竄以及提高長效密封性，四開采用193.7 mm+206.4 mm套管單級尾管回接固井，封固段約為6 000 m，面臨氣層壓力高、上下溫差大（靜止溫度120 ℃，循環(huán)溫度100 ℃），水泥石頂部強度發(fā)展緩慢（7 d小于14 MPa）、頂替效率低、密封完整性差等一系列固井難題［3-10］。急需針對相關(guān)難題進行固井工藝的優(yōu)化研究。

1 固井流場分析軟件

在采用大溫差高強度彈韌性水泥漿體系的基礎(chǔ)上［11-16］，采用固井流場分析軟件Cempro Plus 軟件，模擬計算套管居中度、模擬鉆井液頂替排量及沖洗液體積對水泥漿頂替效率的影響，為S7 井長封固段回接固井工藝優(yōu)化提供指導(dǎo)。Cempro Plus 軟件是進行油氣井固井設(shè)計和施工的常用軟件，該軟件模擬固井水泥漿頂替過程中的壓力、體積、頂替效率、循環(huán)溫度和當量循環(huán)密度等，用以對固井方案進行可行性分析及優(yōu)化［17-20］。在分析水泥漿頂替效率時，僅需在軟件操作界面輸入固井流體參數(shù)和井身結(jié)構(gòu)參數(shù)即可完成計算。

2 頂替效率影響因素

鑒于S7 井的井身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，依次模擬鉆井液、沖洗液、領(lǐng)漿、尾漿、重漿及頂替鉆井液在井筒內(nèi)的流動過程，計算不同工況條件下井筒頂替效率、相關(guān)入井流體參數(shù)（表1、表2）

表1 S7井設(shè)計井身結(jié)構(gòu)表

表2 S7井入井流體性能與施工參數(shù)表

2.1 居中度影響

針對不同頂替排量，模擬分析了套管居中度分別為0、30%、60%及90%條件下不同井段水泥漿頂替效率。圖1為不同套管居中度條件下頂替效率隨井筒測深變化曲線。頂替排量一定的條件下，套管居中度與水泥漿頂替效率成正相關(guān)，與井筒混漿程度成負相關(guān)。在相同頂替排量下，隨著套管居中度的增加，井筒中下部區(qū)域（1 000～4 000 m井段）的頂替效率提升明顯，最高提升幅度可達32%；而對于井筒上部區(qū)域（小于1 000 m井段），套管居中度對頂替效率的影響不明顯，最高提升幅度僅為5%。此外，可以發(fā)現(xiàn)，在不同的套管居中度條件下，頂替效率增長幅度存在差異：高居中度井段頂替效率提升速率更快，而低居中度井段頂替效率提升相對緩慢，只有在達到5 000 m左右的位置才能形成較好的頂替效果。

圖1 頂替效率隨套管居中度變化曲線圖

為了綜合對比套管居中度的影響，統(tǒng)計了頂替效率大于85%的井段在井筒中的占比，以此為目標函數(shù)，作為評價井筒整體頂替效果的標準。頂替效率優(yōu)良井段占比越大，表明頂替效果越好。圖2為順北區(qū)塊常用頂替排量在2.5 m3／min 條件下，不同套管居中度對應(yīng)的井筒頂替效率對比柱狀圖。通過分析發(fā)現(xiàn)，為保證S7 井整體頂替效果，套管居中度至少應(yīng)保持在60%以上，才可以顯著提升頂替效果，滿足固井施工的要求。

圖2 套管居中度對井筒整體頂替效率的影響圖

2.2 頂替排量影響

針對不同的套管居中度，分析頂替排量分別為1.0 m3／min、1.5 m3／min、2.0 m3／min及2.5 m3／min條件下不同井段水泥漿頂替效率。

圖3為不同頂替排量條件下頂替效率隨井筒測深變化曲線。在套管居中度一定的條件下，頂替排量與水泥漿頂替效率成顯著的正相關(guān)，而與井筒混漿程度成負相關(guān)。在低頂替排量條件下，3 500～5 693 m井段的頂替效率可以保證，但上部井段頂替效率偏低，只有60%～80%。隨著頂替排量逐漸增加，1 500～3 500 m井段的頂替效率開始加強。當頂替排量達到2.5 m3／min時，1 500 m處的井段沖洗效率已超過95%，頂替效果良好。1 000 m 以淺的井段沖洗效率受頂替排量影響相對較小，基本維持在60%～70%的范圍內(nèi)。

圖3 頂替效率隨頂替排量變化曲線圖

以頂替效率大于85%的井段在井筒中的占比為目標函數(shù)，作為評價井筒整體頂替效果的標準。頂替效率優(yōu)良井段占比越大，表明頂替效果越好。圖4為典型的套管居中度60%條件下，不同頂替排量對應(yīng)的井筒整體頂替效率柱狀圖。為了保證S7 井頂替效果，頂替排量應(yīng)達到2.0 m3／min 以上，才可以顯著提升頂替效果，能較好地滿足固井施工要求。

圖4 頂替排量對井筒整體頂替效率的影響圖

2.3 沖洗液體積影響

通過前面分析可知，為了保證高效的井筒頂替效率，套管居中度應(yīng)大于60%、頂替排量應(yīng)超過2.0 m3／min。在此基礎(chǔ)上，以套管居中度60%、頂替排量2.0 m3／min 條件，研究沖洗液體積分別為5 m3、10 m3、20 m3、30 m3、40 m3對不同井段水泥漿頂替效率的影響。

由圖5可知，在套管居中度與頂替排量一定的條件下，沖洗液體積與水泥漿頂替效率成顯著的正相關(guān)，而與井筒混漿程度成負相關(guān)。在低沖洗液量條件下，4 000～5 693 m井段的頂替效率可以保證，但上部井段頂替效率偏低，只有60%～80%。隨著沖洗液體積逐漸增加，2 000～4 000 m井段的頂替效率開始加強。當沖洗液體積達到30 m3時，2 000 m以深的井段沖洗效率已超過85%；當沖洗液體積達到40 m3時，1 000 m 以深的井段沖洗效率超過85%，頂替效果良好。對于1 000 m 以淺的井段，沖洗效率超過75%。

為了對比沖洗液體積對頂替效率的影響，統(tǒng)計了頂替效率大于85%的井段在井筒中的占比，以此為目標函數(shù)，作為評價井筒整體頂替效果的標準。頂替效率優(yōu)良井段占比越大，表明頂替效果越好。圖6為不同沖洗液體積對應(yīng)的井筒整體頂替效率柱狀圖，為了保證S7 井頂替效果，沖洗液體積應(yīng)至少保持在30 m3以上，才可以顯著地提高井筒上部區(qū)域的頂替效果。

圖5 頂替效率隨沖洗液體積變化曲線圖

圖6 沖洗液體積對井筒整體頂替效率的影響圖

3 結(jié)論

根據(jù)Cempro Plus 軟件對S7井頂替效率影響因素分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，套管居中度、頂替排量及沖洗液體積與井筒頂替效率成顯著的正相關(guān)，當套管居中度超過60%、頂替排量大于2 m3／min、沖洗液量在30 m3以上時，井筒可以保持較好的整體頂替效率。研究結(jié)果為長封固段井眼固井工藝優(yōu)化提供了指導(dǎo)與參考。