平湖油田高温大位移井尾管固井技术实践  PDF

水泥浆的高温稳定性差，严重时表现为悬浮能力下降，产生沉淀，使浆体的性能如失水、强度发育等完全偏离设计值。非稳定状态的固井水泥浆由于温度原因会导致其中的固体颗粒逐渐沉降，分离出来的自由水会逐渐汇集，形成一个独立的水层。在大斜度段中，这个水层很可能导致整个水平段顶部形成一条气窜通道，失去水泥的有效封隔，固井作业失败。在析水量较大的情况下，水泥浆不凝固或凝固后收缩严重，进而导致第一、二界面的胶结强度降低，丧失对套管的保护，影响油井寿命。就施工而言，固井水泥浆的固相颗粒若发生沉降，可能会阻塞下方的胶塞，从而引发类似于“灌香肠”的安全事故。

对高温大斜度封固段，水泥浆面临着大温差挑战。在满足长封固段大灰量施工时间对水泥浆稠化性能的要求时，难以兼顾水泥浆顶部强度的发育速度。水泥浆的配方设计难度较大，对油井水泥降失水剂、缓凝剂等提出了较大的挑战，若浆体配方体系的设计不合理，可能导致水泥浆顶部强度发展缓慢，数天甚至数周不凝固，严重影响固井质量，耽误作业周期。

大位移井目的层可能存在高压气层，固井作业必须确保水泥环的封固长度。在钻遇率良好的条件下，固井施工过程、水泥浆候凝和固化阶段都存在极高的气窜风险。气窜后果严重的会威胁到作业人员的生命安全。在评估水泥浆的防气窜性能时，需要全面考虑其各项性能指标，包括水泥浆密度、循环温度下的失水、静胶凝强度发展以及在井下环境下的特殊性能，如水泥石的膨胀能力和自愈效果。为了确保气层的压力稳定并防止地层破裂，需要仔细选择水泥浆的密度。当水泥浆柱较长时，其静胶凝强度在凝固过程中逐渐增强，可能导致静液柱压强无法有效地传递到下部水泥浆中，气层附近的环空压力低于储层的孔隙压力，若此时水泥浆的静胶凝强度较低，气体就会侵入水泥浆，发生气窜；水泥浆在高温下的失水特性也会影响浆体的流动性、静液柱压强的有效传递，使水泥浆到达指定位置后偏离设计的性能，影响静胶凝强度发展、强度发育等等，这些均会使浆体的防气窜性能降低。

基于高温高压及大位移井对套管的力学特性的要求，为了保障固井下套管作业的顺利进行并确保后续大位移井井筒的密封性，必须科学选择套管钢级及规格^［

套管在钻井和生产过程中所受到的各种载荷可归纳为3种类型：内压力、外挤压力和轴向力。其产生的原因是多方面的，实际生产根据最大载荷法优化设计套管管柱。最大载荷法的设计原理是基于实际工作环境下的套管柱所承受的有效载荷，并结合一定的安全系数来确定套管柱的规格^［

PH-X井具有显著的特点，包括裸眼井段长、斜度大、稳斜段长。当井斜角较大时，套管在受到重力作用下容易发生弯曲，进而与井壁接触，增加了下行阻力。在某些情况下，套管甚至可能无法仅凭自重到达井底，需要额外压力推动其下滑，有可能导致套管柱弯曲。此外，由于井斜角大，岩屑容易堆积并形成岩屑床，进一步增加了下套管时的阻力。因此，在进行下套管作业之前，对套管的阻力进行详尽分析预测和综合设计至关重要。按照表4的基础数据，利用CemSmart 5固井工程设计软件模拟^［

图2  PH-X井套管串下入情况

大位移井为了提高套管的居中度，通常会采用滚轮扶正器和整体式弹性扶正器^［

图3  PH-X井尾管居中度

平湖油田高温大位移井尾管固井大斜度井段扶正器安放建议：对于规则井眼，大斜度井段，建议使用刚性扶正器和滚轮扶正器结合的方法，平均每2根或1根套管下一只扶正器。对于不规则井眼，由于较大的井眼尺寸及“狗腿”度，采用加密安放刚性扶正器的方法并不能有效提高套管居中度，需要采用间隔安放整体式弹性扶正器的方法，改善套管居中度。生产中，通过计算机模拟手段可确定详细的扶正器下放方案，它可提供详细的扶正程序，并利用井径及轨迹数据确定扶正器类型，帮助优化扶正器密度，进而提供最节省成本的扶正器放置方案。

高温环境对水泥浆稳定性的影响，始终是固井水泥浆性能不可忽视的因素。水泥浆设计可以基于紧密堆积理论，利用紧密堆积理论与颗粒大小分布技术，通过对水泥、外掺料及各种外加剂的颗粒粒径优化^［

从水泥水化过程出发，水泥浆顶替到位后，水泥浆可近似认为是纯液体，可以完全传递液柱压力，随着水化反应的不断进行，水泥浆内部逐渐形成胶凝网架结构，同时由于失水、水化体积收缩及胶凝悬挂作用，造成环空水泥浆静液柱压力不断降低，当静液柱压力降低到地层孔隙压力时为气窜危险点，此时水泥浆内部还未形成足够强的胶凝结构来阻止气体运移，随着水化反应的继续进行，当静液柱压力低于地层孔隙压力时，由于此时水泥浆处于塑性态水化物质搭接形成骨架-孔隙结构具有一定的孔渗特性，气体可沿着水泥浆内部的微观孔隙置换孔隙水向上运移，气体在水泥浆中的运移是一种渗流物理过程。当水泥浆内部形成足够强的胶凝结构时，水泥浆内部的孔渗结构不断致密，气体将不再能沿着水泥浆内部运移，此时为气窜终止点。

从上述分析可知，水泥是一种无机非金属胶凝材料，它在凝固过程中展现出胶凝强度。此过程中，水化产物晶体会形成桥接和填充物，会出现孔隙结构，从而赋予水泥石一定的渗透性。因此，水泥浆在候凝阶段展现的胶凝态渗透率、孔隙度、静胶凝强度及水泥石收缩等特性，均是其固有的物理化学属性，这些属性对于水泥浆的防窜性能具有至关重要的影响。为了提升水泥浆的抗气窜能力，可以从缩短水泥浆静胶凝强度的过渡时间和降低水泥浆的气测渗透率方面加以改进。此外，水泥石体积不收缩，可以通过加入一定的胶乳、纳米防窜材料、膨胀剂、增强剂等来调节水泥浆的性能。

井深温度高，水泥浆需要良好的抗温性，为实现高压油气层的有效压稳，需要水泥浆具有良好的加重性能的同时保持良好的物理性能。体系中添加硅粉作为高温稳定剂，能够保证高温下水泥石的强度。

如果钻井过程中发生漏失，建议固井前进行承压堵漏，提高地层承压能力，降低固井漏失风险。研究提出摩阻判断法来计算井底地层承压能力。摩阻判断法是指在保证井下不漏的前提下，计算钻井液循环最大排量所产生的循环摩阻，即为地层承压能力。

控制下套管速度与循环排量，避免压漏地层。下放速率过快，灌浆以及循环不到位都会对套管的正常下入产生影响。水泥浆设计要考虑堵漏性能，可加入一定量的堵漏纤维。

为了更好地清洗油膜，整理井壁，前置液应具有以下特性：（1）较好的清洁油基泥浆，润湿反转效果；（2）能实现油基泥浆与水泥浆的有效隔离；（3）良好的稳定性能，能够携带岩屑；（4）密度可调，性能稳定，良好的抗温性；（5）与水泥浆以及钻井液均具有良好的相容性。

PH-X井7 in尾管井段固井采用现场应用较为成熟的胶乳防窜水泥浆体系。水泥浆采用领尾浆模式，领浆作为引导浆使用，用于协助改善壁面整理效果和顶替置换钻井液，配方尽可能简单。尾浆是在以前使用配方的基础上加入纤维和非渗透剂，其主要目的是提高水泥浆在胶结强度及改善水泥石的力学性能，为后续的增产措施提供安全保证，同时起到一定的堵漏效果。密度1.90 g/cm³领浆配方：G级水泥+34%淡水+3.5%防窜剂+3.5%降失水剂+0.3%消泡剂+12%胶乳+1.8%分散剂+1.5%缓凝剂+35%硅粉+2.5%非渗透剂+3.5%纤维。密度1.90 g/cm³尾浆配方：G级水泥+34%淡水+3.5%防窜剂+3.5%降失水剂+0.25%消泡剂+12%胶乳+1.8%分散剂+0.8%缓凝剂+35%硅粉+2.5%非渗透剂+3.5%纤维。水泥浆性能见表6。

室内根据标准要求进行了水泥浆各项实验，实验结果符合设计要求。现场固井施工连续，碰压正常，水泥浆成功返出地面。候凝72 h后固井质量检测结果显示固井质量达到优质。