大斜度定向井固井水泥浆体系与顶替效率技术探讨

大斜度定向井固井水泥浆体系与顶替效率技术探讨

杜治澎

胜利石油工程有限公司固井技术服务中心，山东 东营 257000

 摘要：某大斜度定向井，完钻井深2990m，最大井斜角85.01°，井底水平位移390.33m。针对大斜度定向井固井的难点，优选了G级水泥加入10%微硅作为基础材料，再加入适量的降失水剂、减阻剂、早强剂和膨胀剂等组成的水泥浆体系，优化了钻井液性能，提高套管居中度，采用驱油型冲洗液和套管漂浮等技术，提高了水泥浆的顶替效率和水泥环的封隔效果，保证了大斜度井的固井质量。

关键词：固井技术；大斜度井；水泥浆体系

某井设计斜井深3143m，最大井斜角90º，设计水平段长235m。实钻至井深2901m穿过A靶点后，井斜角由83.75º逐渐降至77.08º钻至井深2990m，井斜角78.26º，经对比电测后决定提前完钻，所以本井实际上是1口大斜度定向井。本井虽未达到水平井的钻井目的，但在斜井段2562～2930m发现油层13层，累计厚度达132m。由于井斜角大，油层段长，且钻井过程中存在漏失现象，保证固井质量有较大难度，通过合理选择水泥浆配方和采用先进的固井工艺，现场应用取得了良好的效果。

一、固井难点分析

⑴套管居中困难，在拉力和自重作用下，大斜度井段套管与上下井壁大面积接触，套管严重偏心，窄边钻井液很难被水泥浆顶替走，影响封固质量。

⑵钻井液中的重晶石和岩屑在井壁低边沉淀是大斜度定向井固井中钻井液窜槽的主要原因。因为重晶石沉淀，较高的颗粒浓度使得钻井液的粘度增加，导致井眼低边的水泥浆窜槽。

⑶水泥浆在大斜度井段凝固时，由于重力作用，形成上稀下稠，上侧的水泥石强度低，渗透率高，易引起油气水窜槽。

⑷在井深2747m存在断层，钻井时漏失钻井液23m3，漏速达51m3/h，顶替钻井液排量受到了限制。

⑸在井深2822～2904m是82m的大段砂岩，由于砂岩发育，渗透率高，如果水泥浆滤失量过大，水泥浆极易变稠失去可泵性而发生桥堵憋泵事故，而且水泥浆滤失量越大，体积收缩越严重，是发生油气水窜的主要根源。

⑹完钻时未测井径，仅在钻至2820m进行对比电测时，对井段2350～2650m进行了井径测量，而完井要求水泥封固段为2200～2990m，所测井径段仅为要求封固段的1/3多，给水泥量计算和防漏设计带来了难度。

二、水泥浆技术

⑴水泥浆性能要求

针对大斜度定向井固井存在的难点，水泥浆性能必须达到：①低滤失量，如果水泥浆滤失太大，不仅污染产层，而且水泥浆变稠，流动阻力增大，井漏的风险随着增大，因此一般要求水泥浆的API滤失量小于50mL。②零游离液，控制游离液为0是提高大斜度定向井固井质量的关键，游离液聚集都会在井眼高边形成积水带，成为层与层之间窜通的途径，地层流体就会通过此通道窜流。③高沉降稳定性，水泥浆即使无游离液析出，仍可能发生固相沉降，使井眼高边部位水泥浆变稀，低边部位水泥浆变稠。凝固后，高边产生强度较弱的渗透性水泥石，不能充分封隔油气水层，可能导致井内流体在环空中流动。因此在水泥浆凝固后，要求水泥石圆柱体上、中、下的密度差小于0.06g/cm3。

⑵水泥浆体系

选用微硅水泥浆体系，微硅的粒度分布在0.02～0.5μm之间，微硅的颗粒直径极为细小，其比表面积是水泥的45～60倍。在水泥中加入一定比例的微硅后，细小的微硅颗粒能够填入水泥颗粒之间的空隙，并堵塞一些连通的通道，大大地增加间隙水的移动阻力，所以能降低水泥浆的滤失量和游离水，提高水泥浆的沉降稳定性，降低水泥石的渗透率，而且微硅水泥浆体系在井壁表面能形成致密的滤饼，有利于防止井漏。在水泥中加入适量膨胀剂后，水泥浆凝固过程中能产生适度体积膨胀，避免水泥石体积收缩，防止失重产生油气水窜，提高水泥石与套管和井壁的胶结强度。

三、提高顶替效率技术

⑴通井时提高钻井液的屈服值和静切力大斜度定向井钻井液中的重晶石和岩屑，下完套管后，一旦在井壁低边沉淀，就很难再清除。为防止固相沉淀，必须把钻井液的屈服值和静切力提到适当值，据资料介绍，保持钻井液悬浮和携带岩屑的最小屈服值为13Pa(井斜角85º时)。现场下套管前通井时钻井液的屈服值实际控制在13～15Pa，静切力4/12Pa。

⑵缩短钻井液的静止时间开泵前和注水泥施工前尽量缩短钻井液在井内的静止时间，如下套管后期坚持每下1根套管灌1次钻井液，避免下完套管后管内灌钻井液时井内钻井液较长时间处于静止状态，以防止固相沉淀。

⑶保持充分的循环，调整好钻井液性能注水泥循环钻井液的时间至少达到3倍于井筒容积循环所需时间，并尽可能使钻井液流态达到紊流，以替换出静止期间由于温度升高和失水形成的胶凝钻井液，用好钻井液净化设备。循环最后1周，适当降低钻井液的粘度、屈服值和静切力，因此时防止固相沉降成为次要因素，而钻井液的流动性上升为主要因素，毕竟要使钻井液从井眼环空窄边间隙中流走，就必须破坏钻井液的胶凝强度，克服钻井液的屈服应力。

⑷合理加放套管扶正器，保证套管居中使用双弓弹性扶正器和旋流式刚性扶正器，在井斜角大于30º的下部井段，每根套管加1只，并且弹性、刚性扶正器间隔加放，井斜角小于30º的上部井段，每2根套管加1只弹性扶正器，且用定位环固定在套管中间。旋流式刚性扶正器能使流体在环空中形成一定的旋流场，排量越大，旋流强度越大，波动范围可达5～8m，有利于循环出不规则井眼内的钻井液，提高水泥浆的顶替效率。

⑸使用驱油型冲洗液，优选S104 大斜度定向井在钻井过程中为减小起下钻的摩擦阻力，在钻井液中加入了大量原油，必须选用驱油性能好的冲洗液，以便能从环空中冲刷掉大部分的油基钻井液，有效驱除套管和井壁油污，改善环空水润湿环境，提高水泥与套管及井壁的胶结强度。

⑹替浆时采用漂浮技术水泥浆全部采用清水顶替，使大斜度段套管在浮力作用下，有1个向井壁高边漂浮的趋势，以减小套管的偏心程度，提高水泥浆的顶替效率。

⑺采用较大排量顶替钻井液不论什么流态，环空流速越高，顶替效果越好。根据本井在钻井过程中发生过漏失的实际情况以及完钻时的循环排量，顶替排量不宜超过2.2m3/min。

四、认识与建议

⑴大斜度定向井为防止下套管过程钻井液中的岩屑等固相在井眼低边沉降，通井时应把钻井液的屈服值和静切力提到适当值，而注水泥之前最后1周循环时应将钻井液的屈服值和静切力适当降低，以改善钻井液的流动性能，使钻井液易于顶替。

⑵使用旋流刚性扶正器，有利于保证套管居中度，改善水泥浆的流态，对提高窄边钻井液及不规则井眼的顶替效率有显著效果。

⑶优化水泥浆性能设计，控制水泥浆滤失量小于50mL，保证游离液为0和提高浆体稳定性，是防止环空高边水带窜槽，提高固井质量的关键。

⑷井径是确定水泥量的主要依据，对平衡压力计算也有重要影响，不应因为水平井、大斜度定向井井径测量难度较大或费用较高而放弃井径测量。

参考文献：

[1]吕斌,周琛洋,邱爱民,等. 防漏早强韧性水泥浆体系的室内研究[J]. 钻井液与完井液,2020,37(2):226-231.