中佳2-H區(qū)塊固井施工技術(shù)研究-期刊論文說(shuō)明書(shū)

中佳2_H區(qū)塊固井施工技術(shù)研究XXX（XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX）摘要新疆油田中佳2_H井區(qū)鉆進(jìn)采用小四開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，針對(duì)裸眼窄間隙、技套內(nèi)大環(huán)空的長(zhǎng)水平井固井困難的問(wèn)題，對(duì)固井施工期間的動(dòng)當(dāng)量；裸眼與技套內(nèi)頂替效率進(jìn)行分析，確定了影響固井質(zhì)量的主要因素為固井施工期間漏失情況；鉆井液、前置液與領(lǐng)漿的混竄程度；注替過(guò)程中的頂替效率等。通過(guò)優(yōu)化水泥漿漿柱結(jié)構(gòu)以及改良固井施工期間注替排量等措施，從而進(jìn)一步提升固井質(zhì)量，為后續(xù)開(kāi)采創(chuàng)造條件與保障。關(guān)鍵詞裸眼窄間隙；技套大環(huán)空；固井工藝；頂替效率；水平井引言新疆油田中佳2_H井區(qū)主要以小四開(kāi)窄間隙水平井開(kāi)發(fā)為主，2024年起完井固井水泥漿需返至地面。以ZJHW204井為例，井深結(jié)構(gòu)二開(kāi)下入?273.05mm套管至3562.36m，三開(kāi)懸掛?193.7mm尾管3350.65m-4611.60m，四開(kāi)?165.1mm鉆頭鉆進(jìn)為至6693m，下入?127+139.7mm套管。在長(zhǎng)水平井固井作業(yè)中，面對(duì)裸眼窄間隙導(dǎo)致的壓力控制難題及技套內(nèi)大環(huán)空對(duì)水泥漿分布與頂替效率的高要求，提升固井質(zhì)量成為確保后續(xù)開(kāi)采順暢的關(guān)鍵。為此深入探究影響因素并采取針對(duì)性改進(jìn)措施至關(guān)重要。應(yīng)通過(guò)優(yōu)化漿柱設(shè)計(jì)、調(diào)整注替排量等手段，力求增強(qiáng)固井效果，為后續(xù)高效開(kāi)發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1-5]。同時(shí)這些探索也將為同類(lèi)井區(qū)的固井作業(yè)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)與參考，推動(dòng)整體技術(shù)進(jìn)步。1完井固井施工難點(diǎn)針對(duì)中佳2_H井區(qū)窄間隙非常規(guī)井身結(jié)構(gòu)水平井固井，技術(shù)難點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：（1）裸眼段長(zhǎng)，斜井段及水平段井眼不規(guī)則、井眼清洗不干凈等因素，導(dǎo)致套管存在下不到位的風(fēng)險(xiǎn)。（2）目的層佳木河組地層承壓能力較弱，且水泥漿需返至地面，固井施工過(guò)程中存在漏失風(fēng)險(xiǎn)。（3）復(fù)合井眼內(nèi)下入復(fù)合套管，小井眼固井施工環(huán)空壓耗高；大井眼環(huán)空容積大，小排量施工過(guò)程中環(huán)空返速（0.40m/s），頂替效率難以保證。（4）一旦發(fā)生留塞、替空事故，受井身結(jié)構(gòu)的限制，處理難度大。2技術(shù)研究2.1注入漿體密度分析研究2024年中佳2_H區(qū)塊四開(kāi)完井采用白油基鉆井液體系，設(shè)計(jì)密度為1.30-1.40g/cm3，以ZJHW204井為原型，使用AnyCem固井軟件按照鉆井液密度1.34g/cm3進(jìn)行后續(xù)模擬與分析[6]。在固井現(xiàn)場(chǎng)施工中，前置液與水泥漿的密度設(shè)計(jì)是決定施工質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵因素，需綜合考慮地層當(dāng)量窗口、頂替效率等因素，確保漿體在防漏、頂替和支撐等方面滿(mǎn)足固井要求，避免漏失、竄槽等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量固井。2.2前置液種類(lèi)與密度分析前置液的主要作用是清潔、穩(wěn)定井壁，增加水泥與井壁的粘結(jié)力，并在一定條件下預(yù)防井壁破裂或坍塌。結(jié)合中佳2_H區(qū)塊往年資料，從裸眼段接觸時(shí)間、鉆井液滯留、井底最小動(dòng)當(dāng)量密度三方面進(jìn)行分析，進(jìn)而確定最佳的前置液設(shè)計(jì)方案[7-9]。（1）裸眼段接觸時(shí)間：按照Z(yǔ)JHW204井井深結(jié)構(gòu)，四開(kāi)裸眼段環(huán)空容積為22m3，按照前置液紊流接觸時(shí)間7-10min以及隔離液密度高于鉆井液密度為設(shè)計(jì)原則，初步確定隔離液，前置液分別取10m3，即1000m隔離液（密度1.40g/cm3）+1000m清洗液（密度1.02g/cm3）。（2）鉆井液滯留：按照1000m隔離液+1000m清洗液的漿柱結(jié)構(gòu)，頂替效率模擬顯示上部900m存在少量鉆井液滯留，為保證鉆井液全部頂替干凈，前置液設(shè)計(jì)中加入1500m密度1.25g/cm3先導(dǎo)漿，頂替效率模擬顯示上部150m存在少量鉆井液滯留，變更前置液設(shè)計(jì)中隔離液長(zhǎng)度為1500m，頂替效率模擬顯示鉆井液已全部頂替干凈。圖1ZJHW204井三種前置液設(shè)計(jì)方案所對(duì)應(yīng)的鉆井液滯留情況（3）井底最小動(dòng)當(dāng)量密度：按照上述分析確定前置液設(shè)計(jì)為密度1.25g/cm3先導(dǎo)漿1500m+密度1.40g/cm3隔離液1500m+1.02g/cm3沖洗液1000m，當(dāng)量模擬顯示施工過(guò)程中最小動(dòng)當(dāng)量為1.443g/cm3，可保證施工中壓穩(wěn)。圖2ZJHW204井施工過(guò)程井底當(dāng)量模擬經(jīng)過(guò)上述研究可知，中佳2_H區(qū)塊前置液設(shè)計(jì)為先導(dǎo)漿1500m+隔離液1500m+沖洗液1000m，其中先導(dǎo)漿密度低于鉆井液密度0.1g/cm3左右，隔離液密度高于鉆井液密度0.05g/cm3左右。2.3水泥漿密度分析在油氣鉆井和施工過(guò)程中，水泥漿的密度是確保施工安全和封固質(zhì)量的關(guān)鍵因素。尤其在環(huán)空全封固的施工中，水泥漿的密度直接影響其在環(huán)空中充填的能力、固結(jié)效果以及對(duì)井壁的支撐力。結(jié)合中佳2_H區(qū)塊施工情況，從環(huán)空靜當(dāng)量、前置液滯留兩方面進(jìn)行分析，進(jìn)而確定水泥漿的密度設(shè)計(jì)方案。若水泥漿的密度與鉆井液的密度接近，能夠避免水泥漿注入時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的壓力差。以ZJHW204井為例，選擇水泥漿密度接近鉆井液密度的1.35g/cm3，能夠達(dá)到近平衡固井從而有效降低井漏風(fēng)險(xiǎn)；在裸眼段，水泥漿尾漿的密度需設(shè)計(jì)為1.90g/cm3，以確保封固的質(zhì)量。（1）前置液滯留：按照上述漿柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，顯示上部3000m殘留清洗液未頂替干凈。 圖3ZJHW204井水泥漿密度1.35g/cm3前置液滯留情況為保證清洗液頂替干凈，需增加中間漿，同時(shí)提升領(lǐng)漿密度，以下選取三種領(lǐng)漿設(shè)計(jì)方案，從頂替效果上面進(jìn)行分析。方案一：領(lǐng)漿密度為1.40g/cm3，段長(zhǎng)為500m；方案二：領(lǐng)漿密度為1.45g/cm3，段長(zhǎng)為500m；方案三：領(lǐng)漿密度為1.50g/cm3，段長(zhǎng)為500m。圖4ZJHW204井水泥漿密度不同前置液滯留情況由圖4可知，對(duì)比三種領(lǐng)漿密度段長(zhǎng)設(shè)計(jì)的前置液滯留情況，在此三種情況下，清洗液殘留現(xiàn)象無(wú)明顯改善，故增加領(lǐng)漿附加量20m3進(jìn)行模擬分析。圖5ZJHW204井水泥漿密度不同（附加20m3）前置液滯留情況由圖5可知，對(duì)比上述三種領(lǐng)漿密度段長(zhǎng)設(shè)計(jì)的前置液滯留情況，領(lǐng)漿密度1.40g/cm3，同時(shí)附加量提升至20m3，前置液殘留最少，頂替效率最佳。（2）環(huán)空靜當(dāng)量：上述三種領(lǐng)漿密度設(shè)計(jì)方案中，方案一井底靜當(dāng)量為1.36g/cm3，方案二井底靜當(dāng)量為1.37g/cm3，方案三井底靜當(dāng)量為1.38g/cm3。站在防漏防混竄角度，方案一效果最優(yōu)。經(jīng)過(guò)上述研究可知，中佳2_H區(qū)塊水泥漿設(shè)計(jì)為領(lǐng)漿500m+中間漿+尾漿，其中領(lǐng)漿密度高于鉆井液密度0.05g/cm3且附加20m3，中間漿密度等于鉆井液密度，尾漿密度1.90g/cm3。2.4固井施工過(guò)程注替排量研究固井施工過(guò)程中的注替排量研究，是指在油氣井固井作業(yè)中，注入水泥漿量和替漿排量之間的關(guān)系研究。對(duì)于保證固井質(zhì)量、避免漏失和確保水泥漿完全充填井壁至關(guān)重要。以下通過(guò)井底最大動(dòng)當(dāng)量、水泥漿頂替效率、固井施工時(shí)間三方面進(jìn)行分析，最終確定中佳2_H井區(qū)的施工參數(shù)。（1）井底最大動(dòng)當(dāng)量：參考ZJHW204井，泥漿密度1.34g/cm3，鉆頭位置4610m，井口加壓12MPa，折合井底當(dāng)量密度1.61g/cm3。后續(xù)方案制定需保證施工最大動(dòng)當(dāng)量小于等于1.61g/cm3，避免固井施工過(guò)程中漏失。表1ZJHW204井裸眼井身質(zhì)量平均井徑mm170.78擴(kuò)大率%3.44最大井徑mm181.19最大井徑對(duì)應(yīng)的井深/m4788.9最小井徑mm165.1最小井徑對(duì)應(yīng)井深m6693最大井斜/°90.19最大井斜對(duì)應(yīng)井深/m5276.09由表1可知，裸眼段平均井徑為170.78mm，為保證環(huán)空上返速度大于1.0m/s，要求固井注替排量需大于10.23L/s，即0.61m3/min，附加30%施工排量設(shè)計(jì)為0.80m3/min。圖6ZJHW204井排量0.8m3/min施工過(guò)程井底當(dāng)量模擬利用固井軟件進(jìn)行施工模擬，由圖6可知，全程施工排量0.80m3/min時(shí)井底最大動(dòng)當(dāng)量為1.779g/cm3，不滿(mǎn)足上述動(dòng)當(dāng)量小于等于1.61g/cm3的前置條件。通過(guò)圖6顯示，施工進(jìn)行至替漿25m3時(shí)，即隔離液返出5m3，井底動(dòng)當(dāng)量為1.61g/cm3，后續(xù)需要降低排量施工以防止井漏失返。以下選取三種降低施工排量方案，從井底最大動(dòng)當(dāng)量方面進(jìn)行分析對(duì)比，進(jìn)而初步確定施工排量。方案一：替漿25-45m3，施工排量0.7m3/min，45-65.1m3，施工排量0.6m3/min；方案二：替漿25-45m3，施工排量0.6m3/min，45-65.1m3，施工排量0.5m3/min；方案三：替漿25-45m3，施工排量0.6m3/min，45-65.1m3，施工排量0.4m3/min。（a）（b）（c）圖7ZJHW204井施工排量不同井底最大動(dòng)當(dāng)量情況由圖7可知，方案一替漿45m3時(shí)，井底動(dòng)當(dāng)量為1.622g/cm3，替漿至65.1m3時(shí)，井底動(dòng)當(dāng)量為1.702g/cm3；方案二替漿45m3時(shí)，井底動(dòng)當(dāng)量為1.595g/cm3，替漿至65.1m3時(shí)，井底動(dòng)當(dāng)量為1.662g/cm3；方案三替漿45m3時(shí)，井底動(dòng)當(dāng)量為1.595g/cm3，替漿至65.1m3時(shí)，井底動(dòng)當(dāng)量為1.607g/cm3。綜合以上三種方案，注前置液、水泥漿、替漿0-25m3施工排量0.8m3/min，替漿25-45m3，施工排量小于等于0.6m3/min，45-65.1m3，施工排量小于等于0.4m3/min，可保證固井施工的一次上返成功。（2）頂替效率：結(jié)合上文漿柱結(jié)構(gòu)與施工參數(shù)，對(duì)比替漿45-65.14m3時(shí)排量0.4m3/min、0.35m3/min、0.3m3/min的頂替效率分析。由圖8可知，在此三種排量下環(huán)空頂替效率基本一致。圖8ZJHW204井替漿45-65.14m3時(shí)排量0.4m3/min、0.35m3/min、0.3m3/min頂替效率分析（3）固井施工時(shí)間：固井施工時(shí)間是另一個(gè)重要的參數(shù)，它直接影響作業(yè)效率和整體成本。根據(jù)上文排量設(shè)計(jì)，結(jié)合圖6的井底動(dòng)當(dāng)量情況，我們可以觀察到，注中間漿56m3前井底當(dāng)量為1.541g/cm3，由圖9可知注中間漿56m3前施工排量可提升至1.0m3/min，在節(jié)約施工時(shí)間的同時(shí)進(jìn)一步提升了頂替效率。圖9ZJHW204井施工過(guò)程井底當(dāng)量和頂替效率模擬經(jīng)過(guò)上述研究可知，中佳2_H區(qū)塊施工排量設(shè)計(jì)為：先導(dǎo)漿、隔離液、清洗液、領(lǐng)漿、中間漿前半段采用1.0m3/min排量施工，中間漿后半段、尾漿、替漿前期采用0.8m3/min排量施工，替漿中期采用0.6m3/min排量施工，替漿后期采用0.4m3/min排量施工。3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究ZJHW204井完井固井注入密度1.25g/cm3先導(dǎo)漿15m3，注入密度1.40g/cm3隔離液15m3，注入密度1.02g/cm3清洗液10m3，注入密度1.45g/cm3領(lǐng)漿37m3，注入密度1,35g/cm3中間漿107m3，注入密度1,90g/cm3尾漿22m3，替漿65.1m3，碰壓放回水正常，施工全程未漏失，關(guān)井蹩壓10.5MPa候凝。ZJHW204井單級(jí)固井施工安全順利的完成，各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)聲幅結(jié)果顯示，全井封固質(zhì)量合格，實(shí)現(xiàn)了水泥漿一次性上返成功，實(shí)現(xiàn)全井段封固，有效封固了目的層。同時(shí)該固井技術(shù)為ZJHW203、ZJHW205提供了數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)了固井水泥漿一次封固與目的層固井質(zhì)量合格。（1）中佳2_H區(qū)塊完井的固井原則是優(yōu)先防漏而后頂替，保證全程壓穩(wěn)、盡快封固，可以有效保證水泥漿一次上返與膠結(jié)質(zhì)量；（2）合理設(shè)計(jì)前置液、水泥漿密度，降低漏失風(fēng)險(xiǎn)，提高頂替效率；（3）配套合理的施工注替排量，能有效提高頂替效率，提高固井質(zhì)量；（4）現(xiàn)場(chǎng)施工效果明顯，為中佳2_H區(qū)塊完井小間隙固井技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，并提供了有利參考。參考文獻(xiàn)譚元銘,徐璧華,朱亮.影響水平井注水泥頂替效率主要因素的數(shù)模分析研究[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）,2015,(4):6-12.史元.影響石油固井質(zhì)量的主要因素及改進(jìn)措施[J].石化技術(shù),2018,25(12):186.高永海,孫寶江,趙欣欣,等.前置液流變性對(duì)頂替界面穩(wěn)定性影響的數(shù)值模擬[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2007,(6):51-54.劉崇建，黃柏宗，徐同臺(tái)，等．油氣井注水泥理論與應(yīng)用［Ｍ］．北京：石油工業(yè)出版社，2001．石磊.固井施工過(guò)程中