中佳2-H区块固井施工技术研究-期刊论文说明书

中佳2_H区块固井施工技术研究XXX（XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX）摘要新疆油田中佳2_H井区钻进采用小四开井身结构，针对裸眼窄间隙、技套内大环空的长水平井固井困难的问题，对固井施工期间的动当量；裸眼与技套内顶替效率进行分析，确定了影响固井质量的主要因素为固井施工期间漏失情况；钻井液、前置液与领浆的混窜程度；注替过程中的顶替效率等。通过优化水泥浆浆柱结构以及改良固井施工期间注替排量等措施，从而进一步提升固井质量，为后续开采创造条件与保障。关键词裸眼窄间隙；技套大环空；固井工艺；顶替效率；水平井引言新疆油田中佳2_H井区主要以小四开窄间隙水平井开发为主，2024年起完井固井水泥浆需返至地面。以ZJHW204井为例，井深结构二开下入⌀273.05mm套管至3562.36m，三开悬挂⌀193.7mm尾管3350.65m-4611.60m，四开⌀165.1mm钻头钻进为至6693m，下入⌀127+139.7mm套管。在长水平井固井作业中，面对裸眼窄间隙导致的压力控制难题及技套内大环空对水泥浆分布与顶替效率的高要求，提升固井质量成为确保后续开采顺畅的关键。为此深入探究影响因素并采取针对性改进措施至关重要。应通过优化浆柱设计、调整注替排量等手段，力求增强固井效果，为后续高效开发奠定坚实基础[1-5]。同时这些探索也将为同类井区的固井作业提供宝贵经验与参考，推动整体技术进步。1完井固井施工难点针对中佳2_H井区窄间隙非常规井身结构水平井固井，技术难点主要有以下几点：（1）裸眼段长，斜井段及水平段井眼不规则、井眼清洗不干净等因素，导致套管存在下不到位的风险。（2）目的层佳木河组地层承压能力较弱，且水泥浆需返至地面，固井施工过程中存在漏失风险。（3）复合井眼内下入复合套管，小井眼固井施工环空压耗高；大井眼环空容积大，小排量施工过程中环空返速（0.40m/s），顶替效率难以保证。（4）一旦发生留塞、替空事故，受井身结构的限制，处理难度大。2技术研究2.1注入浆体密度分析研究2024年中佳2_H区块四开完井采用白油基钻井液体系，设计密度为1.30-1.40g/cm3，以ZJHW204井为原型，使用AnyCem固井软件按照钻井液密度1.34g/cm3进行后续模拟与分析[6]。在固井现场施工中，前置液与水泥浆的密度设计是决定施工质量的一项关键因素，需综合考虑地层当量窗口、顶替效率等因素，确保浆体在防漏、顶替和支撑等方面满足固井要求，避免漏失、窜槽等问题，实现高质量固井。2.2前置液种类与密度分析前置液的主要作用是清洁、稳定井壁，增加水泥与井壁的粘结力，并在一定条件下预防井壁破裂或坍塌。结合中佳2_H区块往年资料，从裸眼段接触时间、钻井液滞留、井底最小动当量密度三方面进行分析，进而确定最佳的前置液设计方案[7-9]。（1）裸眼段接触时间：按照ZJHW204井井深结构，四开裸眼段环空容积为22m3，按照前置液紊流接触时间7-10min以及隔离液密度高于钻井液密度为设计原则，初步确定隔离液，前置液分别取10m3，即1000m隔离液（密度1.40g/cm3）+1000m清洗液（密度1.02g/cm3）。（2）钻井液滞留：按照1000m隔离液+1000m清洗液的浆柱结构，顶替效率模拟显示上部900m存在少量钻井液滞留，为保证钻井液全部顶替干净，前置液设计中加入1500m密度1.25g/cm3先导浆，顶替效率模拟显示上部150m存在少量钻井液滞留，变更前置液设计中隔离液长度为1500m，顶替效率模拟显示钻井液已全部顶替干净。图1ZJHW204井三种前置液设计方案所对应的钻井液滞留情况（3）井底最小动当量密度：按照上述分析确定前置液设计为密度1.25g/cm³先导浆1500m+密度1.40g/cm³隔离液1500m+1.02g/cm³冲洗液1000m，当量模拟显示施工过程中最小动当量为1.443g/cm³，可保证施工中压稳。图2ZJHW204井施工过程井底当量模拟经过上述研究可知，中佳2_H区块前置液设计为先导浆1500m+隔离液1500m+冲洗液1000m，其中先导浆密度低于钻井液密度0.1g/cm³左右，隔离液密度高于钻井液密度0.05g/cm³左右。2.3水泥浆密度分析在油气钻井和施工过程中，水泥浆的密度是确保施工安全和封固质量的关键因素。尤其在环空全封固的施工中，水泥浆的密度直接影响其在环空中充填的能力、固结效果以及对井壁的支撑力。结合中佳2_H区块施工情况，从环空静当量、前置液滞留两方面进行分析，进而确定水泥浆的密度设计方案。若水泥浆的密度与钻井液的密度接近，能够避免水泥浆注入时产生过大的压力差。以ZJHW204井为例，选择水泥浆密度接近钻井液密度的1.35g/cm³，能够达到近平衡固井从而有效降低井漏风险；在裸眼段，水泥浆尾浆的密度需设计为1.90g/cm³，以确保封固的质量。（1）前置液滞留：按照上述浆柱结构进行模拟，显示上部3000m残留清洗液未顶替干净。 图3ZJHW204井水泥浆密度1.35g/cm³前置液滞留情况为保证清洗液顶替干净，需增加中间浆，同时提升领浆密度，以下选取三种领浆设计方案，从顶替效果上面进行分析。方案一：领浆密度为1.40g/cm³，段长为500m；方案二：领浆密度为1.45g/cm³，段长为500m；方案三：领浆密度为1.50g/cm³，段长为500m。图4ZJHW204井水泥浆密度不同前置液滞留情况由图4可知，对比三种领浆密度段长设计的前置液滞留情况，在此三种情况下，清洗液残留现象无明显改善，故增加领浆附加量20m3进行模拟分析。图5ZJHW204井水泥浆密度不同（附加20m3）前置液滞留情况由图5可知，对比上述三种领浆密度段长设计的前置液滞留情况，领浆密度1.40g/cm³，同时附加量提升至20m3，前置液残留最少，顶替效率最佳。（2）环空静当量：上述三种领浆密度设计方案中，方案一井底静当量为1.36g/cm³，方案二井底静当量为1.37g/cm³，方案三井底静当量为1.38g/cm³。站在防漏防混窜角度，方案一效果最优。经过上述研究可知，中佳2_H区块水泥浆设计为领浆500m+中间浆+尾浆，其中领浆密度高于钻井液密度0.05g/cm³且附加20m3，中间浆密度等于钻井液密度，尾浆密度1.90g/cm³。2.4固井施工过程注替排量研究固井施工过程中的注替排量研究，是指在油气井固井作业中，注入水泥浆量和替浆排量之间的关系研究。对于保证固井质量、避免漏失和确保水泥浆完全充填井壁至关重要。以下通过井底最大动当量、水泥浆顶替效率、固井施工时间三方面进行分析，最终确定中佳2_H井区的施工参数。（1）井底最大动当量：参考ZJHW204井，泥浆密度1.34g/cm3，钻头位置4610m，井口加压12MPa，折合井底当量密度1.61g/cm³。后续方案制定需保证施工最大动当量小于等于1.61g/cm³，避免固井施工过程中漏失。表1ZJHW204井裸眼井身质量平均井径mm170.78扩大率%3.44最大井径mm181.19最大井径对应的井深/m4788.9最小井径mm165.1最小井径对应井深m6693最大井斜/°90.19最大井斜对应井深/m5276.09由表1可知，裸眼段平均井径为170.78mm，为保证环空上返速度大于1.0m/s，要求固井注替排量需大于10.23L/s，即0.61m3/min，附加30%施工排量设计为0.80m3/min。图6ZJHW204井排量0.8m3/min施工过程井底当量模拟利用固井软件进行施工模拟，由图6可知，全程施工排量0.80m3/min时井底最大动当量为1.779g/cm3，不满足上述动当量小于等于1.61g/cm3的前置条件。通过图6显示，施工进行至替浆25m3时，即隔离液返出5m3，井底动当量为1.61g/cm3，后续需要降低排量施工以防止井漏失返。以下选取三种降低施工排量方案，从井底最大动当量方面进行分析对比，进而初步确定施工排量。方案一：替浆25-45m3，施工排量0.7m3/min，45-65.1m3，施工排量0.6m3/min；方案二：替浆25-45m3，施工排量0.6m3/min，45-65.1m3，施工排量0.5m3/min；方案三：替浆25-45m3，施工排量0.6m3/min，45-65.1m3，施工排量0.4m3/min。（a）（b）（c）图7ZJHW204井施工排量不同井底最大动当量情况由图7可知，方案一替浆45m3时，井底动当量为1.622g/cm3，替浆至65.1m3时，井底动当量为1.702g/cm3；方案二替浆45m3时，井底动当量为1.595g/cm3，替浆至65.1m3时，井底动当量为1.662g/cm3；方案三替浆45m3时，井底动当量为1.595g/cm3，替浆至65.1m3时，井底动当量为1.607g/cm3。综合以上三种方案，注前置液、水泥浆、替浆0-25m3施工排量0.8m3/min，替浆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，可保证固井施工的一次上返成功。（2）顶替效率：结合上文浆柱结构与施工参数，对比替浆45-65.14m3时排量0.4m3/min、0.35m3/min、0.3m3/min的顶替效率分析。由图8可知，在此三种排量下环空顶替效率基本一致。图8ZJHW204井替浆45-65.14m3时排量0.4m3/min、0.35m3/min、0.3m3/min顶替效率分析（3）固井施工时间：固井施工时间是另一个重要的参数，它直接影响作业效率和整体成本。根据上文排量设计，结合图6的井底动当量情况，我们可以观察到，注中间浆56m3前井底当量为1.541g/cm3，由图9可知注中间浆56m3前施工排量可提升至1.0m3/min，在节约施工时间的同时进一步提升了顶替效率。图9ZJHW204井施工过程井底当量和顶替效率模拟经过上述研究可知，中佳2_H区块施工排量设计为：先导浆、隔离液、清洗液、领浆、中间浆前半段采用1.0m3/min排量施工，中间浆后半段、尾浆、替浆前期采用0.8m3/min排量施工，替浆中期采用0.6m3/min排量施工，替浆后期采用0.4m3/min排量施工。3现场应用研究ZJHW204井完井固井注入密度1.25g/cm³先导浆15m³，注入密度1.40g/cm³隔离液15m³，注入密度1.02g/cm³清洗液10m³，注入密度1.45g/cm³领浆37m³，注入密度1,35g/cm³中间浆107m³，注入密度1,90g/cm³尾浆22m³，替浆65.1m³，碰压放回水正常，施工全程未漏失，关井蹩压10.5MPa候凝。ZJHW204井单级固井施工安全顺利的完成，各项参数均达到设计要求。经声幅结果显示，全井封固质量合格，实现了水泥浆一次性上返成功，实现全井段封固，有效封固了目的层。同时该固井技术为ZJHW203、ZJHW205提供了数据支持，实现了固井水泥浆一次封固与目的层固井质量合格。（1）中佳2_H区块完井的固井原则是优先防漏而后顶替，保证全程压稳、尽快封固，可以有效保证水泥浆一次上返与胶结质量；（2）合理设计前置液、水泥浆密度，降低漏失风险，提高顶替效率；（3）配套合理的施工注替排量，能有效提高顶替效率，提高固井质量；（4）现场施工效果明显，为中佳2_H区块完井小间隙固井技术奠定了基础，并提供了有利参考。参考文献谭元铭,徐璧华,朱亮.影响水平井注水泥顶替效率主要因素的数模分析研究[J].探矿工程（岩土钻掘工程）,2015,(4):6-12.史元.影响石油固井质量的主要因素及改进措施[J].石化技术,2018,25(12):186.高永海,孙宝江,赵欣欣,等.前置液流变性对顶替界面稳定性影响的数值模拟[J].中国石油大学学报（自然科学版）,2007,(6):51-54.刘崇建，黄柏宗，徐同台，等．油气井注水泥理论与应用［Ｍ］．北京：石油工业出版社，2001．石磊.固井施工过程中