溢漏同存井尾管正注反擠固井技術在GS138井的應用

蔣毅，曾知昊，程興潔

中國石油西南油氣田分公司 工程技術研究院（四川成都610017）

伴隨國內外油氣田開發(fā)的不斷深入，尾管固井技術得到較快發(fā)展，成為深井、超深井、復雜結構井和特殊工藝井中不可缺少的固井方式之一。而尾管固井因其工藝的復雜性和特殊性，在作業(yè)期間一旦發(fā)生井漏、溢流等復雜情況，就會導致較高的安全風險。通常采取的正注反擠施工工藝，易出現正注、反擠水泥對接失敗，形成自由套管段，漏封地層，固井質量難以得到保障。GS138井Ф215.9 mm井眼下入Ф177.8 mm尾管到設計井深后發(fā)生井漏并引發(fā)井下流體持續(xù)侵入井筒，造成井控緊急情況，現場采用正注反擠固井技術[1]，結合精細控壓工藝[2]，有效地控制了施工過程中的井控風險，安全順利完成了此次施工，取得了較好的固井質量。詳細介紹該井復雜處理過程，總結了溢漏同存井尾管正注反擠固井關鍵技術措施，通過措施的應用，施工安全和施工質量得到有效保障，為此類復雜井固井作業(yè)提供有力的技術支持。

1 GS138井Ф215.9 mm井眼基本情況

GS138井是西南油氣田分公司部署在四川盆地川中古隆起高石梯構造西北的一口評價井，該井采用Ф215.9 mm鉆頭進入燈四頂垂深1.58 m，中完井深5 537 m，下入Ф177.8 mm油層尾管封固2 475～5 537 m井段（圖1），鉆井液密度達2.12 g/cm3，最大井斜72.2°，位于5 537 m燈四段；最大狗腿度6.56°/30 m，位于4 944 m龍王廟組。

圖1 GS138井井身結構圖

1.1 鉆進過程中油氣顯示及井漏

四開鉆進過程在長興組、龍?zhí)督M、茅口組和棲霞組共發(fā)生6次氣侵，4次氣測異常，鉆井液密度2.10～2.11 g/cm3，主要后效顯示為棲一段。當時全烴值（T G）由1.0%上升至60.9%，鉆井液密度由2.11下降至2.07 g/cm3。在龍王廟組發(fā)生1次井漏，通過兩次注入濃度為43%、30%堵漏鉆井液堵漏成功，累計漏失密度2.09 g/cm3的鉀聚磺鉆井液184.5 cm3。

1.2 固井前地層承壓試驗

根據精細控壓壓力平衡法固井方案與漿柱結構，在滿足頂替效率大于90%前提下，按照施工排量1.1 m3/min模擬井底最大當量鉆井液密度（EC D）為2.248 g/cm3，采用“循環(huán)+套壓控制”的方式檢驗地層承壓能力，確保漏失當量密度≥2.25 g/cm3。

該井下套管前使用鉆井液密度2.12 g/cm3，排量30 L/s，控套壓5 MPa，循環(huán)30 min未發(fā)生井漏，計算井底E CD為2.25 g/cm3。在鉆井液密度2.12 g/cm3下不同井深動承壓試驗E CD計算結果見表1。

表1 鉆井液密度2.12 g/cm3下動承壓試驗ECD計算結果

1.3 地層壓穩(wěn)情況

下套管前最近一次用密度2.12 g/cm3鉆井液開泵循環(huán)，排量19.5 L/s，泵壓7.2 MPa，TG由1.3%升至17.6%，密度由2.12 g/cm3降至2.10 g/cm3，后效持續(xù)時間56 min，油氣上竄高度773.77 m，油氣上竄速度22.23 m/h，歸位棲一段，井段：4 175～4 181 m。結合現場2.12 g/cm3能夠正常起下鉆作業(yè)，綜合判定裸眼段壓穩(wěn)油氣層E C D為2.12 g/cm3。

2 固井復雜情況

2.1 下送尾管到位后循環(huán)井漏

該井下入Φ177.8 mm尾管到位后，以6.7 L/s小排量循環(huán)，立壓8.5 MPa，然后逐步上提至14 L/s，循環(huán)1.5 h后發(fā)現井漏，平均漏速18 m3/h，降低排量至5 L/s，測得漏速9.6 m3/h，停泵液面在井口，立壓7.8 MPa不回零，現場判斷為井下環(huán)堵引發(fā)井漏。經小排量循環(huán)鉆井液（期間活動鉆具，懸重1 100～2 700 kN），排量3～4 L/s，泵壓7.1～7.6 MPa，平均漏速7.2～8.8 m3/h，停泵立壓7.3～7.9 MPa不降，判斷為環(huán)空不暢，累計漏失密度2.12 g/cm3的鉀聚磺鉆井液94.4 m3。

2.2 循環(huán)發(fā)現出口未斷流

等待處理措施期間，小排量間歇式頂通水眼停泵后出口未斷流(停泵立壓6.4 MPa）；關井觀察期間，立壓7.1 MPa，套壓上漲至2.1 MPa，分析為主漏層龍王廟鉆井液回吐導致，伴隨天然氣及地層水侵入井筒[3]。

3 現場復雜處理方案

鑒于該井當前溢漏同存、環(huán)空不暢的復雜情況，選擇處理方案時首先立足于確保井控及施工安全，其次保障固井質量，為后續(xù)鉆進作業(yè)提供有利條件。在確定施工方案前，進行了正注反擠測試，確定該次尾管固井因漏失速度較大需實施正注反擠工藝，且地層吃入能力較好，具備反擠施工條件[4]。

3.1 正注測試漏失速度

固井井漏時施工方式必須根據現場實際情況進行選擇，正注反擠技術屬于非常規(guī)施工，施工安全及質量難以保證，在漏速小于10 m3/h時，可以通過增加附加水泥漿量一次注水泥。只有在漏速較大不能建立循環(huán)或者能建立部分循環(huán)且漏速大于10 m3/h時，適合采取正注反擠固井技術。

該井測漏速情況：排量20.4 L/s，立壓13.2 MPa，套壓2.07 MPa，注入16 m3，漏失10.4 m3，測得平均漏速41.7 m3/h，最終確定漏失速度較大，不具備一次注水泥條件，采取正注反擠技術施工，2021年4月7日正注測漏速立套壓變化曲線如圖2所示。

圖2 正注測漏速立套壓變化曲線

3.2 試反擠求取施工參數

要確保正注反擠施工的成功，必須在施工前求取反擠參數，摸清擠入量與壓力之間的關系，防止水泥漿擠不進地層或擠注壓力過高，造成反擠施工“插旗桿”或“長水泥塞”事故，并根據試擠排量、壓力確定反擠施工時間和水泥漿安全稠化時間。

該井試擠情況：開精細化液動平板閥，關球形防噴器反推鉆井液，排量20.5 L/s，套壓11.7 MPa，擠入鉆井液16.0 m3，試擠泵壓上漲緩慢，停泵套壓穩(wěn)定在7.5 MPa，地層吃入能力較好，具備正注反擠施工條件。

3.3 確定正注反擠施工方案

1）優(yōu)化水泥漿柱結構，確定正注反擠界面?？紤]正注反擠界面4 887 m（鉆進期間唯一漏層），采用雙凝高溫柔性防氣竄水泥漿體系[5]，兩凝界面5 011 m，緩凝水泥封固4 625～5 011 m，快干水泥返至5 011～5 537 m，快干水泥頂部在漏層以下，避免反擠出現“糖心”[6]。反擠水泥漿封固2 475～5 000 m。使用現有柔性水泥，通過調整配漿水以滿足固井稠化時間要求，界面3 900 m（110℃）以下為快干水泥漿（加砂），以上為緩凝水泥漿（不加砂），保證環(huán)空水泥漿成功對接，懸掛器頂留上水泥塞100 m，保證重合段、喇叭口形成有效封隔。

2）正注結束立即關球形防噴器反擠20 m3，保住井下通道，待快干水泥初凝后再起鉆反擠，期間每間隔5 min擠入0.5 m3鉆井液，保持通道暢通。

3）采用“壓回法”清除污染鉆井液。裸眼段鉆進過程多次氣測異常、氣侵顯示，主漏層龍王廟組為高壓含氣水層[7]，此次施工井控風險較高，施工過程應采用“壓回法”將侵入井筒內的地層流體及被污染鉆井液全部推回地層[8]。

4）最高施工套壓控制。反擠嚴格控制套壓上限，密切關注井口套壓變化，及時調整施工排量。該井上層Φ250.83 mm套管70%的抗內壓強度為58.7 MPa，以套管鞋處2 877 m，按鉆井液密度2.12 g/cm3及套管外地層水密度1.05 g/cm3計算，反擠套壓應控制在28.5 MPa以內。

5）確定反擠水泥漿實驗溫度、性能。漏層4 887 m處溫度約134℃，溫度系數取0.75，反擠水泥漿試驗溫度100℃。稠化時間控制在安全施工時間80 min基礎上附加60～120 min，設計為140～200 min，現場水泥漿基礎性能見表2。同時為保證水泥漿與鉆井液的有效分隔和水泥膠結質量[9]，泵注10 m3加重隔離液，5 m3加重清洗先導漿。在原一次正注固井施工的基礎上新增反擠水泥漿稠化實驗、污染實驗，確保固井施工有足夠的安全時間，待所有實驗合格后方可開始施工。

表2 現場水泥漿基礎性能表

6）現場各方為后續(xù)復雜處理做好保障。鉆井液公司緊急調運2.11～2.16 g/cm3鉆井液230 m3，保證正注返擠固井施工有充足鉆井液。井隊在等待期間每1 h頂通一次，保證水眼暢通，記錄立、套壓變化。固井公司根據正注反擠施工需要，加急完成反擠水泥漿稠化實驗及污染實驗，組織固井材料。

4 現場施工及固井質量

4.1 正注固井施工

正注施工泵注期間自然節(jié)流套壓0.5 MPa，工序間隔的停泵期間通過精細控壓，固井壓力補償設備控制套壓2～3 MPa，確保全程井下壓穩(wěn)。按照既定施工流程注前置液（抗污染隔離液+沖洗隔離液+沖洗液）、緩凝水泥漿、快干水泥漿，替漿正常碰壓。入井流體密度均符合設計要求，頂替至24.5 m3時出口見返，出口流量0%～12%，正注施工期間共計漏失鉆井液93 m3。

4.2 反推鉆井液保持通道暢通

正注碰壓后泄壓檢查，井口斷流，立即關球形防噴器，開泵反推鉆井液20.0 m3，排量17.5 L/s，套壓10.6 MPa，停泵套壓由10.6 MPa下降至6.6 MPa。關井候凝2 h待快干水泥漿初凝，期間每間隔5 min擠入0.5 m3鉆井液以保持通道暢通，累計擠入鉆井液11.0 m3，關井套壓由6.6 MPa降至5.6 MPa。

4.3 搶起鉆具至反擠井深

反擠施工前需將鉆具起至安全井段，為反擠施工留下足夠的安全空間，溢漏同存井尾管正注反擠中做到安全起鉆是施工的關鍵難點[10]。本次固井通過關井套壓變化情況判斷井下無氣體侵入，現場通過限制回吐量并及時回推的技術措施，成功將鉆具起至安全位置。

按照施工方案應控壓3 MPa，起鉆10柱至井深2 192 m，實際經過3次搶起鉆共計起出鉆具9柱至井深2 221.34 m。起鉆過程中地層回吐量較大，回吐速度增加較快且鉆具內反噴嚴重，現場采用“壓回法”將回吐量全部推回地層，避免受污染鉆井液上移。詳細起鉆過程如下：①上提鉆具拔出中心管，控制套壓4 M P a正注密度2.42 g/cm3的加重鉆井液20.0 m3，精細控壓檢測返出排量最大20 L/s，地層回吐多返8.5 m3。②第一次搶起3柱，最大回吐出口流量24 L/s，回吐30 m3，關井套壓上升至13 M P a；反推密度2.12 g/cm3鉆井液40 m3，關井套壓下降至7.3 M P a。③第二次搶起，回吐流量最大29 L/s，起出2柱，回吐16 m3，鉆具正眼反噴嚴重，立即停止起鉆搶接旋塞控制井口，關井套壓上升至12.8 M P a。④現場緊急配置2.43 g/cm3加重鉆井液15 m3正注壓水眼，關井立壓下降至1.4 M P a，套壓下降至10 M P a；反推密度2.12 g/cm3鉆井液25 m3，關井套壓下降至6.6 M P a。⑤第三次搶起，控套壓5.5 M P a起鉆，正眼不冒，出口流量4 L/s，反吐7.5 m3，起出鉆具4柱。

反推密度2.12 g/cm3的鉆井液10.0 m3，關井立壓0，套壓5.4 MPa，已具備反擠施工條件。起鉆過程回吐及反推數據見表3。

表3 起鉆數據統(tǒng)計

4.4 反擠施工

反擠施工前關井立壓0，套壓5.4 MPa。為進一步清除井筒內返吐回的被污染鉆井液，先后關井反推、正擠密度2.12 g/cm3的鉆井液共20 m3，固井施工前關井立壓5.2 M P a，套壓2.7 M P a。

反擠施工為避免回吐污染鉆井液進入環(huán)空，全程采用關井擠注，同時為保證鉆井液與水泥漿的有效隔離，計算隔離液出鉆桿時間，通過開關8#液動平板閥控制隔離液返至鉆桿外環(huán)空4 m3（占高180 m）。反擠施工按既定方案順利完成，最高立壓27 M P a，套壓28 M P a，停泵套壓10.7 M P a。

4.5 候凝及固井質量

因反擠水泥漿未經過井底高溫加熱，關井候凝期間受熱膨脹，候凝期間套壓持續(xù)上漲，候凝72 h后最高上漲至25.47 M P a（圖3）。候凝結束后探塞得上塞厚256 m、下塞厚82.7 m，套管試壓合格，喇叭口無竄氣。電測解釋固井質量一界面優(yōu)質率42.9%，合格率82.38%；二界面優(yōu)質率67.17%，合格率100%。龍王廟組漏層4 887 m位置一、二界面水泥膠結質量均較好（圖4），正注反擠施工成功對接。

圖3 GS138井候凝套壓變化曲線

圖4 井深4 855.0～4 915.0 m固井質量

5 結論及建議

1）高壓氣井長封固段尾管下套管應精細操作，下送尾管期間做好分段循環(huán)，破壞鉆井液結構力，排除環(huán)空泥餅堆積，降低井漏風險，避免因環(huán)空不暢導致井漏等一系列復雜情況。

2）尾管固井正注反擠施工較難保障固井質量，因井下復雜確需進行正注反擠的，應提前做好正注測漏速、環(huán)空試反擠求參數工作，以此為前提制定施工方案，詳細分析漏層情況，控制正注水泥漿返高，根據水泥漿初凝時間及時反推確保反擠通道暢通，力爭環(huán)空水泥漿完全充填。

3）溢漏同存井尾管正注反擠中做到安全起鉆是施工的關鍵難點，在可能有氣體侵入的情況下為防止氣體上移至井口，須先壓井至關井立、套壓為零后才能安全起鉆，其優(yōu)勢是能做到起鉆全過程壓穩(wěn)；而在確認沒有氣體侵入的情況下可以采用不壓井的方式起鉆，優(yōu)勢是處置速度快，消耗材料少。

4）溢漏同存井尾管如遇嚴重井漏，需正注反擠施工的，反擠施工前如液面不在井口，應采取吊灌膠液或大排量開泵等方式，將環(huán)空灌滿后再關井進行反擠；宜采用“壓回法”分別在正反兩個方向將回吐量全部推回地層，并多回推一定量，完全清除井內污染鉆井液。

5）根據井口裝置額定工作壓力、套管抗內壓強度、地層破裂壓力70%～80%三者確定最大反擠套壓。

6）尾管固井正注反擠施工前，現場應提前準備充足的鉆井液、加重材料，調整好水泥漿稠化時間，嚴格完成入井流體相容性實驗，精細控制隔離液位置，確保施工安全。