刘明峰 张宇 熊腊生 张艳茹 姚庆童

中国石油华北油田分公司

苏4K-P4井复杂井况下尾管固井工艺

刘明峰 张宇 熊腊生 张艳茹 姚庆童

中国石油华北油田分公司

苏4K-P4井是苏4储气库一口典型的注采水平井，针对该井漏失情况，制定“静压差法”方案，即通过控制管内灌液量，利用静压差打开井下工具完成尾管固井施工。固井结束后测井显示上层技术套管存在破损，通过“二段回接固井”，设计2套悬挂器，分段完成回接固井作业。测井显示固井合格率100%，优质率41.5%。该项技术为储气库复杂井完井提供了新的技术思路。

储气库井；尾管；静压差法；二段回接固井；苏4K-P4井

苏4K-P4井是苏4储气库一口典型的注采水平井。苏4潜山凝析气藏位于河北省霸州市，紧邻苏桥天然气处理站，距陕京二线约16 km。产气层为奥陶系峰峰组和上马家沟组，属微裂缝孔隙型碳酸盐岩储层，含气层中部平均埋深4 700 m，原始地层压力47.9 MPa。盖层属于石炭二叠系，厚度超过1000 m。苏4储气库设计有效库容35×108m3，工作气规模12.1×108m3。该区块地层亏空严重，奥陶系地层压力系数为0.59。压力窗口窄，邻井苏4-5X井在三开沙河街段3 370 m处进行地层破裂压力试验，当量钻井液密度为1.52 g/cm3时地层即破裂。苏4断块储层多为高角度构造缝和溶蚀缝，存在多套易垮塌地层，该断块已钻13口井均出现不同程度的井涌、井漏、卡钻、井垮、断钻具、掉牙轮等复杂事故，而出现事故最多的是井漏，主要漏失井段：沙三—沙四段、石炭—二叠系以及奥陶系。邻井实钻资料显示，在沙河街—石炭二叠系井段存在泥岩、煤层、砾岩等不稳定地层，井下垮塌、扩径严重，井径扩大率23.4%～44.7%。

针对苏4储气库已完钻的注采井中固井施工的复杂情况，从井身结构、固井设备和水泥浆体系等方面进行了优化研究，取得了一定的成效，但是针对尾管固井时出现的井漏现象和套管破损情况仍存在技术瓶颈。本研究通过从固井施工工艺出发，使用了“静压差法”和“二段回接固井”施工工艺，有效解决了固井难题，确保了固井施工顺利实施，固井质量达到储气库标准要求。

1 井身结构设计

Casing program design

苏4K-P4井井身结构设计见图1。

图1 苏4K-P4井井身结构图Fig.1 Casing program of Well Su 4K-P4

2 施工难点分析

Analysis on cementing difficulties

2.1 井漏失返

Lost circulation

苏4K-P4井位于苏4气藏的高部位，储层以南北向展布，纵向上厚度稳定。四开钻遇目的层是以白云岩的溶洞和裂缝为主的奥陶系潜山。钻进至5 047 m，发生严重漏失，边漏边钻至5 382.6 m，漏速0.92～7.75 m3/h； 共漏失154.6 m3。最后2.6 m放空，泵压由16 MPa降至12 MPa。后经电测液面在1815 m处。

2.2 上层Ø244.5 mm技术套管破损

Damage of Ø244.5 mm technical casing of upper layer

尾管固井完成后，发现清水连续外溢，每小时返0.9 m3，先后进行了声幅-变密度测井、同位素测井、电磁探伤等作业。根据工况判定出水原因：（1）4860 m以上的Ø177.8 mm套管完好，4 860 ～4 911 m之间的盲管、盲板出现漏点，造成与潜山地层连通导致漏失；（2）地层存在高压水层，由于井漏掏空造成垂深4 000 m附近Ø244.5 mm技术套管在高压差情况下破损，导致地层水进入井筒（根据电测结果，在斜深4 250 m处有水层）。

2.3 尾管管串设计复杂

Complicated liner string design

苏桥储气库尾管管串设计复杂，尾管固井需先后实现液压悬挂器坐挂、液压封隔器坐封、机械封隔器坐封、工具丢手和分级箍开、关六道工序，同时悬挂器与封隔器坐封压力接近，因此对井筒内压力控制要求极高。在地层存在严重漏失的情况下，无法通过井口加压方式实现悬挂器坐挂。

3 特殊固井方案设计

Special cementing plan design

3.1 “静压差法”方案设计

Design of static differential pressure method

通过地面试验，控制管内外液柱高度，利用产生的静压差缓慢达到工具额定压力，可以实现工具打开。同时优化井下工具，提高封隔器坐封压力和盲板最大承压能力，降低施工风险。

3.1.1 套管管串结构 引鞋（长圆扣，带洗井回压阀）+ Ø139.7 mm筛管串（长圆扣）×487.6 m +变径短节（长 圆 扣，Ø168.3 mm变Ø177.8 mm）+ Ø177.8 mm盲板短节（长圆扣）+ Ø177.8 mm长套管（长圆扣）×2根+管外封隔器（机械式）+管外封隔器（液压式）+变扣短节（长圆扣变BGC扣）+ Ø177.8 mm分级箍（液压式） + Ø177.8 mm尾管串×692 m（BGC扣）+ Ø177.8 mm悬挂器（带回接筒，坐挂位置4192.64 m）+ Ø139.7 mm钻杆串。

3.1.2 施工风险分析 按P110钢级套管计算Ø244.5 mm套管极限屈服强度为758 MPa，基础数据如下。

套管参数：套管外径244.5 mm，套管壁厚11.05 mm，套管弹性模量206 GPa，套管泊松比0.3。水泥环参数：套管弹性模量6.2 GPa，套管泊松比0.21。

井筒内基础参数：井径311.2 mm，套管内压110 MPa，最大水平主应力15 MPa，最小水平主应力15 MPa。地层参数：地层弹性模量20 GPa，地层泊松比0.24。

分析结果如图2、图3所示，由图2、图3可见，当套管内压力为110 MPa时，套管才会出现屈服破坏。在4 200 m井段内充满1.88 g/cm3的水泥浆时，外层的Ø244.5 mm套管抗内压满足强度要求。

图2 第三强度理论Tresca等效应力Fig.2 Tresca equivalent stress of the third strength theory

图3 第四强度理论Mises等效应力Fig.3 Mises equivalent stress of the fourth strength theory

3.1.3 施工压力计算 根据电测的管内外高度，按工具坐挂压力计算管柱内灌入的清水用量，通过内外管柱压差产生的静压值达到工具额定压力，计算公式

式中，ρ为清水密度，取值1.0 kg/L；g为重力加速度，取值9.8 N/kg；L1为管外液柱容积，m3；L2为管内液柱容积，m3；F为管柱内外静压差，需小于套管极限屈服强度。

3.1.4 施工工序 （1）增加封隔器与盲板承压能力，封隔器承压达到35 MPa，盲板承压能力达到50 MPa；（2）下套管过程中准确计量灌入清水数量，下管柱过程中尽可能控制管内液面比管外液面低100 m；（3）根据电测的管内外液柱高度按坐挂压力计算管柱内灌入的清水数量，通过控制管内外液柱差产生压差（14 MPa）实现悬挂器坐挂；（4）关封井器后，固井水泥车从压井管汇打压6.5 MPa（静压差为5 MPa，流动阻力为1.46 MPa），验证封隔器是否密封；（5）用水泥车打压23.5 MPa打开分级箍，循环一周以上（排量控制在1.2 m3/min），循环过程中观察是否漏失；（6）尾管悬挂器丢手操作，确认成功后，做固井准备；（7）固井施工过程中注替排量控制在1.2 m3/min以内，采用批混、批注，保证入井水泥浆密度均匀。

3.2 “二段回接”固井方案设计

Two-section tie-back cementing plan design

因上层Ø244.5 mm技术套管存在破损，为保证井筒完整性同时防止固井后液柱压力过高压迫地层产生漏失，通过采取分段固井的方式，在避开Ø244.5 mm套管回接筒位置前提下，设计在3 192 m处增加一个套管悬挂器，一次回接套管串长度仅为1 000 m，合理降低了破损点井段水泥浆液柱高度，减少了对地层的压力。同时选择韧性水泥浆体系，保证水泥浆封固，提高固井质量。

3.2.1 套管管串结构 一次回接：回接插头+ Ø177.8 mm长套管×1根+ Ø177.8 mm节流浮箍+ Ø177.8 mm长套管×1根+碰压座+ Ø177.8 mm套管串×1 000 m（P110气密封套管）+ Ø177.8 mm悬挂器（坐挂位置3 192 m）+ Ø139.7 mm钻杆；二次回接：回接插头+ Ø177.8 mm长套管×2根+ Ø177.8 mm节流浮箍+ Ø177.8 mm套管串×3 192 m（95S气密封套管）

3.2.2 扶正器安放位置和数量 扶正器安装设计见表1。

表1 扶正器安装设计Table 1 Installation design of centralizer

3.2.3 施工工序 一段回接固井施工：（1）下入套管管串；（2）注入前隔离液25 m3；（3）注入密度1.90 g/ cm3的常规水泥浆15.3 m3，要求水泥浆密度均匀，采用批混批注；（4）顶入后置液2 m3，替入密度为1.50 g/cm3的钻井液14 m3，继续替入密度为1.03 g/cm3的钻井液34.2 m3；（5）替浆排量控制在1.5～2.0 m3/ min进行替浆；（6）用4 m3钻井液碰压倒扣丢手；（7）丢手成功后，立即起出全部钻具；（8）候凝48 h后，钻塞检测固井质量，准备二次回接固井。

二段回接固井施工：（1）下入套管管串；（2）注入前隔离液20 m3；（3）注入密度为1.95 g/cm3的常规水泥浆55 m3，要求水泥浆密度均匀，采用批混批注；（4）顶入后置液2 m3，替入密度为1.50～1.55 g/cm3的重泥浆55.4 m3；（5）替浆排量控制在1.5～2.0 m3/min；（6）用4 m3钻井液碰压，下放套管插入回接筒，放压回0。

4 固井质量分析

Analysis on cementing quality

固井候凝后，采取声波-变密度测井验证固井质量，生产套管固井合格率100%，优质率41.5%（见图4），盖层连续优质段28.1 m，符合储气库固井质量标准要求，测井评价为优质，保证了井筒密封性满足生产需要。截至2016年4月，苏4K-P4井已实现平稳注气1.375×108m3，采气0.223×108m3。

图4 Ø177.8 mm套管固井质量测井曲线（3 800～3 910 m）Fig.4 Cementing quality logging curve of Ø177.8 mm casing (3 800～3 910 m)

5 结论

Conclusions

（1）采取“静压差”工艺可以在井漏情况下完成井下工具的坐挂、打开，保证固井施工的顺利进行。尤其是适用于储气库水平井复杂的尾管管串，在合理计算灌浆量的前提下，控制井筒内压力，达到按顺序打开井下工具的目的。

（2）针对套管存在破损与地层水层沟通的问题，采取“二段回接”固井工艺，利用一段回接套管封堵漏点，避免地层水对水泥浆凝固的影响，在套损严重的区间可考虑挤水泥作业，进一步确保井筒完整性。

（3）该技术能够有效处理储气库井复杂工况，保证储气库井井身质量，为实现单井平稳注采气提供保障。

References:

［1］刘成贵.非常规油气水平井固井关键技术研究与应用［J］.石油钻采工艺，2013，35（2）：48-51.LIU Chenggui.Key technology research and application of cementing in horizontal wells of unconventional oil and gas reservoir［J］.Oil Drilling&Production Technology,2013,35（2）: 48-51.

［2］刘明峰，熊腊生，赵福祥，孙文邦，李振选，张宇，戴国松.储气库救援井文23-6J井钻井液技术［J］.钻井液与完井液，2014，31（5）：43-45.LIU Mingfeng,XIONG Lasheng,ZHAO Fuxiang,SUN Wenbang,ZHANG Yu,DAI Guosong.Drilling fluid technology for well Wen 23-6J［J］.Drilling Fluid &Completion Fluid,2014,31（5）: 43-45.

［3］刘明峰，熊腊生，赵福祥，钟福海，蒋世伟，张宇，李振选，李欢.文23-6J救援井挤水泥技术［J］.钻井液与完井液，2014，32（4）：101-103.LIU Mingfeng,XIONG Lasheng,ZHAO Fuxiang,ZHONG Fuhai,JIANG Shiwei,ZHANG Yu,LI Zhenxuan,LI Huan.Cementing of relief well for well Wen 23-6J［J］.Drilling Fluid &Completion Fluid,2014,32（4）: 101-103.

［4］张宇，刘明峰，熊腊生，李振选，孙志和，张涵.旋转固井技术在特殊井眼条件下的应用研究［J］.石油钻采工艺，2015，37（3）：39-41.ZHANG Yu,LIU Mingfeng,XIONG Lasheng,LI Zhenxuan,SUN Zhihe,ZHANG Han.Research on application of rotary cementing technology under special wellbore conditions［J］.Oil Drilling &Production Technology,2015,37（3）: 39-41.

［5］钟福海，钟德华.苏桥深潜山储气库固井难点及对策［J］.石油钻采工艺，2012，34（5）：118-121.ZHONG Fuhai,ZHONG Dehua.Cementing difficulties and countermeasures of deep buried gas storage in Suqiao area［J］.Oil Drilling &Production Technology,2012,34（5）: 118-121.

［6］覃毅.内插法固井工具失效典型案例及预防措施［J］.石油钻采工艺，2015，37（6）：114-116.QIN Yi.Failure typical cases of interpolation cementing tools and preventive measures［J］.Oil Drilling &Production Technology,2015,37（6）: 114-116.

［7］钟福海，刘硕琼，徐明，党冬红，和建勇，刘明峰，费中明，刘振通.苏桥深潜山枯竭油气藏储气库固井技术［J］.钻井液与完井液，2014，31（1）：64-67.ZHONG Fuhai,LIU Shuoqiong,XU Ming,DANG Donghong,HE Jianyong,LIU Mingfeng,FEI Zhongming,LIU Zhentong.Research and application on gas storage facility cementing technology of deep buried hill deplete zones in Suqiao［J］.Drilling Fluid &Completion Fluid,2014,31（1）: 64-67.

（修改稿收到日期 2017-02-12）

〔编辑 景 暖〕

Liner cementing technology suitable for complex conditions of Well Su 4K-P4

LIU Mingfeng,ZHANG Yu,XIONG Lasheng,ZHANG Yanru,YAO Qingtong
PetroChina Huabei Oilfield Company,Renqiu062550,Hebei,China

Well Su 4K-P4 is a typical horizontal well for gas injection and withdrawal in Su 4 underground gas storage.In this paper,a “static differential pressure method” program was prepared to deal with its lost circulation.In this program,the liquid volume injected inside the casing is controlled,so the downhole tools can be actuated by using the static differential pressure.Thus,liner cementing is completed.The logging data after the cementing indicates that the technical casing in the upper layer is damaged.According to “twosection tie-back cementing”,two hangers are designed and tie-back cementing is carried out by segments.Based on logging data,qualification rate and high quality rate of cementing are 100% and 41.5%,respectively.This technology provides the new technical thought for the completion of complex storage wells.

storage well;liner;static differential pressure method;two-section tie-back cementing;Well Su 4K-P4

刘明峰，张宇，熊腊生，张艳茹，姚庆童.苏4K-P4井复杂井况下尾管固井工艺［J］.石油钻采工艺，2017，39（2）：197-200.

TE256.4

：B

1000-7393（2017）02-0197-04

10.13639/j.odpt.2017.02.013

: LIU Mingfeng,ZHANG Yu,XIONG Lasheng,ZHANG Yanru,YAO Qingtong.Liner cementing technology suitable for complex conditions of Well Su 4K-P4［J］.Oil Drilling &Production Technology,2017,39(2): 197-200.

中国石油集团公司重大科技专项“储气库优快钻完井技术与装备研究”（编号：2015E-4003）部分研究成果。

刘明峰，1989年毕业于华北石油职工大学钻井工程专业，现主要从事储气库技术管理工作。通讯地址：（065000）河北省廊坊市储气库管理处新区建设项目部。电话：0317-2712182 。E-mail ：cqk_lmf@petrochina.com.cn