一种低压易漏失井正注反挤的固井方法

技术领域

本发明属于油气井建井施工技术领域，具体涉及一种低压易漏失井正注反挤的固井方法。

背景技术

固井是油气井建井过程中的关键作业环节，实现水泥环在套管与井眼所组成环空内的结构与密封完整性是固井工程的基本要求。但对低压易漏失井固井时，由于地层承压能力较低，在环空动液柱压力作用下水泥浆进入漏层，造成水泥返高不够，并间接牺牲了顶替效率提高，从而导致固井质量差，影响油气井正常生产与使用寿命。

防固井漏失的工艺技术主要有低密度或超低密度水泥浆体系和分级箍固井。使用泡沫、高强度玻璃微珠、漂珠和微硅等材料作为减轻剂，配伍外加剂开发的低密度或超低密度水泥浆体系，密度可降至0.9g/cm³，满足固井需要。但随着水泥浆密度降低，同时保证强度、稳定性、失水等性能满足固井需要，对减轻剂强度、外加剂性能要求大幅提高，是目前国内许多区块固井低成本运作现状所不允许的。另外，双级箍固井受地层承压能力约束，其安放位置需结合固井浆柱、浆体性能确定，不能从根本上实现固井防漏；而且双级箍若关闭不严(该情况在现场可能多次发生)，则套管试压不满足生产需要，补救作业难度大，效果较差。

现有技术中，《正注反挤固井技术在套管开窗侧钻井中的应用》(王自民等，天然气技术与经济，2011年)一文记载了常规正注反挤固井技术：正注反挤固井技术是应用于地层承压能力过低、钻井过程中严重漏失的一种特殊油气井固井技术。常规井眼正注反挤固井主要工艺技术特点如下：①必须用于漏失井，并且已经准确掌握漏失层位的特性；②正注的水泥浆返高设计一般为漏层以上200m；③反挤施工必须在正注领浆初凝后进行；④反挤施工注入水泥浆前，先注入下部漏失层，有利于正注浆和反挤浆的衔接，实现全井封固。但该文章仅对正注反挤固井进行定性设计，尚未涉及关于井眼准备、浆柱结构、井口压力特征及控制等系统化的工程设计方法。

综上所述，“正注反挤”作为固井漏失后解决水泥返高不足的补救性技术，上述常规正注反挤固井技术通常用于表层套管和技术套管固井，但是对于低压易漏失井的“正注返挤”固井技术，目前仍缺乏系统的设计方法和质量保证措施，成为在低成本固井运作现状下保证该类型井固井质量的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低压易漏失井正注反挤的固井方法，有效解决固井漏失造成的水泥返高不足以及封固段顶替效率低的问题，减少因漏失造成的水泥浆浪费。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种低压易漏失井正注反挤的固井方法，包括下列步骤：

1)下套管：在下套管过程中进行钻井液分段循环；

2)套管入井至设计井深后，对井内钻井液进行顶通；

如钻井液顶通后能建立正常循环，以环控返速不低于1.2m/s，定排量循环至少两个周期；

如井内钻井液无法建立循环，正注钻井液，控制注浆排量，将套管与漏点以下环空内的封闭浆推挤至地层；从环空将漏点以上的环空钻井液向地层推挤，以破坏环空内钻井液结构力，保证环空通畅；

3)正注：正注水泥浆封固至漏层底部位置或地层承压所保证的水泥返高；

4)反挤：以不高于300L/min的排量进行试挤，将漏层挤通，并记录试挤井口压力；

如试挤井口压力超过P_关，则停止施工；

如试挤井口压力不超过P_关，按照设计反挤水泥浆量与浆柱结构进行反挤施工；

P_关＝min{地面防喷器所允许的最大关井额定压力，上层套管鞋处地层破裂压力}。

本发明的低压易漏失井正注反挤的固井方法适用于：地层承压能力低于1.30g/cm³，且受成本控制，不适合使用超低密度、高强度水泥浆体系或泡沫水泥浆体系进行的固井。

本发明的低压易漏失井正注反挤的固井方法，设计原则如下：

①固井前能够建立正常循环的井，采用正常程序与正常浆量固井，全力满足提高顶替效率要求；部分井区按照地层承压能力所能保证的水泥返高，适当附加10％～15％体积量的设计正注水泥浆量；

②固井前无法建立正常循环的井，采用“正注”与“反挤”固井；“正注”水泥浆量返至漏层位置，不附加，采用工程措施保证“正注”段顶替效率；

③正常固井发生漏失但水泥返高不够，或采用“正注”与“反挤”固井，以充分破坏上部井段环空内钻井液结构力、促进井壁与套管壁泥饼冲刷、减少钻井液与水泥浆混掺为目的进行“反挤”设计。

提高低压易漏失井固井质量是一项系统工程，在固井工程控制的范围(下套管过程、固井前循环和固井施工过程)采取切实有效的措施是前提。首先，“正注反挤”施工前，需对井内钻井液性能进行调整，降低粘度与切力。

由于低压易漏失井地层承压能力普遍较低，且钻井液触变性较大，下套管时应分段循环，破除钻井液结构力，降低套管入井的激动压力，同时避免开泵憋漏地层。再步骤1)中，所述分段循环是指：薄弱地层以上井段每500m循环；进入薄弱地层前，薄弱地层以上井段井内钻井液全部置换；进入薄弱地层后，每200m井段循环。分段循环时，均缓慢顶通，压力稳定后，逐渐提高排量。

下完套管后，钻井液顶通后能够建立正常循环的情况：套管入井至设计井深后，首先对井内钻井液缓慢顶通，泥浆泵单凡尔小排量将井内封闭浆全部循环出井；根据井口返浆情况，逐渐提高循环排量；当环空返速不低于1.2m/s后，定排量循环至少两周，实现有效清除一、二界面上虚泥饼，降低钻井液粘度与切力的目的。调整钻井液粘度、切力，使其满足固井需要。钻井液密度根据井况实际情况调整；一般的，钻井液的马氏漏斗粘度小于45s。

下完套管后，井内无法建立循环，钻井液封闭浆不能循环出井的情况：针对下完套管后发生井漏、井内大斜度段与水平段封闭浆无法循环出井的情况，正注钻井液，根据井口压力，控制注浆排量，不仅使其能够将套管与漏点以下环空内的封闭浆推挤至地层，清除泥饼，而且保证不能恶化漏失情况。

步骤2)中，若井内无法建立循环，控制替浆排量，将套管与漏点以下环空内的封闭浆推挤至地层时，钻井液用量为该段容积的1.5～2倍。从环空内将漏点以上的环空钻井液适当向地层推挤，以破坏环空内钻井液结构力，保证环空畅通。

“正注”固井设计：正注水泥浆封固至漏层底部位置或地层承压所保证的水泥返高。

正注施工前，首先注入胶液或新配钻井液，然后依次注入冲洗液、水泥浆，在井壁稳定前提下，提高冲洗液段长。首先注入胶液或新配钻井液，目的是充分破坏井内钻井液结构力，有效冲刷井壁泥饼。注入冲洗液、水泥浆时，保证替浆排量，但不能超过钻井液循环的排量，以提高目的层段固井质量。

如固井前钻井液均正常循环，则以低压易漏失层的地层承压能力为依据，正注的水泥浆封固段长L在井深轨迹上根据垂深h确定：

式(1)中，P_承为低压易漏失层的地层承压能力，有P_承＝ρ_承gH_L，其中ρ_承为地层承压能力当量密度；P_f为该层位以上环空井段循环摩阻；H_L为该层位所在井眼垂深；ρ_m为环空内的钻井液密度；ρ_c为该层位以上水泥浆的当量密度。其中，P_f的计算方法可以参考《SY-T5480–1992注水泥流变性设计》。

如在下套管或钻井液循环过程中已发生漏失，步骤3)中正注的水泥浆封固至漏层底部，不附加，保留反挤通道；

如经堵漏后固井前钻井液能建立正常循环，则按方案一设计步骤3)中正注的水泥浆封固段长；

方案一：水泥浆封固段长由易漏失层以上段长L和易漏失层以下至井底距离组成，水泥浆量附加10％～15％体积量。

水泥浆封固段长应考虑方案一与拟定反挤层位位置。

如拟定反挤层位被方案一设计的水泥浆所封固，则正注的水泥浆封固段长为拟定反挤层位至井底的环空段长；

如拟定反挤层位未被方案一设计的水泥浆所封固，则按方案一进行设计。

反挤固井设计中，反挤与正注的时间间隔不小于正注顶部水泥浆的终凝时间。

步骤4)中，根据正注的碰压压力和漏失量设计反挤水泥浆量，同时附加10％～15％体积量。

步骤4)中，试挤将漏层挤通后，提高注入冲洗液用量，用于破坏井内钻井液结构力及冲刷井壁、套管壁上的泥饼；后反挤段长不小于200m的隔离液。注入冲洗液的目的是充分破坏钻井液在井内长时间静止所形成的结构力，有效冲刷井壁、套管壁上的泥饼。

在注入水泥浆之前，可注入段长不少于200m的隔离液(或隔离浆)。

反挤的施工程度包括：

a)关闭防喷器，连接反挤管线，小排量进行试挤(水泥车不高于300L/min排量)，记录试挤井口压力；

如试挤井口压力超过P_关，则停止，不再进行反挤施工；

P_关＝min{地面防喷器所允许的最大关井额定压力，上层套管鞋处地层破裂压力}；

如试挤井口压力不超过P_关，缓慢提高反挤排量，记录井口压力；再缓慢降低反挤排量，记录井口压力；对比同排量下的两次井口压力，考察反挤通道的漏失与闭合情况；在满足井口压力不大于P_关和保留反挤通道闭合能力的前提下尽量提高反挤排量。

b)按照设计反挤水泥浆量与浆柱结构进行反挤施工。反挤作业时密切注意井口压力变化；反挤井口压力P₀按下式计算：

P₀＝P_L-P_液柱+P_f(2)

式(2)中，P_L为返挤通道漏失压力，P_液柱为环空内液柱压力，P_f为环空循环摩阻。

本发明的低压易漏失井正注反挤的固井方法，根据地层承压能力和主要漏失层位，兼顾防漏与提高顶替效率需要，优化“正注反挤”固井方法，保证施工质量，是解决固井低成本运作与保证固井质量之间矛盾的一种有效方法，有效解决了固井漏失造成的水泥返高不足以及封固段顶替效率低的问题，减少了由漏失造成的水泥浆浪费，避免了因施用超低密度水泥浆带来的成本显著增加以及分级箍密封不严造成的生产隐患。

与现有技术相比，本发明的低压易漏失井正注反挤的固井方法，具有以下有益效果：

(1)以地层承压能力和易漏失层分布特点为基础，完善优化了“正注反挤”固井方法。经现场应用后，有效解决固井漏失造成的水泥返高不足以及封固段顶替效率低的问题，固井质量得到显著改善；而且，该技术经推广，可减少因漏失造成的水泥浆浪费，避免因使用超低密度水泥浆带来的成本显著增加，避免分级箍密封不严造成的生产隐患。

(2)通过系统化的设计方法与质量保证措施，变补救措施为低压易漏失井固井的常规性方法，适用于因固井中漏失造成水泥返高不够以及下完套管后漏失而必须强行固井的工况，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为反挤时井口压力变化示意图；

图2为反挤时浆体进入漏层的示意图，其中(a)为漏层充满钻井液，(b)为冲洗液在漏层指进，(c)为水泥浆在漏层中均匀推进；

图3为JP-302井固井质量示意图，其中(a)为井深0-800m固井，(b)为井深1200m附近70m空套管，(c)为目的层封固；

图4为JP-329井固井质量示意图，其中(a)为上部漏点以上井段固井，(b)为两漏点间固井，(c)为井底正注井段固井。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式中的低压易漏失井正注反挤的固井方法，适用条件为：地层承压能力低于1.30g/cm³，且受成本控制，不适合使用超低密度、高强度水泥浆体系或泡沫水泥浆体系进行的固井。

该低压易漏失井正注反挤的固井方法，设计原则如下：

①固井前能够建立正常循环的井，采用正常程序与正常浆量固井，全力满足提高顶替效率要求；部分井区按照地层承压能力所能保证的水泥返高，适当附加10％～15％体积量的设计正注水泥浆量；

②固井前无法建立正常循环的井，采用“正注”与“反挤”固井；“正注”水泥浆量返至漏层位置，不附加，采用工程措施保证“正注”段顶替效率；

③正常固井发生漏失但水泥返高不够，或采用“正注”与“反挤”固井，以充分破坏上部井段环空内钻井液结构力、促进井壁与套管壁泥饼冲刷、减少钻井液与水泥浆混掺为目的进行“反挤”设计。

具体实施方式中的低压易漏失井正注反挤的固井方法，具体包括如下步骤：

1)下套管：在下套管过程中进行钻井液分段循环；

分段循环要求：薄弱地层以上井段每500m循环；进入薄弱地层前，薄弱层以上井段井内钻井液全部置换；进入薄弱地层后，每200m井段循环；分段循环时，均缓慢顶通，压力稳定后，逐渐提高排量。分段循环的目的是破除钻井液结构力，降低套管入井产生的激动压力，同时避免开泵憋漏地层。

2)套管入井至设计井深后，对井内钻井液进行顶通；

下完套管后，钻井液顶通后能够建立正常循环的情况：套管入井至设计井深后，首先对井内钻井液缓慢顶通，泥浆泵单凡尔小排量将井内封闭浆全部循环出井；根据井口返浆情况，逐渐提高循环排量；当环空返速不低于1.2m/s后，定排量循环至少两周，实现有效清除一、二界面上虚泥饼，降低钻井液粘度与切力的目的。钻井液密度根据井况实际情况调整，马氏漏斗粘度小于45s。

下完套管后，井内无法建立循环，钻井液封闭浆不能循环出井的情况：针对下完套管后发生井漏、井内大斜度段与水平段封闭浆无法循环出井的情况，正注钻井液，根据井口压力，控制注浆排量，不仅使其能够将套管与漏点以下环空内的封闭浆推挤至地层，清除泥饼，而且保证不能恶化漏失情况；钻井液用量为该段容积的1.5～2倍。从环空内将漏点以上环空液适当向地层推挤，以破坏环空内钻井液结构力，保证环空畅通。

3)正注：“正注”施工前，首先注入胶液或新配钻井液，充分破坏井内钻井液结构力，有效冲刷井壁泥饼；然后依次注入冲洗液、水泥浆；保证替浆排量，但不能超钻井液循环的排量，提高目的层段固井质量。正注水泥浆封固至漏层底部位置或地层承压所保证的水泥返高。

如固井前钻井液均正常循环，则以低压易漏失层的地层承压能力为依据，正注的水泥浆封固段长L在井眼轨迹根据垂深h确定：

式(1)中，P_承为低压易漏失层的地层承压能力，有P_承＝ρ_承gH_L，其中ρ_承为地层承压能力当量密度；P_f为该层位以上环空井段循环摩阻，计算方法可以参考《SY-T5480–1992注水泥流变性设计》；H_L为该层位所在井眼垂深；ρ_m为环空内的钻井液密度；ρ_c为该层位以上水泥浆的当量密度。

如在下套管或钻井液循环过程中已发生漏失，水泥浆量按照漏失层位置确定；根据实测井径数据，正注的水泥浆封固至漏层底部，不附加，保留反挤通道；

如经堵漏后固井前井眼钻井液能建立正常循环，则按方案一设计正注的水泥浆封固段长；方案一：水泥浆封固段长由易漏失层以上段长L和易漏失层以下至井底距离组成，水泥浆量附加10％～15％体积量；

水泥浆封固段长应考虑方案一与拟定反挤层位的位置：

如拟定反挤层位被方案一设计的水泥浆所封固，则正注的水泥浆封固段长为拟定反挤层位至井底的环空段长；

如拟定反挤层位未被方案一设计的水泥浆所封固，则按方案一进行设计。

4)反挤：反挤与正注的时间间隔不小于正注顶部水泥浆的终凝时间。

反挤的施工程度为：

a)关闭防喷器，连接反挤管线，以水泥车不高于300L/min排量进行试挤，记录试挤井口压力；

如试挤井口压力超过P_关，则停止，不再进行反挤施工；

P_关＝min{地面防喷器所允许的最大关井额定压力，上层套管鞋处地层破裂压力}；

如试挤井口压力不超过P_关，缓慢提高反挤排量，记录井口压力；再缓慢降低反挤排量，记录井口压力；对比同排量下的两次井口压力，考察反挤通道的漏失与闭合情况；在满足井口压力不大于P_关和保留反挤通道闭合能力的前提下尽量提高反挤排量；

b)按照设计反挤水泥浆量与浆柱结构进行反挤施工：先注入冲洗液，提高其用量以充分破坏钻井液在井内长时间静止所形成的结构力，有效冲刷井壁、套管壁上的泥饼；后注入水泥浆进行反挤，根据正注的碰压压力和漏失量设计反挤水泥浆量，同时附加10％～15％体积量。

反挤作业时密切注意井口压力变化；反挤井口压力P₀按下式计算：

P₀＝P_L-P_液柱+P_f(2)

式(2)中，P_L为返挤通道漏失压力，P_液柱为环空内液柱压力，P_f为环空循环摩阻。

压力变化如图1所示：

①关井，小排量试挤，将漏层挤通，试挤井口压力P₁。

②注入冲洗液，在压力允许的条件下适当提高注入排量，此时井口压力因提高返挤排量而增大；冲洗液注入过程中，环空液柱压力逐渐降低，环空总循环摩阻降低，井口压力呈现无规律波动。

③随着水泥浆注入，环空液柱压力逐渐增大，井口压力下降；当冲洗液进入漏层后，如图2所示，由于冲洗液与钻井液之间的流变性差异明显，冲洗液沿漏层孔隙介质中阻力较小的路径指进(如图2-(b)所示)，井口压力下降速率增大；

④当水泥浆到达漏层位置后，井口压力仍有一定下降；由于水泥浆流变性差于钻井液，在漏层孔隙介质中的指进逐渐消失，均匀推进，如图2-(c)所示，井口压力逐渐升高。

综上所述，可将井口压力最低值作为水泥浆进入漏层的标志，或根据井口压力最小值对应的水泥浆注入量作为是否返挤至指定漏层的判断依据。若井口压力在水泥浆未进入指定漏层之前降到最低值并开始增大，水泥浆则可能进入上部漏层，此时应降低返挤排量减小上部漏层张开程度，促使水泥浆继续下行。

实施例1

采用上述低压易漏失井正注反挤的固井方法对JP-302井进行固井。JP-302井正常固井时发生漏失，水泥浆返高不足，进行反挤。

JP-302井技术套管下套管时发生漏失，经堵漏后固井前钻井液建立正常循环。按照全井段一次封固进行固井设计与施工，替浆过程时发生漏失，根据漏失量与碰压前压力，推算水泥返高1500m；候凝12h后，注入冲洗液10m³，“返挤”水泥浆30m³。如图3所示，声幅测井显示环空未衔接井段仅70m，1500m以下固井质量优质，井口至井深800m“返挤”井段优质，其余井段除70m空套管外，低密度封固段质量达到良好。

实施例2

采用上述低压易漏失井正注反挤的固井方法对JP-329井进行固井。JP-329井固井前钻井液无法建立正常循环，采用“正注”与“返挤”设计。

JP-329井下完套管后，由于严重漏失不能建立循环，井内稠浆无法循环出井，该井采用“正注返挤”施工。“正注”封固至漏层底部，水泥浆不附加；正注12h后，依次返挤冲洗液、隔离浆和低密度水泥浆。根据井口压力显示，返挤部分水泥浆后，压力缓慢降至最低后显著上升，返挤水泥浆进入上部漏点。为避免上部漏层漏失情况恶化，并促使水泥浆继续下行，降低返挤排量至设计量后附加15％体积量。

后期由声幅测井曲线也表明存在两点漏点。如图4所示，上部漏点以上至井口固井质量优质；两个漏点之间井段由于注浆速度降低，存在一定混浆，固井质量达到合格，部分井段达到良好；“正注”下部井段固井质量优质。