旋转套管固井工艺技术在LG A井的应用
李虎成+王小勇+郭桢有+杨可三+罗铸
【摘 要】9-5/8″技术套管固井传统做法是采用一维轴向顶替方式，存在水泥浆走高边，低边冲洗困难，顶替效率低，固井质量较差，定向井尤其明显，井筒完整性很難保障。为了解决此该问题，9-5/8″技术套管旋转固井工艺技术在涠洲某油田钻完井作业过程中被首次提出并成功实施，为中海油首次。本文主要从9-5/8″技术套管旋转固井工艺的原理、优点及限制条件等方面详细介绍，9-5/8″技术套管旋转固井是通过以下几个措施来实现的：选用高抗扭套管保证旋转情况下套管串的有效性，利用顶驱下套管工具（CRT）对套管串施加动力，通过软件模拟计算合理加装套管扶正器降低套管串摩阻。结果表面，9-5/8″技术套管旋转固井工艺技术能够改变环空流态，改善冲洗效果，提高顶替效率和固井质量，保障井筒完整性。
【关键词】9-5/8″技术套管；顶替效率；旋转固井；固井质量；井筒完整性
【Abstract】9-5/8" casing cementing traditional method is to use the one-dimensional axial displacement method， existing cement slurry high side， low side flushing difficulty， low displacement efficiency， poor cementing quality， especially directional wells， wellbore integrity is difficult to guarantee. In order to solve this problem， the rotary 9-5/8 technology-casing cementing technology in Weizhou X Oil Field drilling process was first proposed and implemented successfully in CNOOC. This article mainly from the principle of "the rotary 9-5/8 technology-casing cementing technology， the advantages and limitations. A detailed introduction to The Rotary 9-5/8 Technology-Casing Cementing is realized through the following measures： the high torsional casing ensure the effectiveness of the case on the rotary casing， the top drive casing tool （CRT） is applied to dynamic， simulation software of casing string， through the reasonable installation of casing centralizer friction reduction of casing string. The surface of The Rotary 9-5/8 Technology-Casing Cementing Technology can change the annulus flow， improve washing effect， improve the displacement efficiency and cementing quality， ensure wellbore integrity.
【Key words】9-5/8 "casing； Displacement efficiency； Rotation cementing； Cementing quality； Wellbore integrity
0 引言
旋转套管串固井是目前较先进的新工艺之一，在固井施工过程中利用地面动力源提供持续扭矩使套管串连续转动，能够改变环空流态，改善冲洗效果，提高顶替效率和固井质量，保障井筒完整性。但是，受限于套管本身抗扭强度、套管串摩阻大、地面动力源施加持续扭矩方式，以往作业过程中，9-5/8″以及更大尺寸套管一直无法实现旋转套管串固井。在涠洲某油田钻完井作业过程中，紧紧围绕受限因素，打破常规，开拓创新，在中海油首次成功实现9-5/8″技术套管旋转固井，是一次成功创新实践，也是固井技术的进步，更是固井理念飞跃。
1 基本情况
涠洲某油田某井完钻井深4916m，从130m开始造斜至1050m，60°井斜稳斜段长达3500m，是一口较深的大位移井，技术套管井段使用油基钻井液。本井目的层存在高压，因此9-5/8″技术套管需要尽量下深封固常压地层至4135m，且固井质量要求良好，以保证管鞋处高承压，为目的层井段留够压力窗口。该井井斜大，稳斜段长，9-5/8″技术套管躺在井筒低边，单靠一维轴向驱替无法将低边的油基钻井液顶替干净，从而影响了水泥胶结质量，造成管鞋承压无法满足后续要求，甚至技术套管环空带压等后果。为了解决存在的问题，保证固井质量，在该油田成功实施9-5/8″技术套管旋转固井工艺技术，实施效果理想，该技术在中海油尚属首例。
2 9-5/8″技术套管旋转固井技术
具体作业流程如下：9-5/8″技术套管下到位后，采用常规固井水泥头完成冲洗液、隔离液、首尾水泥浆的泵入及底塞、顶塞的投放，根据计算当顶替至套管内外压差平衡或者底塞到达浮箍位置时，拆下常规固井水泥头，接上顶驱下套管工具（CRT），继续顶替的同时保持套管串旋转，套管环空产生螺旋流给井壁增加周向剪切驱动力，提高顶替效率，保证水泥浆胶结质量。endprint
2.1 固井关键点
（1）油基钻井液对水泥浆性能影响极大，因此减少水泥浆受污染是保证固井质量的基础。
（2）大位移长裸眼段井下套管风险高。大位移井稳斜段长，井斜大，套管摩阻大，井眼低边易形成岩屑床，下套管极易出现遇阻、无法下到位等情况。
（3）旋转套管串扭矩大，对套管串抗扭强度要求高，需要根据模拟的扭矩选择合适的套管。
（4）套管扶正器类型及安放数量的选择。套管扶正器主要有刚性扶正器和弹性扶正器，大位移井低边受力较大，弹性扶正器容易变形受损，影响套管居中度，需选择刚性扶正器。通过软件模拟计算确定合适的扶正器安放数量和位置，做到能够将套管与井壁的线接触变成点接触，降低套管摩阻，提高套管居中度，利于套管的下放、旋转及顶替效果。
（5）顶驱下套管工具（CRT）的技术要求及使用。CRT抗拉强度、憋压能力及最大可施加扭矩必须满足作业要求，另外CRT不具有投放胶塞功能，须配合常规固井水泥头使用，待胶塞投放完，拆掉水泥头，接上CRT工具进行开泵顶替并旋转套管串。
2.2 扶正器安放设计
通过Landmark软件模拟计算，每2～3根套管安放1个扶正器套管串悬重最大，有利于套管下入，为了保证管鞋以上的固井质量，且减小套管串旋转扭矩，该井裸眼段每2根套管安放1个扶正器，套管内每3根安放1个扶正器至600m（直井段）。扶正器能够减小下套管摩阻，减小套管与井壁接触面积，降低旋转套管扭矩，提高套管居中度，螺旋形扶正器有利于水泥浆产生螺旋流，改善环空流场，提高水泥浆顶替效率。
2.3 摩阻扭矩分析
摩阻扭矩分析需要先确定摩阻系数，摩阻系数得选取是通过现场在起钻前或者通井期间记录不同深度下的大钩悬重、扭矩，根据井眼轨迹、钻井液性能、钻具组合等资料反算得到。该井通过通井钻具测得的相关参数，利于Landmark软件反算得到套管内及裸眼段的摩阻系数，根据套管串结构、扶正器安放数量及位置，模拟计算9-5/8″技术套管下到位后旋转扭矩43000ft.lbs（实际旋转扭矩45000ft.lbs左右），上提悬重320吨（实际上提330吨），本次选择的BEAR扣套管，最大抗扭强度46000ft.lbs，CRT最大施加扭矩50000ft.lbs，最大上提500吨，各参数均在工具作业能力范围内，为旋转固井施工可以实现创造了条件。
2.4 水泥浆设计
固井方式为单级首尾浆封固，首浆采用般土水泥浆体系，尾浆采用聚合物增强水泥浆体系，尾浆附加20%，尾浆配方为：38%F/W +0.5%PC-X60L+1%PC-F41L+4%PC-G80L +6%MicroBlock+1.5%PC-B10+0.3%PC-H21L+100%"G"级水泥。采用油水双效冲洗液，实现油基环境下润湿反转，达到有效冲洗及隔离作用，提高水泥浆顶替效率。水泥浆性能见表1。
前置液及顶替排量设计。考虑充分保证紊流接触时间，提高冲洗效果，同时考虑控制循环ECD不超过钻进时最大ECD值，通过固井软件模拟得到，前置液泵入量为150bbls，占环空高度735m，顶替排量采用高低双速顶替，高速2250L/min排量，低速750L/min。
2.5 顶驱下套管工具CRT
下套管前，通过变扣将CRT与顶驱方保连接，由顶驱提供旋转动力，CRT自带一套液压控制系统，控制CRT中的液压卡盘锚定套管，从而实现套管上下活动、顶驱驱动套管旋转。同时CRT自带密封，可实现套管内与顶驱水龙带连接，随时可开泵循环。旋转固井施工就是在常规水泥头完成水泥浆泵入及胶塞的投放工作后，当套管内外压差平衡即可拆水泥头，换CRT工具进行旋转、上下活动、循环顶替。
3 现场应用及效果
3.1 现场施工过程
套管串顺利入井，由于该井较深，模拟计算旋转扭矩较大，实施过程中在套管抗扭强度（46000ft.lbs）内无法定点旋转，因此采用上下活动套管，下行过程中旋转的模式进行循环。以2250L/min排量循环，套管下放过程中控制扭矩不超过46000lb.fts，转速10rpm旋转套管串。
停泵后接常规水泥頭倒固井流程，按常规单级固井方式泵入油水双效冲洗液150bbls，停泵投入底胶塞并压胶塞，泵入密度为1.58g/cm3的首浆276.6bbls和密度为1.90g/cm3的尾浆181.5bbls，投入顶胶塞并压胶塞。
以2250L/min排量高泵速顶替73.5方时（顶替75方时底塞接触浮箍），停泵拆水泥头，接顶驱CRT工具，继续以相同排量顶替至击穿底塞后开始上下活动套管，下行以10rpm转速旋转套管，期间控制扭矩不超过46000lb*fts。首尾浆出管鞋时保证套管处于底部，防止水泥浆污染影响固井质量。整个顶替过程中返出及泵压变化正常，碰压正常。
3.2 固井质量
本次9-5/8″技术套管未进行通过固井质量测井评价，但从下一开做地漏试验以及后续生产过程中环空压力情况分析判断，9-5/8″技术套管旋转固井非常成功，固井质量良好。
4 结论
（1）对大斜度井实施旋转套管固井，必须强化井眼准备工作。有效清除井底岩屑床，保证井眼清洁；定向井轨迹要平滑，杜绝出现大狗腿；钻井液性能良好，避免出现井壁失稳、井下漏失、泥饼虚厚形成“假缩径”等情况，确保井况良好；井壁要尽量规则，避免出现大肚子、大台阶。
（2）借助相关软件反算钻具摩阻系数，结合套管串结构模拟下套管悬重、旋转扭矩；以此来选择合适的套管扣型、材质，评估旋转固井方案是否可行。
（3）套管扶正器安放及固井顶替排量设计要借助固井软件模拟。从经济型及效果考虑，选择最佳扶正器安放方案；固井顶替排量在ECD满足要求的情况下尽可能高，以提高顶替效率。
（4）顶驱下套管工具（CRT）要保证状态良好，顶替过程中要确保密封有效，旋转固井施工中使用CRT要考虑套管内外“U”形管效应。
【参考文献】
[1]张宇，刘明峰，熊腊生，等.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）：40-42.
[2]孙厚彦.国内陆上首次旋转固井在YK10 井的应用[J].西部探矿工程，2006（7）：188-189.
[3]夏汉玲.旋转固井技术在埕海油田的应用分析[J].中小企业管理与科技，2015，08.
[4]高连新，孙坤忠.旋转固井用高抗扭气密封套管的研制与应用[J].钢管，2013，07.
[5]严焱诚.旋转尾管固井技术在川西高温高压深井的应用[J].天然气技术，2008，02.
[6]郭建华，佘朝毅，谢明华，孙万里.旋转固井扭矩计算[J].天然气工业，2008，03.
[7]王金堂，孙宝江，李昊，等.大位移井旋转套管固井顶替模拟分析[J].中国石油大学学报，2015，03.
[8]刘玉民，赵博，杨智光，等.尾管钻井技术研究与试验[J].钻采工艺，2010，01.
[责任编辑：朱丽娜]endprint
