摘要：针对长庆油田老井需储层补孔改造的施工中出现因原层返液量大，套压高，导致水泥封堵成功率低的技术难点，通过技术创新与改进，研制出适用于封堵高压水层的纤维堵漏水泥浆体系、早强微膨胀水泥浆体系，形成一套长庆油田封堵原层工作液体系。优选性能可靠的固井配套工具，设计挤封压力，优化挤封过程，总结出了一套封堵高压水层的的二次固井工艺技术。现场应用8口井，固井一次成功率100%，挤封效率大幅提高，为长庆油田老井增潜挖效及套损井治理提供了有力的技术支撑。

关键词：二次固井；纤维堵漏水泥浆；早强增强水泥浆；高压水层封堵

1 研究背景

1.1区块特性

靖安油田五里湾一区长 6 油藏位于中国西部，鄂尔多斯盆地陕北油气叠合富集带，属于低渗透砂岩油藏。经长期注水开发，靖安油田五里湾、盘古梁等区块地层压力饱和，部分井底水活跃套压偏高，射孔段附近水泥环均已失效，层间互窜现象严重，该区块油藏埋深约1600-2000m。以靖安油田盘古梁区块地层作为典型了解该区域的地层状况。盘古梁区块目的层长6，油藏平均埋深1860m，长4+5气油比较高，区块原始地层压力13.0MPa，该区块属于加密井，因高压注水地层形成了多压力体系，层间压差大，地下流体活跃，钻固井时存在不同程度的溢流，目前地层压力变化较大。

1.2 2021固井概况

2021年靖安油田共封堵长6层35口，所有井均不同程度的返液现象，套压平均在2-15Mpa，挤封平均次数在3次以上。因该区块长6层非均质性强，该层位压力分布差异性大，水泥在封堵过程中对压力梯度低的高渗地层封固效果良好，但是难以进入压力梯度高渗透率相对较低的地层。同时在磨塞过程中反应，射孔段附近10～30m水泥强度低、易磨，有时会出现“无塞”现象。

2 固井难点

2.1 2021年固井方案及水泥浆体系

2021年靖安油田封堵水层固井工艺为下水泥承留器进行挤封，水泥浆体系采用1.88g/cm³降失水体系体系，该体系水泥浆45℃/4h、45℃/8h强度均为0Mpa，45℃/24h强度为23Mpa。2021年使用水泥浆体系24h强度极高，但是4h、8h强度很低。为保证水泥在胶结的过程中不受地层水污染侵蚀，早期强度需要提高。

2.2 2021年施工井情况

该区块主要固井技术难点及2021年施工存在问题如下：

（1）水泥浆体系不满足施工要求，降失水体系未起到水层与早强体系的隔离效果、早强体系早期强度低，在地层水侵蚀之前无法及时凝固；

（2）以往不吐喷挤水泥作业采用管柱上带Y211封隔器和单流凡尔，作为环空和管柱内的密  封工具，用封井器和套管闸门控制环空吐喷的办法挤水泥.这种工艺主要存在以下缺点：①控制密封机  构复杂。②高压挤水泥时封隔器密封和解封不可靠，风险大。③Y111封隔器受支撑尾管最大长度50m限制，坐封位置受限制。④提管柱时，随井内管柱体积的减少以及大直径挤封工具的抽汲作用，挤出井筒的高压水泥浆回流，封堵效果差。且封堵高压水层设计使用早强水泥封口，安全施工时间窗口窄，工具可靠性要求较高，需优选工具保证施工安全，杜绝“插旗杆”事故；

（3）常规地层挤水泥，挤注压力低，水泥易填充孔道，可以使用连续式挤入技术，一次将水泥浆替至设计塞面位置。但是高压水层挤水泥，挤注压力高，水泥不易进入高压低渗地层，需优化工艺，使水泥进入目标地层后，在高渗层和低渗层均挤入相当数量，封堵成功率才能提高[4-5]。

针对以上难点，考虑解决高压水层难以挤封，挤封成功率偏低的问题主要从以下几点入手：

（1）优选水泥浆体系，使用纤维堵漏水泥浆体系作为第一段固井液，纤维架桥对水泥和地层水起到隔离作用。使用早期强度更高的早强微膨胀水泥浆体系作为第二段固井液，在地层水污染侵蚀之前对炮眼进行封固；

（2）优选可捞式挤注桥塞，该工具稳定性更高，承压能力更强，符合间歇挤注的工艺要求；

（3）优化带压井挤水泥工艺技术，设计间歇式挤水泥工艺，控制水泥浆进入地层的的时间，一旦地层内水泥浆失水，可以将初稠的水泥浆挤入炮眼，实现高压挤水泥，让水泥浆全面填充至地层孔道中。

3 固井工艺研究

3.1 优选纤维堵漏水泥浆体系

3.1.1纤维堵漏水泥浆作用机理

（1）“架桥”作用

当桥接堵漏材料在通过地层漏失通道时，在地层缝隙等狭窄部位产生网状结构，形成隔离作用的基本骨架。

（2）“填充”作用

轻珠水泥浆中的粗颗粒在通过网状结构时产生“架桥”后，漏失通道由大变小，水泥浆中较细的颗粒材料对基本骨架中的微小孔道进行逐步填充。

（3）“拉筋”作用

堵漏水泥浆在压差的作用下失水形成滤饼堵塞时，纤维状堵漏材料被夹在滤饼中起到了“拉筋”作用。这样，在形成基本的“架桥”及“填充”后，与含“拉筋”材料的滤饼共同在漏失通道形成塞状封堵垫层，从而更好达到隔离地层水与水泥浆的目的。[1-2]

3.1.2室内评价

由室内试验可知，同一基浆配方，通过调整纤维加量，当纤维加量超过2.0%时，水泥石强度有所下降且初稠增高、流动度降低，无法满足相关要求及现场施工安全，因此将纤维加量定为2.0%，水泥浆各项性能均能满足要求。

3.2 优选早强增强水泥浆体系

3.2.1 早强剂加量调整

早强剂加量对水泥浆体系早期强度的提高有明显作用，基础配方：G水泥+降失水剂+早强剂+膨胀剂+缓凝剂。[5]

随着早强剂加量的增大，体系稠化时间逐渐缩短，早期强度逐步增加，初终凝时间不断减小；当在加量为2.5%时，初始稠度适中，稠化时间满足现场施工要求，同时早期强度有所提高，过渡时间变短，水泥浆性能满足防窜要求。

3.2.2 膨胀剂加量调整

膨胀剂，可以改善水泥石的微观结构，减缓水泥石体积收缩，有助于提高体系早期抗压强度。基础配方为：G水泥+降失水剂+早强剂+膨胀剂+缓凝剂。

通过实验数据发现，水泥浆早期强度随膨胀剂加量的增加呈上升趋势，但当加量超过0.5%时，早期抗压强度的上升趋势趋于平缓，初稠适中，稠化时间满足施工要求，因此确定膨胀剂最佳加量为0.5%。

3.2.3 体系配方组成及综合性能

早强膨胀水泥浆体系基本配方为：G级+降失水剂+0.2%早强剂+0.5%膨胀剂。

该体系具有早期抗压强度高、胶凝过渡时间短等特点，符合水泥浆体系防水侵设计等要求，能够满足封堵高压出水层固井施工设计要求。

3.3 优选适配带压挤水泥工具

选用Y445-114可捞式挤注桥塞.

该工具主要优点有：

①插管 “硫化矩形密封环”，实现了扶正和密封的双重作用，可多次插拔，保障了插管密封的稳定性。

②卡瓦上置，可承下高压，下部高压可帮助桥塞锚定，适合带压作业。

③独立单流机构，杜绝水泥浆上返。

④打捞头内侧为“左旋”2 3/8螺纹，专用捞矛正转可退出；若内腔无法打捞，可用捞筒抓外螺纹实施打捞施工，多功能打捞方式，保障打捞成功率。

⑤聚四氟护套实现在水泥胶结后易脱离桥塞，保障了桥塞打捞成功率。

⑥桥塞可捞：因套管变形、封错位置、液力激动等原因造成的意外座封，可打捞，无需钻铣，施工效率高。

⑦插管、打捞头特殊的尺寸设计，保障插管始终能顺利插入桥塞中心管内，大斜度井、水平井均可正常使用。

⑧液力丢手，不受井斜干扰。

⑨可封堵任意层位。胶筒下移保护卡瓦机构不会灰封固死，胶筒下部金属件少，防止水泥胶结，且聚四氟护套易脱离易磨铣，灰封破漏段后仍可打捞。

⑩常规可钻式水泥承留器要求水泥塞面与工具齐平，保证磨钻时不因工具解封而随钻头自转，增加磨钻时间。水泥塞面与工具同一位置就意味着挤注过程中只允许使用连续式挤入技术，一次将水泥浆替至工具位置后拔油管反洗。

使用Y445-114可捞式挤注桥塞则解决了上述问题，该工具需与水泥塞面保持安全距离，以防后期水泥将工具固住无法打捞。设计部分水泥替至井筒内等待稠化，一旦地层内水泥浆失水，可以将初稠的水泥浆挤入炮眼，提高封堵成功率。

3.4 优化带压水层的挤封工艺

3.4.1 带压水层挤水泥封堵原理

选定某射孔井段为水泥浆的进口后，下可捞式挤注桥塞至指定位置（距离欲封层位100-150m），上部套管内的可捞式挤注桥塞下带单向止回阀，下密封插管插入插座内，从而密封住套管内与挤注管柱外的环空，建立管柱内与套管外欲挤井段的通道，水泥浆由水泥车泵入管柱内，顶替置液，经作为进口的射孔井段进入欲封油水层或窜槽部位，预留水泥面至最终塞面50-80m。根据水泥初稠时间，设置挤注次数，最后一次挤完水泥，水泥面压至设计塞面位置，挤注压力高于吸水压力4～8Mpa不降，保证初稠的水泥挤入水层。停泵放压后，单向止回阀自动关闭，阻止回流，提管柱完成封堵油水层作业。提管柱拔插管后立即反循环洗井，洗出由封窜出口进入套管内的水泥浆.欲封油水层井段内充满水泥浆，提管柱至设计位置，关井候凝。[6-7]

3.4.2 提高挤注时的过平衡压差

在水泥浆抗窜阻力一定的情况下，通过间歇挤注提高挤注压力，提高候凝期间水泥浆失重造成的过平衡压差，是防止目的层水侵的另一有效手段。通过施工数据分析可得，在过平衡压差0-3 MPa时，封堵基本失败；在过平衡压差4-8MPa时，封堵基本成功。因此，在间歇挤注的过程中合理提高过平衡压差，是保证封堵层位成功的有效手段。设计间歇挤注最终压力时，考虑过平衡压差在4～8MPa左右，可以有效保障目的层位封堵成功。

3.4.3 带压水层挤水泥工艺流程

①用外径小于套管内径8mm～10mm，Q≥ 115mm双通井规，通井至封隔器坐封位置以下20m。

②下5%英寸套管刮削器，确保井简清洁畅通。

③将自下而上接好的可捞式挤注桥塞和坐封丢手工具的管柱下至设计井段，洗井，向管柱内投人℃38.1mm钢球，加液压15～ 25MPa坐封丢手。管柱内与油套环空连通。下放管柱悬重120～150kN， 封隔器好无位移，提出坐封工具。

④下挤注管柱带068mm密封插管至座封位置以上5～10m，洗井缓慢下放管柱至坐封位置，泵  压及排量有明显变化时说明插管已插入封隔器的插座内.下放管柱悬重12～15t，目的是克服挤水泥施工中插管受膨胀及温度变化所引起的部分效应力，以防止插管从插座内抽出失去密封。试挤，敞开油套环空井口通道，如窜通量不随泵压、排量变化，停泵放压落零，管柱内不吐喷，则插管和单向止回阀密封好.挤封油水层时，关闭油套环空井口通道挤注。

⑤确认工具良好后，依次泵入水泥浆→顶替液至设计位置→根据水泥稠化时间设计间隙挤注次数→间歇挤注至压力不降（最终挤注压力高于吸水压力4～8Mpa）然后停泵→提管柱，封隔器和单向止回阀丢手。

⑥提管柱至设计位置 →关闭半封防喷器 →反循环洗井。（6）提出挤注管柱及插管 →灌满压井液 →关井候凝。

4 现场应用

使用优化过的水泥浆体系与配套工艺技术，根据现场地层吸水指数，设计最终挤封压力高于吸水压力4-8Mpa，通过间歇式挤注方式实现。现场应用6口井，固井一次成功率100%，挤封效率大幅提高。以盘27-40为例对现场应用情况进行说明。

4.1 盘27-40井基本情况

盘27-40井位于柳133油藏北部，2003年10月投注长612、长621+2层，射孔段：1922.0-1928.0/6.0m，2017年5月原井管柱卡钻待大修停注，2019年8月实施大修后分注措施，措施后分注长612、长621+2层，日注30m³（15/15m³），2020年6月因上段无效注水配注下调至15m³（0/15m³），目前配注25m³（0/25m³），截止目前累计注水135491m³。2021年8月测试吸水剖面显示指状吸水，吸水指数显示为斜直线型，区域内油井盘加27-401、盘加27-403、盘28-40三口井长621+2层下段均有采无注，为有效提高储量动用程度，精细小层注水，要求对盘27-40井实施封长612补孔长621+2层后分注长621+2上、下段措施，补孔段1920-1926/6.0m。该井返液量2m³/h，套压10Mpa。

4.2 盘27-40井施工情况

①【下可捞式挤注桥塞】油管连接可捞式挤注桥塞，下至1820m，打压坐封；

②【注清水验封、求吸收】连接油管闸门，打开套管闸门，排量400mL/min，注清水4.0m³，套管闸门不返水，桥塞密封完好；压力16Mpa，持续进水，地层吸水良好；

③【注水泥浆】连接油管闸门，先注纤维堵水体系5.0m³，后注早强微膨胀体系3.0m³；

④【顶替及间歇挤注】连接油管闸门，先顶替清水6.1m³（此时塞面位置1870m），分2次进行间歇挤注，停泵20min开始第一次挤注，200mL/min排量挤注清水0.2m³，压力19Mpa，缓慢下降；停泵30min开始第二次挤注，200mL/min排量挤注清水0.2m³，压力21Mpa，基本不降（此时水泥塞面位置1900m）；

⑤【反循环洗井】从桥塞中拔出中心管，大排量反冲洗井至进出口水质一致；

⑥【候凝】修井队起出井内全部管柱，继续关井候凝48小时；

⑦【扫塞试压】候凝结束探塞面位置（1898.5m），塞面位置合适，扫塞后试压25Mpa，30min无压降，试压合格。

5 结论

1.堵漏轻珠水泥浆架桥起隔离作用，早强微膨胀水泥浆起封口作用，两种水泥浆体系配合可达到水泥浆被地层水侵蚀破坏前就可凝固起强度；

2.封堵高压水层的工具选用可捞式挤注桥塞，在高压挤注的情况下表现良好，承压能力高，坐封严，工具整体可靠性高。

3.挤水泥的过程中选择间歇式挤入技术，根据吸水压力适当提高过平衡压差，实现高压挤水泥浆，使其能够全面填充至地层孔道中，解决高压水层封堵困难的问题。

参考文献

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[3]李波，魏周胜，周兵，等.防渗漏水泥浆体系的研究与应用[J]，钻井液与完井液，2012，29（1）：60-62.

[4]李早元，吴龙，张兴国，等.Z35区块调整井可固化隔离液技术研究与应用[J]，石油钻采工艺，2016，38（5）：606-610.

[5]崔晓光.低摩阻高稳定性水泥浆体系研究与应用[D]，东北石油大学，山东，2012，33-34.

作者简介：常诚（1992-），男，工程师，本科，研究方向：国内固井技术、固井工具、水泥浆研究以及现场固井施工工作。