第２０卷第２期 江汉石 油科技 Ｖ０１．２Ｏ Ｎｏ．２ ２０１０年６月 ＪＩＡＮＧＨＡＮ ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｊｕｎ．２０１０ 注水泥塞卡钻故障探讨与分析 游云武 周福新 张卫平 （江汉石油管理局钻井公司） 摘要本文介绍了王２３Ｂ、明９斜一５井注水泥塞施工过程，并对王２３Ｂ井 １１７．５ｍｍ微间 隙井眼注水泥堵漏时卡钻与明９斜一５井注悬空水泥塞回填“插旗杆”事故进行了详细的对比分 析。通过对这两种注水泥塞时不同性质卡钻事故的分析总结，规范今后此类作业操作规程、细化操 作步骤，减少相关事故的发生几率。对今后同类型井注水泥施工，以及该类型事故处理具有一定借 鉴意义。 关键词水泥塞卡钻故障处理 江汉油田经过三十多年的勘探开发，大部分油 大，对井下钻具产生很强的包裹和粘附力，导致钻具 区已进入开发后期。为了稳产，主要手段就是在老 上起过程中遇卡；有的是因为水泥浆问题，其闪凝或 油区钻调整井，水泥塞施工明显增加。为减少钻井 过早稠化，水泥浆由液态向固态转化，导致卡钻；有 程序、见效快、缩短建井周期， １３９．７ｍｍ套管开窗 的是注完水泥塞后发生卡钻及设备故障处理不及 侧钻小井眼微间隙钻井已成为挖潜增效的手段。该 时，时间过长水泥浆凝固，导致卡钻。 类型井突出表现在侧钻小井眼与钻具间隙小，环空 注水泥塞卡钻分析：不活动钻具或仅活动钻盘， 压耗高，易发生亏空性漏失，采用桥接和水泥浆复合 易形成一定沟槽造成键槽卡钻；水泥浆的沉降稳定 堵漏，易发生井下钻具突然遇卡情况；另外，将更多 性能远差于泥浆，容易沉沙卡钻；钻杆不居中状态 的间隔很大的油气层划归产层和减少套管的下入深 下，水泥浆在压差作用下更易发生压差卡钻。 度，采用深井注水泥塞回填，也增加了注水泥施工的 １．２现象不同 风险，卡钻现象时有发生。 注水泥塞卡钻，一般停泵上起即卡。注水泥过 程卡钻后，开泵泵压不高；“插旗杆”多是在上起过 １注水泥塞卡钻与“插旗杆”区别分 程中卡钻，“插旗杆”发生后，开泵泵压极高，易压漏 析 地层。 １．３后期处理 有资料统计，在注水泥塞过程中发生各种性质 发生卡钻后，如果能开泵，建立循环通道，将水 卡钻现象的概率，是相同条件其它工况下的３—４ 泥浆循环出来，或采用正、反挤措施，将钻杆内、环空 倍。所以，在固井同行中，有一个共识即：水泥塞的 中的水泥浆挤入地层；再采取倒扣、套铣进一步处 风险远远高于其它固井作业，水泥塞类型中又以堵 理，可以减少故障损失。 漏水泥塞风险最高。 １．４堵漏水泥塞风险更高 在注水泥塞过程中发生卡钻现象，一般工程技 采用桥接和水泥浆复合堵漏注水泥施工时，在 术人员会因习惯思维的干扰，通常认为是“插旗杆” 水泥浆切力和静胶凝强度作用下，将井壁失稳时产 卡钻故障。其实这种性质的卡钻与“插旗杆”卡钻 生的掉块、桥接堵漏浆中的堵漏材料、注水泥时高速 有着明显的区别，不能混为一谈。否则，不利于下一 冲蚀下来的岩块和水泥沉降颗粒，悬浮运移至环空 步故障处理，所以有必要对两者进行仔细分析。 １．１性质不同 第一作者简介游云武，男，毕业西南石油学院钻井工 对于“插旗杆”卡钻，有的是因为水泥浆灰量过 程专业，高级工程师，现任钻井公司副经理，主管钻井完井技 大，塞段面较长，水泥浆进入环空后，静胶凝强度过 术工作。 第２期 游云武等：注水泥塞卡钻故障探讨与分析 表１王２３Ｂ井注水泥塞水泥浆试验 ・２５・ 项目 水泥浆：泥浆（体积比） 流变性 稠化时间（ｒａｉｎ） 间隙较小处堆积形成堵塞，水泥浆在薄间隙处被剪 切迅速脱水，发生桥堵，一般停泵、停转盘上起即卡。 １０：４４—１０：５０注入密度１．９０ｇ／ｅｒａ。水泥浆２．８ ｒｒｌ （水泥配方：三峡Ｇ级＋井场水３．５ｍ。＋缓凝剂ＧＨ －２实例分析 ２．１王２３Ｂ注水泥堵漏卡钻 ２．１．１基本情况 ６：１８ｋｇ＋ｘＰ一１：０．２％），压力１～２ＭＰａ； １０：５２～１０：５５替清水２．６ｍ。； １０：５６～１０：５７停转盘，上提钻具遇卡。 处理过程： １０：５６～１０：５８环空不通，考虑到井下钻具安 王２３Ｂ井是王场区块潜江凹陷构造的一口 ｌ３９．７ｍｍ套管开窗侧钻井，于１０９３ｍ开窗成功。 钻至井深１３１４．７５ｍ发生井口严重失返，用浓度 １５％～２５％桥接堵漏浆进行３次堵漏，井下依然只 进不出．２００８年１月１ １３强穿漏层至井深１３４２． ４４ｍ。２００８年１月５日下人￣７３ｍｍ铣鞋＋￣１０４ｍｍ 接头＋￣７３ｍｍ钻具至１３４２．４４ｍ，第四次注桥浆和水 泥复合堵漏时发生卡钻故障。 ２．１．２注水泥堵漏卡钻及处理过程（见表１） （１）水泥浆稠化及抗污染性实验（见表２） （２）注水泥卡钻及处理经过： ～全，采取正反挤的方法，将水泥全部挤入漏失地层； １０：５９～１１：０１开大泵，泵上水不好； １１：１０～１１：２３水泥车正挤清水２．９ｍ。，压力４ ５ＭＰａ，井口无泥浆返出； １１：２５～１１：４８考虑到环空存在水泥浆因素，关 井从环空反挤，反挤清水３．７ｍ ，压力从１ＭＰａ上升 至１５ＭＰａ； １１：５０～１１：５８为防止水泥没有完全挤入低层， 再次重复上述操作，正挤清水２ｍ ，压力５ＭＰａ； ２００８年１月５ ＦＩ ７：００下入：￣７３ｍｍ铣鞋＋ ￣１０４ｍｍ接头＋￣７３ｍｍＤＰ钻具组合，循环划眼到 １３４２．４４ｍ； １２：００～１２：１０反挤清水２ｍ ，压力ＩＯＭＰａ ｔ １６ＭＰａ。根据挤入量计算，此时水泥应该已经全部 挤入地层； １２：１２～１２：１５开井上下活动钻具，上提１．０ｍ ９：００～１０：００注入用：井浆＋ｌｔ高效复合堵漏剂 ＋ＢＰ一１：０．５ｔ＋ＰＡＭ：２５ｋｇ＋ＨＶ－ＣＭＣ：５０ｋｇ配制密度 为１．２７ｇ／ｃｍ 、粘度９２ｓ，浓度１５％桥接堵漏浆５ｍ ； １０：１５～１０：２０关井憋压，最高憋压５．０ＭＰａ，憋 入堵漏浆ｌｍ ，稳压３ＭＰａ； １０：３８—１０：４０注前置液：清水ｌｍ ，压力２～ ３ＭＰａ； 遇卡，开泵循环，井口有少量泥浆外返； １８：２０—１９：１Ｏ倒扣，起出钻具９４３．６ｍ，落鱼长 ３９１．９０ｍ。套铣出钻具。 （３）故障发生原因分析： ①注水泥下人钻具：￣７３ｍｍ铣鞋＋￣１０４ｍ接头 ＋￣７３ｍｍＤＰ与 １１８ｍｍ井眼之间呈薄间隙，桥接堵 漏材料颗粒在漏层井壁附近充填、屏蔽和浓聚，造成 ・２６・ 江汉石油科技 ２０卷 表３明９斜一５井注水泥塞水泥浆试验 水泥浆配方水泥三峡Ｄ级８００ｇ；水样：井场水４６％（３６８ｍ１）；外加剂：ＧＨ一１０．２％ 项目 水泥浆：泥浆（体积比） 流变性 稠化时间（－，ｉｎ） 漏层处井眼缩径，使得钻具接头、接箍与井眼之间的 ８：００～９：００循环 环空相对狭小，水泥浆在薄间隙处处于高剪切状态， 导致水泥浆迅速脱水，发生桥堵，使得进入裸眼段的 铣鞋、钻具接头、接箍处发生卡钻。②侧钻小井眼钻 具与井壁接触面积大，钻具在水泥浆压差和静胶凝 强度吸附包裹作用下，发生粘卡。③注水泥施工时， 水泥浆切力将井壁失稳时产生的掉块、套管开窗时 未携带出的铁屑、桥接堵漏浆中的堵漏材料、泥浆中 伴随的少量岩屑和水泥颗粒，悬浮运移至钻具接头、 ９：００—１０：００起至井深３１４１ｍ； １０：００—１２：００循环，循环泵压１２ＭＰａ，泥浆密 度１．６０ｇ／ｃｍ 、粘度１５５Ｓ； １２：２０—１２：２５注前置液（清水）０．５ｍ ； １２：２８—１２：４２注水泥４００袋（水泥浆配方：三 峡Ｄ级２０ｔ＋缓凝剂ＧＨ一１：７５Ｋｋｇ＋淡水１５ｍ。），注水 接箍间隙较小处堵塞堆积形成卡钻。④小井眼施工 安全意识薄弱，堵漏作业时未简化钻具。 ２．２明９斜一５井注悬空水泥塞回填“插旗杆”故障 ２．２．１概况 泥施工压力：５—９ＭＰａ，水泥浆前期密度：１．７５—１． ８０ｇ／ｃｍ ，中期密度：２．Ｏｇ／ｃｍ ，后期密度：１．９９ｇ／ ａｍ ；用清水０．５ｍ 冲管线； １２：４３—１２：５７大泵替密度１．６０ｇ／ｃｍ。井浆 ２５ｍ ，替浆时泵压１２ＭＰａ，替浆完压力１５ＭＰａ，注水 泥过程中转动转盘，上提、下放两次，活动钻具正常； １３：００～１３：０４起出一柱后，二层台开吊卡后转 动转盘打倒车；第二柱起出２ｍ时悬重增至１６００— １８００ｋＮ，上下活动钻具无法起出。 处理过程： 明９斜一５井于２００６年７月１２日钻至井深 ３２０５ｍ完钻，油顶２７１５ｍ、油底２７２４ｍ、完井讨论要 求在井段３２０５ｍ一２８００ｍ注水泥塞回填。 ２．２．２故障经过及处理 （１）水泥浆稠化及抗污染性实验（见表３、４、５、 ６、７）。 表５ 明９斜一５井水泥浆与其它井浆污染性试验 １３：１０—１３：１５接方钻杆开泵，无法建立循环， 泵压由６ＭＰａ增至１８ＭＰａ； １３：２０～１３：２５采用水泥车正挤，压力增至 ２０ＭＰａ，环空无返出仍然无效； ７月１６日１５：００倒扣，起出钻具２１８５．７７ｍ，落 鱼长：９１３．５２ｍ。 （３）原因分析：①泥浆粘切较高，注入０．５ｍ 前 置液不能有效隔离水泥浆与泥浆，施工中水泥浆前 （２）故障经过及简要处理过程：２００６年７月１５ 日８：００下４１１ ｘ４１０＋ｑｏ１２７ｍｍＤＰ＋ｑ￣１２７ｍｍＨＷＤＰ＋ ｑｏ１２７ｍｍＤＰ至３２０５ｍ； 缘与泥浆在顶替时直接接触，水泥浆被污染，发产生 的胶凝物造成流动压耗剧增，使得水泥浆迅速脱水， 环空发生桥堵。②邻近的注水井未采取停注和泄压 第２期 游云武等：注水泥塞卡钻故障探讨与分析 表６ 明９斜一５井水泥浆与盐水污染性试验 ・２７・ 表７明９斜一５井固井水配制的盐水水泥浆与井浆污染性试验 措施，地下抽取的固井水盐碱性矿物质含量较高，地 层出盐水使水泥浆受到侵污，水泥浆发生“闪凝”。 ③注水泥塞灰量过大，塞段面较长，水泥浆进入环空 后，静胶凝强度过大，对井下钻具产生很强的包裹和 粘附力。 衡。 （７）在水泥塞过程中发生卡钻现象，不同于平 常的卡钻，需要现场技术人员迅速反应，及时处理： ①如果井漏，则需要正挤、反挤，将钻杆内、环空中的 水泥浆全部挤入地层，再采取下一步倒扣、套铣措 施。②开泵循环，建立循环通道，将水泥浆循环干 ３现场注水泥塞安全技术措施及对策 注水泥塞施工是一项涉及地质、工程技术、钻井 液和井下安全预控多工种相互密切配合的系统工 程，其风险隐蔽性强，需要各工种高度重视，加强其 协调配合，做到万无一失，必须做好以下工作： （１）微间隙井、深井洼水泥塞施工，潜在的风险 净，再倒扣、套铣。 ４几点认识 通过对王２３Ｂ、明９斜一５井注水泥塞施工卡钻 故障的分析以及注水泥塞安全技术措施探讨，进一 步认识到水泥塞的风险，得到以下几点新的认识： （１）侧钻微间隙井，采用桥接堵漏浆＋水泥浆堵 漏卡钻风险极大，需小灰量多次堵漏；注水泥浆前尽 量将泥浆中的堵漏材料循环出来。 较大，任何思想麻痹、局部失误都可能造成故障。要 增强注水泥塞安全意识，提高人员素质，落实施工安 全技术规程。 （２）认真落实注水泥塞施工技术规程，必须简 化钻具结构，全部采用光钻杆（不含加重钻杆）。 （３）根据水泥塞深度和施工时间做好水泥浆稠 化时间、水泥浆与泥浆相溶性试验，依据试验结果确 定外加剂送井量，并现场混拌均匀后方可进行施工． 且必须按施工技术要求注入足够数量的隔离液。 （４）注水泥塞施工中，必须以上提下放活动钻 具为主，转动转盘为辅；而注完水泥浆上起钻具到一 （２）增强小井眼安全施工意识，落实施工技术 规程，是规避注水泥塞风险有效办法。 （３）注替水泥浆时，建议活动钻具以上提下放 为主，以活动钻盘为辅。停泵起钻前，增加一个下放 钻具２～３ｍ的操作动作，防止直接上提钻具，钻杆 接箍或小间隙处堆积物（泥浆中固相、堵漏材料、水 泥浆颗粒等）造成卡钻。 （４）井壁失稳和水泥浆胶凝物强度过大，是导 致注水泥塞过程中卡钻主要原因，现场技术人员应 定位置后，循环泥浆时活动钻具，则以转动为主。 （５）如裸眼封堵或回填井段较长，水泥量大，必 须采取分次注水泥塞施工作业，以免水泥浆胶凝物 强度过大，造成卡钻。 （６）为防止注水泥塞卡钻故障的发生，要使水 反应迅速，根据井下情况正确判断，及时处理，以减 少损失。 （５）注水泥塞施工，需对水质进行化验分析、水 泥浆进行稠化、抗污染性试验。 （编辑胡素梅） 泥浆泵入速度尽快达到顶替泥浆的平衡点，即泥浆 被顶替的负加速度与水泥浆泵人的正加速度尽快均