氮?dú)忏@井與篩管完井在中淺油層開(kāi)采中的利用

楊 毅，齊 彬，黃 琳，桂含軍

(1.大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江 大慶 163413;2.大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司油氣加工九大隊(duì)，黑龍江 大慶 163413)

0 前言

氮?dú)忏@井是解決井下燃爆最簡(jiǎn)單、最普遍的方法之一，是深井提速和儲(chǔ)層鉆進(jìn)最有效的鉆井工藝[1]。2007年大慶在徐深28井實(shí)施了第一口氮?dú)忏@井試驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層氮?dú)忏@進(jìn)技術(shù)[2]。氮?dú)忏@井主要用來(lái)打開(kāi)深井氣層，大慶的氣層深度一般在3000～4000 m，采用常規(guī)鉆井不僅機(jī)械鉆速慢而且易對(duì)儲(chǔ)層造成傷害，影響后期開(kāi)采。

大慶一般把1500 m及以上的儲(chǔ)層稱為中淺油田，具有儲(chǔ)層砂體規(guī)模小，油層厚度薄;低孔滲、低豐度、低產(chǎn)量，自下而上有扶楊、高臺(tái)子、葡萄花、薩爾圖和黑帝廟油層等多套含油層位;斷層分布密集，含油富集區(qū)分布零散，開(kāi)發(fā)這類油藏投資大、成本高、開(kāi)發(fā)的難度和風(fēng)險(xiǎn)大。為了減少作業(yè)成本，降低鉆完井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，2013年首次采用氮?dú)忏@井來(lái)完成此類井施工。

1 中淺油層氮?dú)忏@井技術(shù)

中淺油層上部采用常規(guī)鉆井，當(dāng)鉆至油層上部約2 m時(shí)停止鉆進(jìn)，然后對(duì)上部地層進(jìn)行固井。二開(kāi)采用氮?dú)饣虻獨(dú)忪F化鉆井。

1.1 鉆具組合

1.2 鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)

1.3 中淺油層氮?dú)忏@井配套設(shè)備

中淺油層氮?dú)忏@井專用配套設(shè)備主要包括氣體注入系統(tǒng)、井口安全控制系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)。氣體注入系統(tǒng)包括空壓機(jī)、膜制氮、增壓機(jī)及輔助設(shè)備，井口安全控制排屑系統(tǒng)由于使用的30D型鉆機(jī)底座較低，不方便安裝排砂管，因此利用節(jié)流管匯和放噴管線實(shí)現(xiàn)排屑，為了有利于排屑，滿足安全環(huán)保的要求，在靠近出口端連接30 m 5in(139.7 mm)的套管。

表1為注氣參數(shù)設(shè)計(jì)、表2列出了氮?dú)忏@進(jìn)設(shè)備情況。

表1 注氣參數(shù)設(shè)計(jì)表

表2 氮?dú)忏@井設(shè)備一覽表

1.4 中淺油層氮?dú)忏@井工藝

1.4.1 井口安全控制技術(shù)

中淺油層氮?dú)忏@井應(yīng)用旋轉(zhuǎn)防噴器來(lái)實(shí)現(xiàn)井口的旋轉(zhuǎn)密封，由于30D型鉆機(jī)底座凈空高度2.88 m，在井口防噴器組合上安裝旋轉(zhuǎn)防噴器，要求其高度不能過(guò)高。DQX－Ⅲ旋轉(zhuǎn)防噴器屬于被動(dòng)密封，可密封動(dòng)壓10.5 MPa，密封靜壓21 MPa，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)200 r/min，高度僅為963 mm。完全能夠滿足中淺油層氮?dú)忏@進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)需求，見(jiàn)圖1、圖2。

為防止油層伴生氣量過(guò)大，安裝了點(diǎn)火裝置。為防止防噴器失效伴生氣通過(guò)井口泄露和起下鉆過(guò)程中井口返出天然氣，安裝了自吸裝置。通過(guò)該裝置在井口產(chǎn)生吸力，降低井口天然氣濃度，進(jìn)而降低井口操作的風(fēng)險(xiǎn)，為方便觀察返出氣體和粉塵情況在排砂管線安裝了觀察口?，F(xiàn)場(chǎng)安裝如圖3所示。

1.4.2 巖屑及柴油助返技術(shù)

在芳180－斜146氮?dú)忏@井鉆進(jìn)過(guò)程中始終無(wú)巖屑返出，鉆至完鉆井深循環(huán)30 min，排砂口依舊無(wú)巖屑返出，起出鉆具發(fā)現(xiàn)鉆具表面有油屑混合物附著在鉆具外壁上(如圖4所示)，鉆頭泥包嚴(yán)重(如圖5所示)，水眼均被堵死，堵死物質(zhì)為鉆屑和原油的混合物，測(cè)井時(shí)遇阻，儀器粘油，分析是原油較粘稠，氣體不能把鉆屑和原油的混合物攜帶上來(lái)，因此開(kāi)展了柴油助返技術(shù)研究。

圖1 DQX－Ⅲ型旋轉(zhuǎn)防噴器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖2 DQX－Ⅲ型旋轉(zhuǎn)防噴器現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

柴油助返工藝流程:每打完一個(gè)單根，劃眼一遍，每次5 min，每鉆進(jìn)2個(gè)單根注入0.3 m3(6 L/s)柴油，進(jìn)行循環(huán)，鉆進(jìn)過(guò)程中扭矩平穩(wěn)，返砂正常，排砂池返出部分原油、柴油混合物;完鉆后注原油4 m3，注柴油2 m3，然后起鉆。應(yīng)用該技術(shù)在芳175－斜148井、永199－64井和永195－67井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，在鉆進(jìn)過(guò)程中柴油能有效稀釋井下原油，從而使井下原油和巖屑很順利的被循環(huán)到地面(如圖6所示)，解決了因地層出油而造成的不返屑和阻卡現(xiàn)象。完鉆后注入的原油和柴油可以平衡地層壓力，起鉆作業(yè)順利完成，起出的鉆具上只粘附少量的原油和柴油的混合物(如圖7所示)。

氮?dú)忏@井和柴油助返技術(shù)的有效結(jié)合，成功實(shí)現(xiàn)了中淺油層的儲(chǔ)層鉆進(jìn)，解決了出口不返屑、鉆頭泥包和原油粘鉆桿等問(wèn)題。而且從出口返出的油污可以第一時(shí)間預(yù)測(cè)原油產(chǎn)量。不僅保護(hù)了儲(chǔ)層而且提高了氮?dú)忏@井成功率。

圖3 中淺油層氮?dú)忏@井井場(chǎng)布置圖

圖4 芳180－斜146井鉆具外壁粘附情況

圖5 芳180－斜146井鉆頭泥包情況

圖6 芳175－斜148井返出原油混合物

圖7 永199－64井鉆具外壁粘附情況

2 中淺油層篩管完井技術(shù)

目前真正能滿足全過(guò)程欠平衡完井的方式有裸眼完井和篩管完井[3]。為了充分保護(hù)油層，完井工藝優(yōu)選篩管完井。篩管完井的關(guān)鍵是丟手工具，目前現(xiàn)有機(jī)械式篩管丟手工具存在中途易脫落、到底脫開(kāi)成功率低、后期壓裂及換篩管作業(yè)時(shí)難于打撈等問(wèn)題[4]，不能滿足氮?dú)馔昃?，為此設(shè)計(jì)了液壓式丟手工具。

液壓式丟手工具由上接頭、下接頭、限位銷、活塞、懸掛鋼球、憋壓鋼球及擋板7部分組成(如圖8所示)，該工具在5in套管內(nèi)使用，本體最大外徑118 mm，工具通徑70 mm，工具長(zhǎng)度0.5 m，脫開(kāi)壓力3～4 MPa，具有下鉆牢固、可旋轉(zhuǎn)鉆具、到底易脫開(kāi)等特點(diǎn)。

圖8 液壓式丟手工具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該工具原理:上接頭與下接頭靠懸掛鋼球進(jìn)行連接，懸掛鋼球通過(guò)活塞進(jìn)行限位，同時(shí)活塞通過(guò)限位銷固定。下鉆到底后，投球憋壓，憋壓鋼球在壓力推動(dòng)下下移，剪斷限位銷，活塞下行至擋板，上提鉆具，懸掛鋼球脫落，上下接頭脫離，完成丟手作業(yè)。同時(shí)為了后期壓裂及換篩管作業(yè)，還設(shè)計(jì)了專用的打撈工具(如圖9所示)，可以實(shí)現(xiàn)安全、快速打撈篩管作業(yè)。

圖9 專用打撈工具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

篩管完井工藝流程:丟手工具上下接頭分別與鉆桿及篩管絲扣連接，下放到底，開(kāi)泵注柴油建立循環(huán)，當(dāng)環(huán)空通暢后停泵，向鉆桿內(nèi)投入憋壓鋼球，開(kāi)泵憋壓，當(dāng)壓力憋至3～4 MPa時(shí)，上提鉆具，根據(jù)泵壓判斷丟手工具內(nèi)限位銷是否被剪斷，如泵壓迅速下降，證明限位銷被剪斷，丟手工具上、下接頭分離，活塞以及鋼球均隨上接頭一同取出，完成篩管完井[5]。

該工具在2011年4口氮?dú)馔昃系玫綉?yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中，上、下接頭連接可靠，下鉆過(guò)程可以轉(zhuǎn)動(dòng)管柱，脫開(kāi)壓力為3～4 MPa，脫開(kāi)后壓力迅速下降，脫開(kāi)現(xiàn)象明顯，一次脫開(kāi)成功率為100%，保證了全過(guò)程氮?dú)忏@井成功作業(yè)，最大限度的保護(hù)了儲(chǔ)層。

3 結(jié)論

氮?dú)忏@井在中淺油層的成功實(shí)施，有效的解決了低孔滲、低豐度、低產(chǎn)量中淺油層的開(kāi)發(fā)難題。從芳180－斜146井的不返屑到柴油助返技術(shù)的引入是一個(gè)重大的突破，不僅實(shí)現(xiàn)了返屑，而且可以把井底的原油攜帶到地面，實(shí)現(xiàn)了在鉆進(jìn)過(guò)程中第一時(shí)間掌握井下儲(chǔ)層原油含量情況。

液壓式丟手工具的設(shè)計(jì)解決了原機(jī)械式的諸多問(wèn)題，在4口中淺油層的完井中都實(shí)現(xiàn)了一次性成功脫開(kāi)。大大提高了篩管完井的成功率，為中淺油層氮?dú)忏@井的后期作業(yè)提供了有力的保障。

[1] 王樹(shù)將，曹強(qiáng)，陳彥彪.氮?dú)忏@井技術(shù)在普光202－1井的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2007，29(5):23 －25.

[2] 馬曉偉，張顯軍，趙德云，賈麗.空氣/氮?dú)忏@井技術(shù)在徐深28井的成功實(shí)踐[J].石油鉆采工藝，2008，30(3):19 －23.

[3] 趙前進(jìn).實(shí)體篩管完井技術(shù)在氮?dú)忏@井中的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2009，31(5):45 －47.

[4] 趙前進(jìn)，徐志敏，樊杰，等.篩管完井技術(shù)在牛氣1井氮?dú)忏@井中的應(yīng)用[J].吐哈油氣，2009，14(4):367 －370.

[5] 高德利.油氣鉆探新技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社，1998.