φ139.7 mm篩管頂部注水泥免鉆塞固井完井技術(shù)

馮德杰， 李國(guó)鋒， 趙 勇

(中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營(yíng) 257017)

采用分級(jí)箍、封隔器等工具進(jìn)行常規(guī)篩管頂部注水泥固井完井作業(yè)時(shí)，存在鉆水泥塞時(shí)間長(zhǎng)、易卡鉆、易損壞套管和篩管、管柱下入易遇阻遇卡等諸多問(wèn)題，增長(zhǎng)了鉆井周期、降低了工藝成功率，甚至?xí)斐蓢?yán)重的完井事故[1-2]。實(shí)踐證明，篩管頂部注水泥免鉆塞固井完井技術(shù)可以有效避免上述問(wèn)題。不過(guò)，國(guó)外各大石油技術(shù)服務(wù)公司在應(yīng)用內(nèi)管式篩管頂部注水泥免鉆塞固井完井技術(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，完井作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，存在“插旗桿”風(fēng)險(xiǎn)。而勝利油田開發(fā)的φ177.8 mm篩管頂部注水泥免鉆塞固井完井技術(shù)采用無(wú)內(nèi)管打撈，不改變固井流程，施工風(fēng)險(xiǎn)小，在淺層稠油油藏水平井開發(fā)中得到成功應(yīng)用[3]，在保護(hù)套管及提高固井質(zhì)量、縮短完井周期方面顯示出巨大優(yōu)勢(shì)，可滿足長(zhǎng)效開發(fā)和成本控制的需求。但是，φ139.7 mm免鉆塞篩管頂部注水泥固井完井存在打撈力大而打撈管柱抗拉伸載荷小的矛盾，現(xiàn)有免鉆塞完井工具及工藝方案無(wú)法滿足需求，且φ139.7 mm深井、中深井仍采用常規(guī)篩管頂部注水泥固井完井技術(shù)，鉆水泥塞和投產(chǎn)作業(yè)中問(wèn)題依然突出。因此，需要研制φ139.7 mm免鉆塞固井篩管頂部注水泥工具，配套施工工藝，以解決上述問(wèn)題。

1 φ139.7 mm免鉆塞固井工具的研制

1.1 研制思路

依據(jù)φ139.7 mm篩管頂部注水泥固井完井技術(shù)要求[4-7],在現(xiàn)有免鉆塞固井工具及雙級(jí)注水泥器基礎(chǔ)上[8-10],針對(duì)下套管不可循環(huán)、工具對(duì)井眼及地層適應(yīng)性差、打撈時(shí)存在活塞效應(yīng)、循環(huán)通道關(guān)閉不可靠等問(wèn)題，通過(guò)增加球座、模塊化封隔膠筒、可移動(dòng)密封機(jī)構(gòu)、固定鎖塊，優(yōu)化剪釘壓力級(jí)差，形成了全新的φ139.7 mm篩管頂部注水泥免鉆塞固井工具。

1.2 工具結(jié)構(gòu)

φ139.7 mm免鉆塞固井工具主要由分級(jí)注水泥裝置、封隔膠筒、可撈取內(nèi)套總成等3大部分組成，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.3 工具原理

φ139.7 mm篩管頂部注水泥免鉆塞固井工具的工作原理為：投入膠木球，膠木球落至球座使鎖球裝置鎖閉；加壓，鉆井液通過(guò)封隔膠筒進(jìn)液通道，脹封下封隔膠筒；繼續(xù)加壓，打開滑套下行，循環(huán)通道打開建立循環(huán)，注水泥固井，頂替，固井膠塞被頂至膠塞座后，推動(dòng)膠塞座一起下行至打撈筒內(nèi)部并鎖閉，露出上部進(jìn)液通道，加壓脹封上封隔膠筒；繼續(xù)加壓，關(guān)閉滑套下行，關(guān)閉固井循環(huán)通道，同時(shí)可撈取內(nèi)套總成密封失效，上下連通，消除打撈時(shí)的活塞效應(yīng)；固井候凝后，直接下入打撈工具至打撈筒內(nèi)部，上提解鎖，剪斷固定剪釘，起出可撈取內(nèi)套總成。

圖1 φ139.7 mm篩管頂部注水泥免鉆塞固井工具結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the φ139.7 mm plug-drilling-free well cementing tool1.上封隔膠筒；2.打開滑套；3.下封隔膠筒；4.球座；5.封隔膠筒進(jìn)液通道；6.循環(huán)通道；7.關(guān)閉滑套；8.固定鎖塊；9.膠塞座；10.關(guān)閉進(jìn)液通道；11.打撈筒；12.固定剪釘

1.4 技術(shù)參數(shù)

根據(jù)應(yīng)用井的環(huán)境、井身結(jié)構(gòu)、實(shí)鉆情況等優(yōu)化壓力性能參數(shù)，上封隔膠筒的打開、關(guān)閉壓力可設(shè)定為5～7 MPa，下封隔膠筒的打開、關(guān)閉壓力可設(shè)定為7～9 MPa，分級(jí)注水泥裝置循環(huán)通道的打開壓力15～16 MPa、關(guān)閉壓力5～7 MPa。工具尺寸及適應(yīng)井徑見表1。

表1φ139.7mm免鉆塞固井工具技術(shù)參數(shù)

Table1Technicalparametersoftheφ139.7mmplug-dril-ling-freewellcementingtool

最大外徑D/mm內(nèi)徑d0/mm打撈后內(nèi)通徑/mm壁厚/mm封隔膠筒長(zhǎng)度/m適用井徑190.0±2.0124.3121.4d0-37.721.15^2.509.172.50^5.00(D+15 mm)^1.57D

1.5 技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)

與現(xiàn)有φ177.8 mm篩管頂部注水泥免鉆塞固井工具相比，φ139.7 mm篩管頂部注水泥免鉆塞工具具有以下優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：1)球座設(shè)計(jì)，下套管過(guò)程可以循環(huán)，便于套管順利下入，此外無(wú)需灌漿，縮短下套管時(shí)間；2)工具憋壓后可消除活塞效應(yīng)，降低打撈力，減少井深對(duì)打撈力的影響；3)采用鎖塊懸掛，降低打撈力；4)剪釘固定，防止可撈取總成移位；5)下封隔膠筒采用模塊化設(shè)計(jì)，可選用壓縮金屬籠式或水力擴(kuò)張式，大大提高了工具對(duì)井徑、地層巖性的適應(yīng)性；6)增加了上封隔膠筒，碰壓后可形成環(huán)空封隔，避免了篩管內(nèi)漏水泥事故的發(fā)生；7)打撈筒采用易鉆的鋁合金材料，同時(shí)設(shè)計(jì)有防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，打撈不成功時(shí)還可下鉆鉆除；8)打撈筒與下部結(jié)構(gòu)采用反扣連接，若打撈不成功且打撈工具無(wú)法脫手時(shí)，可在倒扣后提出上部打撈筒，下部結(jié)構(gòu)下鉆鉆除。

2 φ139.7 mm免鉆塞固井完井工藝

2.1 管柱結(jié)構(gòu)

φ139.7 mm篩管頂部注水泥免鉆塞固井完井的典型完井管柱為：引鞋+洗井或礫石充填裝置+篩管串+套管×1根+分段管外封隔器(篩管分段完井應(yīng)用)+套管×1根+篩管串+套管串+免鉆塞固井工具+套管串與扶正器組合+輔助固井工具+套管串與扶正器組合至井口(如圖2所示)，后期酸洗和礫石充填作業(yè)采用“油管+洗井封隔器+內(nèi)插管”的內(nèi)管柱結(jié)構(gòu)。

圖2 φ139.7 mm篩管頂部注水泥免鉆塞固井完井管柱Fig.2 The φ139.7 mm plug-drilling-free well cementing completion string1.液壓膨脹扶正器；2.輔助固井工具；3.免鉆塞固井工具；4.篩管；5.分段封隔器；6.洗井或礫石充填閥；7.洗井封隔器；8.油管

2.2 固井完井工藝

1) 通井，下入完井管串；2)投球，加壓9～12 MPa后穩(wěn)壓，脹封液壓膨脹扶正器和免鉆塞完井工具的下封隔膠筒，繼續(xù)加壓至16～18 MPa，打開注水泥循環(huán)通道；3)循環(huán)正常后固井；4)碰壓，脹封上部封隔膠筒和輔助固井工具，關(guān)閉注水泥循環(huán)通道；5)關(guān)井候凝，更換防噴器閘板；6)下入打撈工具，打撈出內(nèi)套總成；7)電測(cè)固井質(zhì)量；8)下入φ116.0 mm磨鞋通井至人工井底；9)進(jìn)行酸洗、礫石充填作業(yè)；10)投產(chǎn)。

2.3 打撈工藝

1) 精確測(cè)量打撈鉆桿長(zhǎng)度，將“φ73.0 mm鉆桿+打撈工具”下至免鉆塞固井工具上方1～2 m的位置，鉆井液循環(huán)一周；

2) 免鉆塞固井工具上方存在鉆井液固化沉淀物或水泥漿混漿時(shí)，利用打撈工具加壓20～30 kN鉆除；

3) 將打撈工具下至免鉆塞固井工具打撈筒內(nèi)，加壓50 kN，上提管柱，觀察指重表負(fù)荷顯示有無(wú)變化，如沒(méi)有變化，反復(fù)、緩慢下放上提管柱，直至負(fù)荷存在明顯變化；

4) 觀察指重表的變化情況，當(dāng)其超過(guò)可撈取總成銷釘剪斷載荷150～250 kN后再降至原負(fù)荷時(shí)，打撈成功；

5) 低速平穩(wěn)上提管柱，同時(shí)嚴(yán)密觀察指重表，起鉆期間發(fā)生阻卡時(shí)，可采取上下活動(dòng)管柱的方式解卡、倒扣解卡；

6) 起出可撈取總成，檢查其完整性。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)概況

2013年，φ139.7 mm篩管頂部注水泥免鉆塞固井完井技術(shù)在勝利油田D81區(qū)塊進(jìn)行了3口井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。3口井均采用打孔篩管頂部注水泥免鉆塞固井完井方式，即水平段下入φ139.7 mm×N80×φ9.17 mm×24孔/m的打孔篩管，上部下入φ139.7 mm篩管頂部注水泥免鉆塞固井工具，注水泥固井完井。3口井管柱下入順利，投球加壓正常，封隔膠筒完全脹封，篩管內(nèi)未漏失水泥漿，分級(jí)注水泥器的循環(huán)通道正常打開，固井過(guò)程順利，碰壓后分級(jí)注水泥器的循環(huán)通道關(guān)閉，打撈載荷符合設(shè)計(jì)要求。目前3口井生產(chǎn)正常，已累計(jì)采油愈6 000 t，達(dá)到預(yù)期完井目的。

3.2 試驗(yàn)效果

3口試驗(yàn)井與同期采用常規(guī)打孔篩管頂部注水泥固井完井技術(shù)5口井的固井完井效果對(duì)比見表2。從表2可以看出，采用φ139.7 mm篩管頂部注水泥免鉆塞固井完井技術(shù)，完井時(shí)間平均節(jié)約52.0 h，施工情況順利，避免了鉆水泥塞卡鉆和投產(chǎn)作業(yè)時(shí)的管柱下入問(wèn)題，實(shí)施井生產(chǎn)狀況良好，未出現(xiàn)套管損壞變形或上部油氣水竄的問(wèn)題。

4 結(jié) 論

1)φ139.7 mm篩管頂部注水泥免鉆塞固井完井克服了常規(guī)頂部注水泥固井的缺點(diǎn)，解決了現(xiàn)有篩管頂部注水泥免鉆塞固井完井技術(shù)存在的問(wèn)題，改進(jìn)和完善了篩管頂部注水泥免鉆塞固井完井技術(shù)。

表2 φ139.7 mm篩管頂部注水泥固井完井技術(shù)與常規(guī)技術(shù)的應(yīng)用效果對(duì)比Table 2 Comparison of the φ139.7 mm screen top cementing completion technology and conventional technologies

2) 配套的φ139.7 mm篩管頂部注水泥免鉆塞固井完井技術(shù)，可免除鉆塞程序，縮短完井時(shí)間，避免鉆水泥塞和作業(yè)施工的風(fēng)險(xiǎn)，有效保護(hù)水泥環(huán)、套管和篩管，提高油井開發(fā)效果。

3) 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，開發(fā)的φ139.7 mm篩管頂部注水泥免鉆塞固井工具性能穩(wěn)定、可靠，能滿足現(xiàn)場(chǎng)完井技術(shù)要求，適合規(guī)?；茝V。

4)φ139.7 mm篩管頂部注水泥免鉆塞固井完井技術(shù)，還存在管柱內(nèi)通徑減小、無(wú)法實(shí)現(xiàn)任意位置選擇固井等問(wèn)題，今后應(yīng)開發(fā)等通徑、選擇性免鉆塞固井完井技術(shù)，更好地實(shí)現(xiàn)油藏的高效開發(fā)。

參考文獻(xiàn)
References

[1] 劉業(yè)文.水平井篩管頂部注水泥完井事故與復(fù)雜情況分析[J].西部探礦工程，2009，21(8)：69-71.

Liu Yewen.Analysis of screen top cementing completion accident and complex situation in horizontal well[J].West-China Exploration Engineering,2009,21(8):69-71.

[2] 王兆會(huì)，陳嘉陵，王新東.HW9801水平井復(fù)雜情況的處理及分析[J].石油鉆探技術(shù)，2006，34(3)：81-83.

Wang Zhaohui,Chen Jialing,Wang Xindong.Drilling problems and solutions in horizontal well HW9801[J].Petroleum Drilling Techniques,2006,34(3):81-83.

[3] 楊海波，余金陵，魏新芳，等.水平井免鉆塞篩管頂部注水泥完井技術(shù)[J].石油鉆采工藝，2011，33(3)：28-30.

Yang Haibo,Yu Jinling,Wei Xinfang,et al.Research on plug-drilling-free screen top cementing technology for horizontal well completion[J].Oil Drilling & Production Technology,2011,33(3):28-30.

[4] 皇甫潔，張全勝，李文波.水平井篩管頂部注水泥技術(shù)的應(yīng)用

[J].鉆采工藝，2007，30(4)：161-162.

Huangfu Jie,Zhang Quansheng,Li Wenbo.The application of screen top cementing technology in horizontal well[J].Drilling & Production Technology,2007,30(4):161-162.

[5] 宋顯民，張立民，李良川，等.水平井和側(cè)鉆水平井篩管頂部注水泥完井技術(shù)[J].石油學(xué)報(bào)，2007，28(1)：119-121,126.

Song Xianmin,Zhang Limin,Li Liangchuan,et al.Top screen pipe cementing technology of casing and liner in horizontal well and sidetracking horizontal well[J].Acta Petrolei Sinica,2007,28(1):119-121，126.

[6] 熊友明，劉理明，張林，等.我國(guó)水平井完井技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展建議[J].石油鉆探技術(shù)，2012，40(1)：1-6.

Xiong Youming,Liu Liming,Zhang Lin,et al.Present status and development comments on horizontal well completion techniques in China[J].Petroleum Drilling Techniques,2012,40(1):1-6.

[7] 梅明霞，周承詩(shī)，王威，等.勝利油田稠油油藏水平井防砂工藝技術(shù)及應(yīng)用[J].鉆采工藝，2008，31(4)：47-48.

Mei Mingxia,Zhou Chengshi,Wang Wei,et al.Application of horization well sand control technology in heavy oil reservoir of Shengli Oilfield[J].Drilling & Production Technology,2008,31(4):47-48.

[8] 田啟忠，李娜，劉建新，等.一種不鉆塞完井分級(jí)注水泥器的研制及應(yīng)用[J].石油機(jī)械，2013，41(4)：82-85.

Tian Qizhong,Li Na，Liu Jianxin,et al.Development and application of a drilling plug-free staged cementer[J].China Petroleum Machinery,2013,41(4):82-85.

[9] 聶翠平，李相方，劉貴喜，等.一種新型免鉆塞分級(jí)注水泥接箍的研制與應(yīng)用[J].鉆采工藝，2012，35(3)：57-59.

Nie Cuiping,Li Xiangfang,Liu Guixi,et al.Development and application of a new undrilled dop stage cementing tool[J].Drilling & Production Technology,2012,35(3):57-59.

[10] 秦金立，趙斌，阮臣良.系列新型雙級(jí)注水泥器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù)，2007，35(6)：79-81.

Qin Jinli,Zhao Bin,Ruan Chenliang.Design and application of a novel two-stage cementing collar[J].Petroleum Drilling Techniques,2007,35(6):79-81.