篩管外水泥環(huán)擠壓酸洗管柱研制與應(yīng)用

田啟忠

(中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院，山東東營 257088)

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篩管外水泥環(huán)擠壓酸洗管柱研制與應(yīng)用

田啟忠

(中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院，山東東營 257088)

在篩管完井注水泥過程中，封隔器破損或卡封部位井徑擴大，水泥漿會漏入篩管段將油層封固。為了打開油層重新建立油氣生產(chǎn)通道，基于自主研制的水泥環(huán)擠壓裝置，形成了水泥環(huán)擠壓酸洗管柱。水泥環(huán)擠壓裝置兩端的封隔總成能夠密封擠壓裝置與篩管之間的環(huán)空，然后利用節(jié)流傳壓總成傳遞的高壓破碎篩管外的水泥環(huán)，而管柱底部的密封插管可打開人工井底的洗井閥并建立反循環(huán)洗井通道，將篩管外的水泥碎渣反洗至地面，恢復近井地帶的滲透率。水泥環(huán)擠壓酸洗管柱在勝利油田5口井進行了現(xiàn)場試驗，成功率100%，試擠作業(yè)施工后，被封固的篩管段與地層連通性恢復正常。水泥環(huán)擠壓酸洗管柱的成功研制，為解決篩管頂部注水泥完井后篩管段漏入水泥的問題提供了一種新的處理方法。

篩管；注水泥；水泥環(huán)；擠壓酸洗；勝利油田

近年來，水平井技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模不斷擴大，已經(jīng)成為油田高效開發(fā)的重要手段。為充分發(fā)揮水平井的開發(fā)優(yōu)勢，減小原油從地層流向井筒的阻力，水平井完井一般選擇油層段裸眼篩管防砂、造斜段以上注水泥固井的篩管頂部注水泥完井工藝[1]。在注水泥過程中，封隔器破損或卡封部位井徑擴大，篩管段會漏入水泥漿，將油層封固[2]。為了重新打開油層建立原油生產(chǎn)通道，常用的技術(shù)措施是：首先下一趟鉆塞管柱，用鉆頭鉆開篩管內(nèi)的水泥塞[3]，下入射孔槍對篩管外的水泥環(huán)進行射孔、刮管和洗井作業(yè)；然后在篩管內(nèi)下入尺寸更小的濾砂管，將懸掛器懸掛于原套管之上，進行管內(nèi)二次防砂[4]。該技術(shù)措施能夠避免油井報廢，恢復正常生產(chǎn)，但同時也存在以下缺點：篩管實施射孔后，篩管強度降低，極易損壞[5]；篩管內(nèi)懸掛小濾砂管后內(nèi)通徑變小，后期作業(yè)時入井工具的尺寸受限制，給施工帶來不便[6]；處理周期長、費用高，管內(nèi)二次防砂后平均完井成本增加150萬元左右[7]。

為解決上述問題，筆者研制了水泥環(huán)擠壓裝置，并與洗井封隔器、密封插管等工具配套形成了水泥環(huán)擠壓酸洗管柱，可以實現(xiàn)一趟管柱完成破碎封固油層的篩管外水泥環(huán)和酸液反洗井的目的，在不增加完井成本的前提下縮短投產(chǎn)周期，保證原有的完井內(nèi)通徑，方便了后期作業(yè)施工。水泥環(huán)擠壓酸洗管柱在勝利油田2個區(qū)塊進行了5井次的現(xiàn)場試驗，成功率100%，有效降低了完井成本，縮短了投產(chǎn)周期，獲得了良好的經(jīng)濟效益。

1 水泥環(huán)擠壓裝置的研制

為了擠壓破碎篩管外的水泥環(huán)，通過研制相應(yīng)的工具，在一小段被封固篩管內(nèi)形成密閉空間，并把地面泵車施加的高液壓傳遞至形成的密閉空間內(nèi)，達到水泥石破裂壓力后將水泥環(huán)擠壓破碎，再通過反循環(huán)洗井把碎渣帶出井筒外，建立油氣生產(chǎn)通道?；谝陨霞夹g(shù)思路，筆者研制了水泥環(huán)擠壓裝置，其基本結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 水泥環(huán)擠壓裝置的基本結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the cement sheath squeezing device

水泥環(huán)擠壓裝置包括封隔總成、節(jié)流傳壓總成和單流反洗總成。封隔總成由膠筒、中心管和傳壓套組成，中心管上設(shè)有進液孔與節(jié)流傳壓總成連通，將膠筒安裝在中心管外面，分別與硫化頭壓套和傳壓套連接。2個封隔總成的間距可以通過同時加長或縮短傳壓套和中心管的長度進行調(diào)節(jié)，以滿足擠壓破碎篩管外水泥環(huán)的跨度要求；膠筒設(shè)計為雙層橡膠結(jié)構(gòu)，且在2層橡膠之間設(shè)有鋼絲，并與橡膠硫化在一起。在硫化頭壓套、膠筒和傳壓套與中心管之間留有液流間隙作為傳壓通道，以滿足膠筒膨脹的需求。

2套封隔總成中間由節(jié)流傳壓總成連接，下方的封隔總成與節(jié)流傳壓總成共用一根節(jié)流傳壓中心管，并通過該中心管與單流反洗總成連接。

節(jié)流傳壓總成包括啟動活塞、中心管、節(jié)流彈簧、彈簧支撐套和節(jié)流套(見圖2)。在節(jié)流套和彈簧支撐套上均設(shè)有循環(huán)孔，啟動活塞通過剪釘與上方的封隔總成的中心管連接；節(jié)流彈簧安裝在彈簧支撐套外面的外接頭與節(jié)流套之間，節(jié)流套通過剪釘與彈簧支撐套連接；彈簧支撐套和連接套與節(jié)流傳壓中心管之間均留有液流間隙作為傳壓通道，并與兩端的封隔總成的傳壓通道連通。

圖2 節(jié)流傳壓總成的基本結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of the throttling and pressure-transmitting assembly

單流反洗總成包括上接頭、下接頭、球座、支座、反洗球和支撐彈簧(見圖3)。其中，下接頭下端連接密封插管，在其內(nèi)圓臺階通過剪釘固定球座；球座內(nèi)部的支座為中空瓣狀結(jié)構(gòu)，初始狀態(tài)下支撐反洗球，使反洗球離開球座的密封錐面，形成一定間隙。當需要膨脹封隔總成時，隨著排量的增大，反洗球開始下壓支座并壓縮支撐彈簧。此時反洗球與球座的密封錐面接觸形成密封，開始正常的擠壓施工。反循環(huán)洗井時，支座將反洗球推開，可進行正常的反洗井作業(yè)。施工結(jié)束后，起出管柱時支座支撐反洗球可形成泄流通道，將油管內(nèi)的液體泄掉，防止帶噴起管柱造成環(huán)境污染。

圖3 單流反洗總成的結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of the single-flow backwashing assembly

2 水泥環(huán)擠壓酸洗管柱結(jié)構(gòu)及施工工藝

2.1 管柱結(jié)構(gòu)

水泥環(huán)擠壓酸洗管柱包括油管、泄油器、洗井封隔器、水泥環(huán)擠壓裝置和密封插管，基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中，泄油器連接在洗井封隔器的上方并位于井斜角小于45°的位置[8]，便于施工結(jié)束后投棒砸開泄油器，洗井封隔器上部油套環(huán)空中的流體泄入油管中，防止帶噴起管柱[9]。

圖4 水泥環(huán)擠壓酸洗管柱Fig.4 Cement sheath squeezing and acid washing string

圖4所示的井筒結(jié)構(gòu)為：裸眼井筒內(nèi)的套管下部連接篩管，并且在套管與篩管之間連接管外封隔器，管外封隔器膨脹后在其上部的套管外環(huán)空注水泥固井，下部篩管外的環(huán)空為裸眼完井[10]。

水泥環(huán)擠壓酸洗管柱技術(shù)指標為：1)處理水泥環(huán)長度大于10 m；2)工作溫度不高于150 ℃；3)額定工作壓力25 MPa；4)適用套管內(nèi)徑150.0～162.0 mm。

2.2 工藝原理

將水泥環(huán)擠壓酸洗管柱下至篩管內(nèi)，使其對應(yīng)被水泥封固的油層位置，關(guān)閉井口套管閥門和防噴器[11]，通過油管正向加壓時管柱中水泥環(huán)擠壓裝置兩端的封隔總成能夠密封油管與篩管之間的環(huán)空，壓力升高后，兩端封隔總成之間的液壓能夠破碎位于篩管外封固油層的水泥環(huán)，逐段破碎完成后下探至人工井底；將管柱底部的密封插管插入人工井底的洗井閥，將其打開，即可建立反循環(huán)洗井通道[12]，通過反循環(huán)酸洗充分恢復近井地帶的滲透率，并將篩管外被擠壓破碎的水泥環(huán)碎塊等雜物攜帶至地面[13]，實現(xiàn)下一趟管柱完成破碎篩管外水泥環(huán)和酸洗液反洗井的目的。

2.3 施工工藝

1) 將管柱中的水泥環(huán)擠壓裝置下至篩管以下10～20 m，關(guān)閉井口的套管閘門和防噴器。此時，水泥環(huán)擠壓裝置中的單流反洗總成處于密封狀態(tài)，節(jié)流傳壓總成的啟動活塞關(guān)閉，油管內(nèi)保持密封。

2) 通過油管正向加壓，水泥環(huán)擠壓裝置的啟動活塞打開，液體經(jīng)由節(jié)流傳壓總成的傳壓通道進入兩端的封隔總成內(nèi)，膠筒開始膨脹，由于篩管外已形成凝固水泥環(huán)，2個封隔總成之間的油管與篩管之間的環(huán)空形成密閉空間。

3) 隨著壓力升高，節(jié)流傳壓總成中的節(jié)流套在壓差作用下上頂推動節(jié)流彈簧上行，打開循環(huán)孔，油管內(nèi)的壓力傳遞至油管與篩管之間的環(huán)形密封空間，繼續(xù)升高壓力，直至封固油層的水泥環(huán)被擠壓破碎[14]。

4) 觀察地層吸水情況，若地層吸水良好，說明水泥環(huán)已被成功擠碎，篩管與油層已經(jīng)連通，泄壓打開井口的防噴器，將管柱下放20 m，繼續(xù)擠壓破碎下段篩管外的水泥環(huán)。

5) 重復上述施工步驟，將封固油層的水泥環(huán)逐段擠壓破碎[15]，直至下探至井底，此時洗井封隔器已進入篩管段。

6) 將管柱下端的密封插管插入洗井閥將其打開，使篩管外環(huán)空和油管內(nèi)建立反循環(huán)洗井通道[16]，用酸液反循環(huán)洗井。此時單流反洗總成反向打開，使管柱上下連通，酸液由油套環(huán)空自上而下到達洗井封隔器后，由于洗井封隔器密封了下部的油管和篩管之間的環(huán)空，酸洗液將繞過洗井封隔器進入篩管外環(huán)空，同時酸洗液攜帶擠碎的水泥塊向井底運移，并通過洗井閥進入油管中，經(jīng)上部油管返出井筒外。

7) 洗井時需根據(jù)施工壓力變化情況調(diào)節(jié)排量。觀察出口返液情況，若循環(huán)壓力小于6 MPa，出口返液無雜物，則說明篩管外的水泥環(huán)已經(jīng)擠碎，近井地層滲透率得到恢復并建立了油氣生產(chǎn)通道。酸洗結(jié)束后投棒砸開泄油器，起出擠壓酸洗管柱，進行投產(chǎn)作業(yè)。

3 現(xiàn)場試驗

勝利油田的草13斷塊、東12區(qū)塊地層條件復雜，鉆井過程中常出現(xiàn)井徑不規(guī)則現(xiàn)象，后期完井時如果封隔器卡封位置不當，極易出現(xiàn)篩管段漏水泥現(xiàn)象。水泥環(huán)擠壓酸洗管柱在這2個區(qū)塊5口井進行了現(xiàn)場試驗(試驗結(jié)果見表1)，施工成功率100%，共節(jié)約作業(yè)成本500余萬元，每口井平均提前5 d進行投產(chǎn)。

表1 水泥環(huán)擠壓酸洗管柱現(xiàn)場試驗結(jié)果

Table 1 Field test results of the cement sheath squeezing and acid washing string

井號井深/m水泥封固長度/m作業(yè)周期/h初期產(chǎn)油量/(t·d-1)東12平131814．841463．011．2草13平441431．74922．09．5草13平771402．341232．58．1草13平311524．38681．57．9草13平611588．561342．58．8

截至目前，5口井累計增油量超過12 000 t，應(yīng)用效果顯著。下面以草13平61井為例介紹現(xiàn)場施工情況。

草13斷塊油氣藏為巖性構(gòu)造普通稠油油藏。為擴大儲層動用程度，草13平61井采用篩管頂部注水泥完井方式，完井管柱結(jié)構(gòu)如圖5所示。在完井作業(yè)時，由于管外封隔器脹封不充分，鉆塞施工時在篩管段鉆遇水泥塞，判定油層已被水泥固死。鉆除篩管內(nèi)部的水泥塞后，決定采用擠壓酸洗管柱來處理封固油層的篩管外水泥環(huán)，重新打開油流通道，恢復油井生產(chǎn)。

圖5 草13平61井完井管柱結(jié)構(gòu)Fig.5 Completion string in Well Cao13-Ping61

該井現(xiàn)場施工情況如表2所示。由表2可以看出，經(jīng)過試擠施工作業(yè)，停泵后壓力降低明顯，由此可以判斷，被水泥封固的篩管段與地層恢復正常連通，然后進行酸化、洗井作業(yè)，清洗近井地帶的濾餅及其他污染物，直至出口返出水清澈無雜物，完成篩管外水泥環(huán)破碎作業(yè)后轉(zhuǎn)正常投產(chǎn)。

表2 草13平61井擠壓酸洗施工情況

Table 2 Squeezing and acid washing performance of Well Cao13-Ping61

序號封隔器深度/m施工類型穩(wěn)壓時間/min最大壓力/MPa擠入排量/(L·min-1)停泵壓降/MPa11423．00試擠312400021442．00試擠38400231461．00試擠38400241480．00試擠38400451499．00試擠315400661518．00試擠312400671548．00循環(huán)205450

生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果表明，應(yīng)用水泥環(huán)擠壓酸洗管柱處理被封固的油層后，草13平61井初期產(chǎn)油量為8～9 t/d，生產(chǎn)后期含水上升緩慢，穩(wěn)產(chǎn)期較長，生產(chǎn)效果良好。

4 結(jié) 論

1) 水泥環(huán)擠壓酸洗管柱結(jié)構(gòu)簡單，組裝方便，能夠在不射孔的情況下擠碎封固油層的篩管外水泥環(huán)、重新建立油氣生產(chǎn)通道，而且打開油氣生產(chǎn)通道后能夠直接進行酸洗施工，快速恢復近井地層的滲透率。

2) 擠壓破碎水泥環(huán)和酸洗作業(yè)采用一趟管柱完成，減少了施工工序，省去了射孔、刮管及懸掛篩管等作業(yè)工序，單井的生產(chǎn)成本大幅縮減，經(jīng)濟效益顯著。

3) 由于篩管大部分處于水平段，受重力差異影響，部分篩管外上部的水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量差，施工時水泥環(huán)擠壓酸洗管柱與篩管之間形成不了密閉空間，無法擠壓破碎水泥環(huán)，需要進一步攻關(guān)研究加以解決。

4) 今后應(yīng)重點研究化學法處理篩管外水泥環(huán)，通過配制對篩管本體沒有腐蝕作用的復合酸液溶蝕、分解水泥環(huán)，以更有效地解決這一難題。

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[編輯 滕春鳴]

The Development and Application of Cement Sheath Squeezing and Acid Washing String

TIAN Qizhong

(Research Institute of Petroleum Engineering Technology, Sinopec Shengli Oilfield Company, Dongying, Shandong，257088, China)

In the process of cementing in screen pipe during or after well completion, cement slurry may leak into the screen pipe section and cause damage to the formation due to packer failure or wellbore enlargement at the packer setting position. In order to reopen the oil zone and rebuild access for oil and gas production, the cement sheath squeezing with an acid washing string were developed on the basis of the independently-developed cement sheath squeezing device. The packer assembly at both ends of the cement sheath squeezing device can seal the annulus between the extrusion device and the screen pipe. Then, the cement sheath outside the screen pipe is crushed due to high pressure from throttling and pressure-transmitting assembly. The seal tube at the bottom of the string can open the washing valve at the bottom of the artificial hole and thus build a back-cycling well washing access. In this way, the crushed cement sheath can be backwashed out to the ground and formation permeability near the wellbore can be recovered. The cement sheath squeezing and acid washing string have been tested in five wells in the Shengli Oilfield, with 100% success. After the execution of squeezing, the communication between the plugged screen pipe section and the formation was regained. The successful development of the string provided a new method to solve the problem of cement leaking into the formation in the screen pipe section after well completion of cementing at the top of the screen pipe.

screen pipe; cementing; cement sheath; squeezing and acid washing; Shengli Oilfield

2015-08-23；改回日期：2016-04-20。

田啟忠(1984—)，男，山東臨沂人，2007年畢業(yè)于中國石油大學(華東)石油工程專業(yè)，2013年獲中國石油大學(華東)石油與天然氣工程碩士學位，高級工程師，主要從事鉆完井技術(shù)研究與井下工具研發(fā)工作。E-mail：tianqizhongcs@163.com。

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”子課題“勝利油田薄互層低滲透油田開發(fā)示范工程”(編號：2011ZX05051)部分研究內(nèi)容。

?鉆井完井?

10.11911/syztjs.201603012

TE925

A

1001-0890(2016)03-0067-05