一種新型裸眼可鉆橋塞的研制與應(yīng)用

羅淮東 孫云鵬 曲兆峰 張友義 孫天宇 郭睿

1.中油國際（乍得）有限責(zé)任公司；2.中國石油勘探開發(fā)研究院；3.渤海鉆探工程有限公司；4華北油田公司勘探開發(fā)研究院

乍得潛山油藏主要集中在Bongor盆地北部斜坡帶，巖性以花崗巖為主，儲層裂縫發(fā)育。儲集空間主要為構(gòu)造裂縫、構(gòu)造-溶解縫、破碎粒間孔及溶孔。孔隙度3%～5%，滲透率0.01～5 mD。潛山油藏采取裸眼完井，除了進行裸眼全井段籠統(tǒng)試油外，一些潛山裸眼段會進行分層試油作業(yè)，上返試油時采取打懸空水泥塞的做法。

打懸空水泥塞存在的問題：（1）裸眼段裂縫發(fā)育，導(dǎo)致灰塞面控制困難［1-2］；（2）有些井在打水泥塞時會出現(xiàn)漏、涌并存現(xiàn)象，井筒狀況復(fù)雜，致使打水泥塞施工一次成功率較低［3-9］；（3）有些井裸眼段分層試油夾層短，小于10 m，灰塞厚度難以滿足要求。有時為了達到上返的目的，不惜把下邊的已試層多封上幾米［10-12］；（4）上返跨隔試油，若采用 MFE 裸眼測試工具，需用懸空水泥塞作為新的井底支撐點，由于管柱懸重大，有時會使灰塞下滑，導(dǎo)致測試失?。?3-14］。

為提高潛山裂縫油藏打水泥塞成功率，乍得項目部采取了一些辦法，如填礫石注灰工藝，但該工藝只能抬高井底，滿足MFE測試工具支撐尾管長度需要，沒有從真正意義上解決水泥漿漏失問題。通過對潛山花崗巖油藏的分析，認為潛山花崗巖地層是硬脆性、高抗壓強度的中硬地層；裸眼井壁不光滑，利于鑄鐵卡瓦錨定。借鑒常規(guī)套管橋塞經(jīng)驗，研制出適用于潛山花崗巖地層的新型裸眼可鉆橋塞［1，4-6，10］。通過室內(nèi)試驗及現(xiàn)場應(yīng)用，證明該工具完全能夠滿足裸眼封層上返試油要求，達到預(yù)期效果。

1 裸眼橋塞設(shè)計技術(shù)難點及解決方案

Technical difficulties of openhole bridge plug design and their solutions

裸眼井存在井壁不規(guī)則、硬度差異大、非均質(zhì)性強及鉆井過程存在擴徑等。解決思路：（1）潛山花崗巖地層是中硬地層，據(jù)此推斷卡瓦能夠正常實現(xiàn)錨定，并且能夠滿足承重技術(shù)指標；（2）裸眼井井壁不規(guī)則，井眼直徑非固定值且非均質(zhì)性強，考慮通過增加膠筒的長度有效封隔不規(guī)則井壁；（3）井壁硬度差異大，為了滿足錨定要求，增大卡瓦的熱處理工藝要求，提高卡瓦牙表面硬度，以滿足硬度高井壁的要求。

具體優(yōu)化措施：（1）優(yōu)化卡瓦尺寸，因存在井眼擴大率（1%～5%），所以優(yōu)化卡瓦的厚度尺寸，以增加徑向移動量，滿足徑向擴張的要求，能夠安全錨定在擴大的井眼；（2）優(yōu)化卡瓦的軸向錨定面積，通過增長卡瓦的軸向尺寸來增加錨定面積，提高錨定性能；（3）優(yōu)化膠筒尺寸，適當增加了膠筒的徑向及軸向尺寸，滿足非均質(zhì)井壁的坐封要求，膠筒采用V形口設(shè)計，滿足裸眼井要求。

2 裸眼橋塞結(jié)構(gòu)及工作原理

Structural components and working principles of openhole bridge plug

2.1 結(jié)構(gòu)組成

Structural component

裸眼橋塞結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，主要由中心管、卡瓦、膠筒、釋放螺栓等11個部件組成。

圖1 裸眼橋塞結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1 Schematic structure of openhole bridge plug

釋放螺栓與液壓坐封工具連接，在裸眼橋塞正常坐封后實現(xiàn)釋放，完成液壓坐封工具與裸眼橋塞本體的脫手；中心管攜帶膠筒、卡瓦等構(gòu)件，傳遞坐封力；鎖環(huán)棘齒螺紋機構(gòu)，使卡瓦單向移動，坐封后鎖定卡瓦，保持坐封載荷；擋環(huán)下井過程中保護卡瓦；卡瓦實現(xiàn)對裸眼井壁的雙向錨定，承受較高的上下壓差；錐體為卡瓦的徑向擴張和坐錨提供內(nèi)支撐；剪釘防止裸眼橋塞在下井過程中，因擋環(huán)及錐體出現(xiàn)軸向位移而導(dǎo)致裸眼橋塞中途坐封；膠筒實現(xiàn)裸眼橋塞上下液體介質(zhì)的密封，并能承受上下壓差；螺釘防止下井過程中，下接頭與中心管脫扣；下接頭具有限位及引鞋功能。

2.2 工作原理

Working principle

2.2.1 與坐封工具的連接 將液壓坐封工具與坐封套通過螺紋順時針旋轉(zhuǎn)連接，旋緊；上好緊定螺釘；將液壓坐封工具與橋塞通過順時針旋轉(zhuǎn)連接，直到接觸面靠近時，調(diào)整螺釘孔的位置與橋塞擋環(huán)上的槽對應(yīng)，上好螺釘連接完成。

2.2.2 坐封 在下裸眼橋塞的過程中，最佳的下放速度為25根/ h。將裸眼可鉆式橋塞下到井下設(shè)計位置，向管柱內(nèi)投入鋼球（?32 mm），待鋼球至液壓坐封工具上部分流開關(guān)密封面處，通過水泥車向油管內(nèi)打液壓，當壓力達到4 MPa、8 MPa、12 MPa時，各穩(wěn)壓3～5 min，在打壓過程中，坐封套抵住裸眼橋塞外部各組件，而拉桿提拉橋塞中心管，這個動作使卡瓦坐卡，膠筒脹大，裸眼橋塞被壓縮坐封。繼續(xù)打液壓，當壓力達到17～22 MPa時，壓力突然降為0，此時釋放螺栓被拉斷，坐封工具與坐封套可以從井中取出。

2.2.3 驗封 橋塞坐封后，將坐封工具提高3～5 m，然后緩慢放回，施加不大于50 kN載荷，以確定橋塞是否坐封在正確的位置上，確定在設(shè)計位置然后起出液壓坐封工具。在坐封過程中，指重表可能會有兩次跳動，分別是剪釘被剪斷和釋放螺栓被拉斷。在橋塞坐封后，須在橋塞上堆積3 m高的砂，能防止震動對橋塞的損壞。若需在橋塞上注灰，可直接用原管柱進行注灰。

2.2.4 解封 向井內(nèi)下入銑磨工具，鉆磨橋塞，實現(xiàn)解封。

3 技術(shù)特點

Technological performance

經(jīng)過多次室內(nèi)試驗和改進，獲得適用于?215.9 mm裸眼的裸眼可鉆橋塞，產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格見表1。

表1 KZQS-208型裸眼可鉆橋塞規(guī)格Table 1 Product specification

與常規(guī)套管橋塞相比，該產(chǎn)品具有以下特點：適用于中硬裸眼地層分層試油、壓裂、堵水、注水泥等工藝中，采用液壓坐封；可暫時或永久封堵下部高壓油、氣和噴、漏等層位，操作方便，安全可靠，承壓能力高；裸眼橋塞坐封后，可直接用原管柱及坐封工具在橋塞上注灰；可實現(xiàn)裸眼段定位封堵，若封堵層段上部夾層長度小，裸眼橋塞的定位封堵作用將更加明顯；卡瓦及膠筒的尺寸優(yōu)化，保證了橋塞在裸眼井中仍具有較強的錨定力和密封性能；棘輪鎖環(huán)保持坐封載荷，保證泄壓后仍能可靠密封；坐封力設(shè)計適中，保證裸眼井壁不會受到過大坐封應(yīng)力影響；鑄鐵結(jié)構(gòu)容易鉆除。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

Field application

以 BC1-5井潛山裸眼段試油為例。2016年1月29日，BC1-5井潛山裸眼段（1 400～1 455.94 m）測試結(jié)果為油水同層，需封堵此層后，進行上部層位測試。決定采用?215.9 mm裸眼可鉆式橋塞聯(lián)合水泥塞封層。將裸眼橋塞坐封在1 421 m后，注入1 m3水泥漿，保證長期封層效果。本次作業(yè)另外一個目的是進行裸眼橋塞+水泥塞支撐能力測試，為后續(xù)的裸眼段MFE尾管井底支撐測試提供參考依據(jù)。

（1）裸眼橋塞封層施工。入井前檢查液壓坐封工具和橋塞完好，并將液壓坐封工具和橋塞連接；下裸眼橋塞，69柱?88.9 mmEUE 油管+坐封工具+?215.9 mm裸眼橋塞，橋塞頂面設(shè)計位置1 421 m；下裸眼橋塞前，裸眼段已徹底通井；正循環(huán)20 m3清水，徹底清潔球座，防止雜物影響鋼球入座，保證密封性；地面管線試壓至合格；投球，鋼球落座。正擠打壓，5 MPa、10 MPa、15 MPa，分別穩(wěn)壓 5 min，使裸眼橋塞膠筒充分膨脹，卡瓦撐開；繼續(xù)打壓至22 MPa，壓力突降為0 MPa，釋放螺栓被拉斷，丟手成功。上提管柱，然后緩慢下放管柱，加壓30 kN，實探橋塞頂面位置1 421.48 m，裸眼橋塞坐封成功。

（2）裸眼橋塞+水泥塞支撐能力測試。利用原橋塞坐封管柱正替3.3 m3清水后，注1.0 m3（密度：1.85～1.90 g/cm3）水泥漿，接著泵入6.32 m3清水頂替液，起出6根油管，反洗井至進出口液性一致，關(guān)井候凝。起出橋塞坐封管柱；下承重測試管柱，探水泥塞面位置1 399.52 m，上提管柱懸重220 kN，下放管柱，緩慢給水泥塞面加壓，直至管柱懸重220 kN全部加到灰塞面上，靜止以后，灰塞深度無位移，承重試驗成功。

（3）封層效果。裸眼橋塞聯(lián)合注灰作業(yè)后，對上部潛山段（1 319.5～1 399.52 m）進行測試，日產(chǎn)原油54 m3，不含水，說明封層成功。本次在橋塞上注灰21.95 m，無漏失，以往注懸空水泥塞至少注50 m，如果漏失，灰面會難以控制甚至造成堵漏失敗。本次封層成功也說明裸眼橋塞起到了堵漏效果。在水泥塞長度大幅降低的情況下承重220 kN時無位移，表明裸眼可鉆式橋塞+水泥塞可滿足MFE測試工具尾管井底支撐需求。

5 結(jié)論

Conclusions

（1）裸眼可鉆式橋塞采用雙向卡瓦支撐，優(yōu)化卡瓦及膠筒，成功應(yīng)用于2口井，聯(lián)合上部注水泥塞，達到了定位封層的目的，解決了花崗巖裸眼井漏失嚴重井段打水泥塞封層施工難度大的問題，保證了施工成功率。

（2）通過一趟鉆實現(xiàn)坐封裸眼可鉆式橋塞，并用原管柱在橋塞上部注水泥塞，在水泥塞長度大幅降低的情況下（以往最少注50 m，BC1-5井注21.96 m），承重220 kN時無位移，表明裸眼可鉆式橋塞+水泥塞可滿足MFE測試工具尾管井底支撐需求。

（3）裸眼可鉆式橋塞降低了裸眼段分層測試對隔層厚度要求，實現(xiàn)了定位封堵。

（4）通過2口井的裸眼封層施工，證明裸眼橋塞適用于中硬花崗巖地層封堵，對于諸如碳酸鹽巖裸眼地層適應(yīng)性，還需進行試驗。

（5）下裸眼橋塞前對裸眼段要徹底通井；橋塞坐封位置要選擇裸眼井徑規(guī)則、光滑、巖性堅硬、致密井段；下裸眼橋塞時要求操作平穩(wěn)，下鉆速度小于20～25 m/min，下鉆勻速、平穩(wěn)、嚴禁猛停猛放、礅鉆、溜鉆。

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