大慶油田修井工藝技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向

剛 晗，衛(wèi)秀芬，唐 潔

(1.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江大慶 163453；2.大慶油田有限責(zé)任公司采油一廠，黑龍江大慶 163000)

1 修井技術(shù)發(fā)展歷程

2 修井關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀及效果

大慶油田大修工藝技術(shù)經(jīng)過(guò)4個(gè)階段的發(fā)展完善，主要形成了油水井直5-1/2″套管解卡打撈及整形技術(shù)、套損井打通道技術(shù)、密封加固技術(shù)、報(bào)廢技術(shù)、取換套技術(shù)、側(cè)斜修井技術(shù)和水平井修井技術(shù)、氣井修井技術(shù)8大類(lèi)修井工藝技術(shù)，不斷增強(qiáng)大修工藝技術(shù)的適應(yīng)性，各類(lèi)修井技術(shù)水平得到了大幅度的提高，其中，油水井直井5-1/2″套管解卡打撈、整形打通道、取換套、側(cè)斜、油水井報(bào)廢技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用具有油田特色，且國(guó)際先進(jìn)。修復(fù)率從1996年的57.07%提高到2008年的91.7%，“十二五”以來(lái)始終保持較高水平80%以上。各類(lèi)修井技術(shù)應(yīng)用規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，年修井能力達(dá)到了2000口以上， “十二五”以來(lái)累計(jì)共完成油水井大修12817口，累計(jì)恢復(fù)產(chǎn)油149.74×104t，恢復(fù)注水4835.11×104m3，提高了油水井利用率，對(duì)完善注采關(guān)系、保持注采平衡、控制成片套損區(qū)及提高油田采收率發(fā)揮了重要作用(表1)。

2.1 5-1/2″套管油水直井套損井修井技術(shù)

2.1.1 解卡打撈及整形技術(shù)

表1 “十二五”以來(lái)修井技術(shù)應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics on the application of workover technology since the 12th five-year plan

2.1.2 小通徑套損井打通道技術(shù)

(1)通徑大于70 mm套損井打通道技術(shù)。

(2)通徑50～70 mm套損井打通道技術(shù)。

(3)通徑小于50 mm套損井打通道技術(shù)。

目前，通徑90 mm以上套損井打通道的成功率達(dá)95%，通徑50～90 mm套損井打通道的成功率達(dá)85%以上，技術(shù)水平成熟。通徑50 mm以下的套損井應(yīng)用840口，打通道成功率由10.5%提高到50.7%。

2.1.3 取換套技術(shù)

“十二五”以來(lái)，大慶油田累計(jì)取換套905口井，直井取套最深達(dá)到1138 m，工藝成功率在95%以上[11]。其中，定向井取換套24口，最大套銑深度561.7 m，最大套銑井斜12.3°，成功率達(dá)100%，修復(fù)后的油水井內(nèi)徑恢復(fù)率為100%，密封承壓為15 MPa，能夠滿足各種分采、分注措施的要求，是最徹底的一種套管修復(fù)方法。

2.1.4 密封加固修復(fù)技術(shù)

(1)大通徑密封加固技術(shù)。

(2)實(shí)體膨脹管密封加固技術(shù)。

實(shí)體膨脹管密封加固技術(shù)由膨脹管、發(fā)射腔、脹頭和底堵組成，原理是利用金屬材料具有塑性變形的特性，施加外力，使材料在強(qiáng)化階段產(chǎn)生塑性變形，直徑適度增大，強(qiáng)度不降?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施補(bǔ)貼加固時(shí)，先用油管將膨脹管下至套損井段，在地面用高壓泵向油管內(nèi)泵入清水，清水通過(guò)膨脹錐進(jìn)入底堵脹頭之間的密封腔，在液壓和脹頭的作用下，補(bǔ)貼管完成整體膨脹，緊貼于套管內(nèi)壁，實(shí)現(xiàn)錨定與密封。可以實(shí)現(xiàn)加固管和套管全程緊密貼合，密封性好，膨脹管膨脹后通徑內(nèi)徑的范圍為108～112 mm，膨脹材料膨脹后機(jī)械性能與J55套管相當(dāng)，膨脹時(shí)的驅(qū)動(dòng)力為400～440 kN，折算成現(xiàn)場(chǎng)泵壓44～48 MPa，膨脹管膨脹后抗內(nèi)壓達(dá)到91 MPa，抗外擠達(dá)到51 MPa，最大加固長(zhǎng)度達(dá)到150.7 m，成功率在98%以上[12]，適用于大段彎曲變形的井段密封加固，解決了密封不可靠、錨定力小、加固后內(nèi)通徑縮小的問(wèn)題，并可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)井段加固，滿足了小直徑生產(chǎn)管柱分注分采等工藝要求。

2.1.5 工程報(bào)廢技術(shù)

工程報(bào)廢分為水泥封重泥漿壓井暫時(shí)報(bào)廢和固永久報(bào)廢兩種工藝。重泥漿壓井暫時(shí)報(bào)廢是利用井內(nèi)泥漿柱的壓力始終大于(或等于)地層壓力，以達(dá)到壓住油層和錯(cuò)斷口的目的。實(shí)現(xiàn)了井口無(wú)溢流、層間無(wú)竄流的報(bào)廢目的；水泥封固永久報(bào)廢是利用微膨脹水泥對(duì)竄漏層段間進(jìn)行封堵竄后，再對(duì)錯(cuò)斷、破裂部位的套管井眼循環(huán)擠注水泥漿，使錯(cuò)斷、破裂部位以上50～100 m至人工井底充滿水泥漿，固化后即永遠(yuǎn)封固所有油層井段，達(dá)到永久封固報(bào)廢的目的。在普通A級(jí)水泥漿中加入膨脹劑及與其配伍的分散劑、促凝劑、失水劑和消泡劑，使水泥漿具有凝固速度快、早期強(qiáng)度高、體積微膨脹等特點(diǎn)，微膨水泥在凝固38 h后，膨脹率可達(dá)0.071%以上。既能有效地封堵，又可抗水、抗氣侵，封固強(qiáng)度較原水泥漿提高3 MPa以上，滿足封堵和報(bào)廢工藝要求。解決了普通水泥漿凝固后收縮失重而使封堵、固井質(zhì)量達(dá)不到預(yù)期技術(shù)指標(biāo)的問(wèn)題，適用于無(wú)法修復(fù)的嚴(yán)重套損井做報(bào)廢處理，便于補(bǔ)鉆更新井?！笆濉币詠?lái)，大慶油田累計(jì)工程報(bào)廢1271口井。

2.1.6 側(cè)斜修井技術(shù)

側(cè)斜修井工藝是將套損井段及以下部分實(shí)施水泥報(bào)廢封堵，利用定向工具及鉆具，在原井眼裸眼段的封堵以上的部位按照預(yù)定的方位進(jìn)行側(cè)鉆，避開(kāi)下部井眼和套管，重新開(kāi)辟出新井眼，根據(jù)設(shè)計(jì)的軌跡鉆進(jìn)，控制井眼軌跡中靶，下入新套管固井。形成了取套深度和側(cè)斜點(diǎn)優(yōu)選、井眼防碰、井眼軌跡控制、固井工藝、修井液體系等一系列側(cè)斜井修井工藝配套技術(shù)。在原井眼地面位置不變，對(duì)下部實(shí)施側(cè)鉆，井斜控制在3°以內(nèi)，相當(dāng)于直井，為深部套損井的徹底修復(fù)提供一個(gè)新的途徑。主要用于套損部位在900 m以下、徹底報(bào)廢原井射孔層位的套損井，可以修復(fù)采用整形、加固、取換套等常規(guī)技術(shù)無(wú)法修復(fù)的套損井。隨著該項(xiàng)技術(shù)的不斷完善與應(yīng)用，側(cè)斜修井速度明顯提高，修井周期顯著縮短。已應(yīng)用1320口井，“十二五”以來(lái)應(yīng)用298口，成功率達(dá)到99.6%。與鉆新井比，不僅可以節(jié)約二次搬家、征地和地面配套設(shè)施建設(shè)費(fèi)用，而且不影響原井網(wǎng)布置和開(kāi)發(fā)方案[13]。

2.1.7 疑難井修井工藝技術(shù)

(1)吐砂吐巖石塊套損井綜合治理技術(shù)。

(2)大位移活性錯(cuò)斷井修復(fù)技術(shù)。

針對(duì)大位移活性錯(cuò)斷井?dāng)嗫诓环€(wěn)定、易丟失、找通道成功率低和時(shí)效差的問(wèn)題，采取“先找(斷口)、再穩(wěn)(斷口) 、后打(通道)”的方案。研制了斷口穩(wěn)固劑及斷口穩(wěn)固工藝，提高了活性錯(cuò)斷井打通道的成功率。研究形成陀螺雙測(cè)精準(zhǔn)、陀螺單測(cè)、衡工具面、綜合4項(xiàng)定向找通道技術(shù)，引入磨銑、側(cè)出齒擴(kuò)徑磨銑、大凹芯磨鞋磨銑、裁彎取直、正向扶正磨銑5項(xiàng)打通道技術(shù)，特制加長(zhǎng)筆尖銑錐、帶狀盤(pán)式銑錐2項(xiàng)斷口修整技術(shù)，實(shí)現(xiàn)斷口找得準(zhǔn)、通道打得開(kāi)。研究形成3項(xiàng)復(fù)雜落物打撈技術(shù)，提高了復(fù)雜落物打撈的成功率和施工時(shí)效。研究形成多級(jí)定向報(bào)廢技術(shù)，保證了層間的徹底有效封堵報(bào)廢。研制了找打通道、磨套銑、復(fù)雜落物打撈、示蹤導(dǎo)引、憋壓丟手5類(lèi)23種專(zhuān)用系列配套工具和防頂裝置，滿足了大位移活性錯(cuò)斷井修復(fù)和安全施工需求。較好解決了斷口不穩(wěn)定，伴有砂埋、復(fù)雜落物的大位移活性錯(cuò)斷井等復(fù)雜套變條件下的找打通道技術(shù)、打撈難題，提高了施工時(shí)效?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與推廣62口井，修復(fù)成功44口井，成功率為70.97%。

2.2 水平井修井工藝技術(shù)

針對(duì)水平井魚(yú)頭不居中、引入和修整難、鉆磨易傷害等套管大修技術(shù)難度大以及沖砂巖屑不易返出、停泵后易二次沉積阻卡管柱等問(wèn)題，發(fā)展了水平井解卡打撈修井及沖砂技術(shù)。

研究形成了水平增力解卡、震擊解卡、鉆磨銑套解卡3種解卡打撈工具及配套工藝，其中，水平增力解卡利用打撈增力器把大鉤的垂直拉力轉(zhuǎn)變成水平拉力并具有增力效果，二力共同作用實(shí)現(xiàn)解卡，液壓打撈增力器(3級(jí))在30 MPa下增力35 t，適用各種管柱斷脫滑落至彎曲或水平段被卡，或生產(chǎn)、壓裂等管柱被砂卡在水平段內(nèi)的情況。震擊解卡采用倒裝鉆具結(jié)構(gòu)或配合下?lián)羝鞴餐饔眠M(jìn)行震擊解卡，或利用連續(xù)油管配合連續(xù)油管震擊器、加速器等管柱進(jìn)行近卡點(diǎn)震擊解卡，主要適用于管柱掉井后砂卡或小件落物造成的管柱阻卡后的解卡(由于水平井砂卡一般都是砂橋卡)。鉆磨銑套解卡是應(yīng)用水平井專(zhuān)用鉆磨銑工具和相應(yīng)工藝管柱對(duì)被卡落魚(yú)或其他障礙物等進(jìn)行破壞性處理，以將其清除，實(shí)現(xiàn)修復(fù)或?yàn)橄虏绞┕ぬ峁┍Ｕ?，適用于對(duì)小件落物、下井管柱、完井附件及水泥塞等阻卡的解卡。綜合運(yùn)用各種工藝實(shí)現(xiàn)水平井復(fù)雜落物卡阻的解卡打撈，并保證管柱下得去、起得出，遇到復(fù)雜情況時(shí)可安全退出，施工效率高。

形成了水平井連續(xù)沖砂裝置與配套工藝，最快沖砂速度為33.6 m/h，適合于水平井各種井況的沖砂，根據(jù)不同工藝和井況選用管柱沖砂和連續(xù)沖砂，工藝可靠，且研制的沖砂液流變性好，懸浮攜砂能力強(qiáng)，能滿足水平井沖砂的要求。

水平井解卡打撈修井及沖砂技術(shù)相對(duì)成熟，工具基本配套，實(shí)現(xiàn)對(duì)水平井復(fù)雜條件下卡管柱解卡打撈修復(fù)、700 m以上長(zhǎng)井段水平井沖砂作業(yè)，恢復(fù)故障水平井產(chǎn)能[14]。水平井解卡打撈修井目前處于國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平，水平井沖砂技術(shù)與國(guó)內(nèi)外持平。應(yīng)用92口井，成功率達(dá)到100%。其中，解卡打撈被卡管柱最長(zhǎng)145 m，連續(xù)沖砂最長(zhǎng)井段795 m。

2.3 氣井修井工藝技術(shù)

針對(duì)氣井施工危險(xiǎn)性大、壓井液易漏失，氣層保護(hù)難、氣井套管漏失、腐蝕斷脫的油管強(qiáng)度低難打撈等修井難點(diǎn)，研究了深層氣井套管外漏治理技術(shù)，在氣井解卡打撈技術(shù)、電纜橋塞磨撈技術(shù)、外漏井修復(fù)技術(shù)、氣層保護(hù)技術(shù)、套管外竄氣治理技術(shù)等方面取得重大進(jìn)展。

形成了氣井解卡打撈技術(shù)，設(shè)計(jì)了套銑母錐和套銑閉窗撈筒兩種解卡打撈工具，研制了解卡打撈管柱。能進(jìn)行套銑，清理環(huán)空的腐蝕油管體、沉積的鐵銹和泥漿并使落物進(jìn)入收集筒內(nèi)，收集筒能堆集和撈獲腐蝕的油管皮子。解卡打撈工具解決了氣井腐蝕嚴(yán)重落物打撈難題，解卡打撈管柱保證隨時(shí)進(jìn)行循環(huán)壓井，同時(shí)具有內(nèi)防噴功能，降低了對(duì)地層的污染，保證了施工的安全。

形成了電纜橋塞磨撈技術(shù)，研制應(yīng)用選擇性定位套銑鞋工具、橋塞磨撈一體工具，抓住中心管，打撈和解卡同時(shí)進(jìn)行，選擇性定位套銑鞋實(shí)現(xiàn)了只磨水泥不磨橋塞功能，在去除橋塞上灰塞的同時(shí)保護(hù)橋塞中心管，為打撈橋塞創(chuàng)造了條件；橋塞磨撈一體工具可用于橋塞打撈。

形成了外漏井修復(fù)技術(shù)，修復(fù)方法有兩種：當(dāng)井下技術(shù)狀況具備取換套條件時(shí)，采用取換套工藝修復(fù)；當(dāng)井下技術(shù)狀況不具備取換套條件時(shí)，先采用高強(qiáng)度復(fù)合材料封堵漏失點(diǎn)，然后采用丟手插入式密封完井管柱維持生產(chǎn)。應(yīng)用復(fù)合材料封堵套管漏失井段，解決了丟手插入式密封完井管柱只能屏蔽漏失點(diǎn)而無(wú)法修復(fù)套管漏失的問(wèn)題，提高了漏失井修復(fù)質(zhì)量。

形成了氣層保護(hù)技術(shù)，研制的新型無(wú)固相壓井液和凝膠暫堵技術(shù)，新型無(wú)固相壓井液與氣層巖性配伍，對(duì)氣層的傷害??；體系中加入了鹽結(jié)晶抑制劑，體系具有不易結(jié)晶的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足冬季施工需要。凝膠暫堵減少了壓井液漏失量，降低了對(duì)地層的污染，可以避免由于井漏而造成井噴事故發(fā)生。

形成了套管外竄氣治理技術(shù)，在油層套管和技術(shù)套管之間擠注封竄堵劑，封堵固井水泥環(huán)內(nèi)部的竄氣通道，同時(shí)在自由段形成一定高度的水泥環(huán)。封竄工藝有擠注封竄和循環(huán)封竄兩種封竄工藝，技術(shù)關(guān)鍵是保證封固堵劑擠入量，實(shí)現(xiàn)帶壓候凝，解決了氣井環(huán)空竄氣治理難題。適用在一定擠注壓力(30 MPa以內(nèi))下，油、技環(huán)空具有擠注量井。

在電纜橋塞磨撈、套管漏失修復(fù)和氣層保護(hù)等方面取得技術(shù)創(chuàng)新，解卡打撈、套管漏失技術(shù)目前處于國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平，解決了氣井外漏修復(fù)和解卡打撈的修井技術(shù)難題，能對(duì)井下工藝管柱斷脫、卡阻以及套管腐蝕穿孔漏氣或斷脫、套管外竄氣等類(lèi)型的故障氣井進(jìn)行有效修復(fù)，滿足安全高效施工的需要[14-15]。大修137口氣井，全部達(dá)到治理要求，保障了采氣生產(chǎn)正常運(yùn)行，并避免了徐深21、徐深23等高投入井報(bào)廢，節(jié)約了更新井費(fèi)用1億元以上，且消除了氣田安全生產(chǎn)隱患。

3 存在問(wèn)題及發(fā)展方向

(1)2016年底遺留待修井井?dāng)?shù)3948口，隨著油田深入開(kāi)發(fā)，套損井?dāng)?shù)將逐年增多，套損類(lèi)型主要為套管變形和錯(cuò)斷，占65%左右，通徑小于50 mm套損井、活動(dòng)性錯(cuò)斷井、水平井等難修井比例逐年增多，修復(fù)難度將逐年加大，將給油田生產(chǎn)和安全環(huán)保帶來(lái)嚴(yán)重影響，需要繼續(xù)發(fā)展完善修井技術(shù)。修井技術(shù)將從提高修井修復(fù)率、時(shí)效、質(zhì)量，提升安全環(huán)保施工水平、特殊井型修井能力等方面開(kāi)展攻關(guān)，推進(jìn)修井專(zhuān)業(yè)化進(jìn)程。

(2)喇薩杏油田累計(jì)套損率已達(dá)到24.2%，套損形勢(shì)日趨嚴(yán)重，缺少建立在套損機(jī)理基礎(chǔ)上的超前預(yù)警方法，成為套損防治的技術(shù)瓶頸。需攻關(guān)完善套損預(yù)防技術(shù)，進(jìn)一步深入研究套損機(jī)理，研發(fā)套損預(yù)警系統(tǒng)及管理工作平臺(tái)，制定風(fēng)險(xiǎn)區(qū)塊調(diào)控對(duì)策，變被動(dòng)治理為主動(dòng)防控，避免套損程度加劇。

(4)針對(duì)嚴(yán)重錯(cuò)斷井，攻關(guān)套管與水泥環(huán)精細(xì)成像測(cè)井檢測(cè)技術(shù)，優(yōu)質(zhì)、高效地評(píng)價(jià)套損井狀況，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)無(wú)通道套損井下斷口狀況，提高修井檢測(cè)技術(shù)水平，提高措施針對(duì)性，使修井時(shí)效提高10%以上。

(5)水平井造斜段和水平段套管損壞無(wú)修復(fù)措施，直井段套管整形、加固技術(shù)不適用，攻關(guān)水平井水平段套變落物打撈及密封加固技術(shù)，解決水平段套變卡阻的落物打撈、整形及密封加固問(wèn)題，進(jìn)一步提高套損井修復(fù)率，工藝成功率達(dá)70%以上，密封段承壓達(dá)15 MPa以上。

(6)針對(duì)修井過(guò)程中深部取套時(shí)效低，開(kāi)展深取提質(zhì)提效現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提高深取井施工時(shí)效，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高施工效率50%以上，裸眼段套銑速度日進(jìn)尺>100 m，封固段套銑速度日進(jìn)尺>40 m。

(7)常規(guī)修井施工需要壓井放溢，對(duì)油氣層造成一定程度的傷害，而且施工中的廢液無(wú)控制排放，對(duì)周?chē)h(huán)境造成不同程度的污染。為保護(hù)環(huán)境和油氣層，研究帶壓修井技術(shù)，井口壓力低于14 MPa的條件下，實(shí)現(xiàn)不放噴、不壓井修井，井口壓力在14 MPa下實(shí)現(xiàn)帶壓起下、打撈、套管整形及鉆磨銑功能，工藝成功率達(dá)到80%以上[16]。

(8)為提高套損井修井效率及成功率，發(fā)展智能可視化修井技術(shù)，研制一種套管檢測(cè)與修復(fù)集成的智能修井技術(shù)，修井設(shè)備裝有自動(dòng)套管檢測(cè)儀器及自動(dòng)控制修井設(shè)備，檢測(cè)儀器和計(jì)算機(jī)相連，修井時(shí)井下檢測(cè)儀器可把獲得的信息傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將顯示套管三維圖像，套損井段直觀可視。根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果判斷并能選擇采取合適的修井措施進(jìn)行修復(fù)，井下智能修井系統(tǒng)的最終發(fā)展目標(biāo)是“地下修理機(jī)器人”，達(dá)到提高復(fù)雜套損井修復(fù)率的目的。