王側(cè)14-15井套管開窗側(cè)鉆小井眼尾管固井技術(shù)

劉志雄

(1中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 2低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室)

套管開窗側(cè)鉆具有鉆井成本低、開發(fā)效益好、鉆井風(fēng)險小等特點(diǎn)[1-3]。王窯老區(qū)是安塞油田最早注水開發(fā)的區(qū)塊，90年代初開始大面積注水開發(fā)，到目前為止先期開發(fā)井出水日趨嚴(yán)重，甚至水淹，不能有效動用未開采儲量。由于受到鉆井、固井以及后期井下增產(chǎn)作業(yè)的制約，套管開窗側(cè)鉆井一直未實施。經(jīng)過近兩年的研究與論證，王側(cè)14-15井進(jìn)行先導(dǎo)性作業(yè)，鉆井周期15.6 d，固井施工順利，固井質(zhì)量良好，為套管開窗側(cè)鉆小井眼尾管固井在安塞油田的后續(xù)作業(yè)提供了有利的技術(shù)支撐。

一、工程概況

二、固井技術(shù)難點(diǎn)

1.環(huán)空間隙小

側(cè)鉆井眼環(huán)空間隙小,致使固井形成的水泥環(huán)薄,難以形成足夠的抗壓強(qiáng)度，容易在后期試采及井下增產(chǎn)措施中破壞。另一方面，小間隙井眼導(dǎo)致流體壓耗大，水泥漿憋漏進(jìn)入地層的風(fēng)險增大,容易引起水泥漿漏失返高不夠及水泥漿竄槽等固井問題[4-6]。

2.安全窗口窄

鉆井過程中有后效、漏失等情況發(fā)生，漏、涌并存，固井施工過程中安全窗口窄，給固井施工及固井質(zhì)量的提高帶來一定挑戰(zhàn)。完井鉆井液密度相對較高，對提高頂替效率提出更高要求。

3.固井工藝技術(shù)要求高工具要求嚴(yán)格

側(cè)鉆小井眼尾管固井對固井工藝技術(shù)要求嚴(yán)格，在喇叭口處及人工井底留有水泥塞，或是浮箍、浮鞋失效，造成水泥漿倒返等問題，后期事故處理難度極大，甚至井眼報廢。套管開窗側(cè)鉆小井眼固井多采用尾管懸掛固井技術(shù),工藝相對復(fù)雜,懸掛油管段較輕,坐掛及丟手判斷難度較大,容易出現(xiàn)坐掛失敗及丟手不成功的情況；也容易出現(xiàn)碰壓失敗,從而形成管內(nèi)留塞和管外替空現(xiàn)象。

4.套管居中困難水泥漿性能要求高

由于側(cè)鉆小井眼油管柔性大，居中困難[7]，常規(guī)扶正器不能滿足生產(chǎn)需求。同時，水泥漿在小間隙條件下的“失重”現(xiàn)象比常規(guī)井更加嚴(yán)重,水泥漿更易發(fā)生地層流體侵竄，以及常規(guī)水泥石脆性大，射孔及壓裂作業(yè)中可能造成水泥環(huán)的密封失效等問題，給水泥漿體系提出更高要求。

三、固井技術(shù)措施

1.熱固樹脂水泥漿體系的優(yōu)選

由于套管開窗側(cè)鉆小井眼尾管固井，存在環(huán)空間隙小，水泥環(huán)薄，常規(guī)水泥石力學(xué)性能差等問題。優(yōu)選流動性能良好，力學(xué)性能優(yōu)異的熱固性樹脂水泥漿體系作為該井固井的水泥漿體系，該體系基礎(chǔ)材料為環(huán)氧樹脂，通過加入固化劑，經(jīng)過開環(huán)、加成、縮聚反應(yīng)，交聯(lián)形成致密的高分子固化體，將低分子質(zhì)量的單體和低聚物轉(zhuǎn)變成一種高強(qiáng)度的三維聚合物網(wǎng)格，從而對形成的熱固樹脂水泥漿體系，賦予了環(huán)氧樹脂優(yōu)異的力學(xué)性能[8-9]。該水泥漿體系具有以下優(yōu)點(diǎn)：①非滲透性樹脂膠凝材料，耐酸、堿腐蝕；②密度范圍0.91～1.90 g/cm3，流動性良好；③固化時間在30℃～120℃的溫度區(qū)間可調(diào)可控；④體系穩(wěn)定，上下密度差小于0.01 g/cm3；⑤體系固化體滲透率為0 mD；⑥體系固化體強(qiáng)度高，收縮率為0；⑦形成的水泥石力學(xué)性能優(yōu)異。

1.1 水泥石力學(xué)性能實驗

針對常規(guī)水泥漿體系(凈漿)形成水泥石的抗沖擊韌性低，脆性較大，壓裂作業(yè)時容易破碎，導(dǎo)致環(huán)空封固失效的問題。研究應(yīng)用熱固樹脂水泥漿體系，與常規(guī)水泥漿體系力學(xué)性能比較實驗結(jié)果見表1。

表1 水泥石力學(xué)性能對比表

1.2 熱固樹脂水泥漿體系綜合性能

套管開窗側(cè)鉆小井眼尾管固井，由于環(huán)空間隙小，壓耗高等問題，要求水泥漿失水小于50 mL，以及水泥漿稠化時間滿足需求的情況下過渡時間盡可能短保證水泥漿具有良好的防氣竄性能[10]。根據(jù)熱固樹脂水泥漿體系室內(nèi)評價，實驗結(jié)果滿足側(cè)鉆小井眼尾管固井技術(shù)需求，具體實驗結(jié)果見表2。

熱固性樹脂水泥漿體系(批混)：G級水泥+熱固性樹脂GER-1+樹脂固化劑XZ-5+降失水劑G409F1+膨脹劑G418W1+分散劑G408FJ(實驗條件：溫度45°C，W/C:0.44)。

表2 熱固性樹脂水泥漿體系性能表

由表2可以看出熱固樹脂水泥漿體系具有良好的流變性能，較低的失水量，稠化時間滿足尾管固井的要求，該體系適合本井的固井作業(yè)需求。

2.前置與后置液設(shè)計

2.1 前置液設(shè)計

前置液采用高效沖洗液與加重隔離液復(fù)合前置液技術(shù)。沖洗液具有良好的沖洗效果，將井壁及套管表面進(jìn)行了有效的沖洗，起到隔離、緩沖、沖洗以及稀釋鉆井液的目的，有利于提高頂替效率，以及一、二界面的膠結(jié)質(zhì)量[11]。由于鉆井過程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的氣侵，鉆井液加重后密度比較高，必須對隔離液進(jìn)行了加重。對加重隔離液進(jìn)行了穩(wěn)定性和抗污染性實驗，實驗結(jié)果表明：該種隔離液穩(wěn)定性好，與鉆井液及水泥漿相容性能良好，完全滿足現(xiàn)場施工條件，隔離液流變性能及穩(wěn)定性能見表3。

表3 隔離液流變性能及穩(wěn)定性能實驗

注：穩(wěn)定性：漿體配好靜置2 h后，分別取量筒上部及下部漿體測量密度，密度差小于0.02 g/cm3，說明體系穩(wěn)定。

2.2 后置液設(shè)計

?88.9 mm油管固井作業(yè)，固井后油管內(nèi)如果留有水泥塞，處理起來難度極大，甚至導(dǎo)致整口井的報廢。應(yīng)用防塞劑作為后置液體系，注完水泥后用段長200 m的液體為先期替漿液體，該防塞劑具有：隔離、緩凝、稀釋、懸浮水泥漿等作用，可有效防止油管內(nèi)留水泥塞，即使油管內(nèi)出現(xiàn)少量水泥漿也不會形成膠結(jié)強(qiáng)度，影響后期井下作業(yè)。

3.固井工具的優(yōu)選

3.1 封隔式尾管懸掛器的優(yōu)選

為解決側(cè)鉆井尾管固井后下入尾管串與上層套管串的徹底封隔(該封隔器的封隔壓力滿足后期井下增產(chǎn)作業(yè)的需求)以及確保重疊段的固井質(zhì)量的問題,研制了封隔式液壓尾管懸掛器。封隔器膠筒在軸向壓力作用下擠壓發(fā)生徑向變形，鎖緊滑套自鎖，將封隔器本體與套管之間的環(huán)狀間隙封隔，從而實現(xiàn)環(huán)空封隔的目的[12]。隔器膠筒室內(nèi)實驗結(jié)果見表4。

表4 封隔器膠筒實驗數(shù)據(jù)

由表4可以看出，當(dāng)軸向壓力達(dá)到100 kN時徑向變形量達(dá)到13.2 mm，可以對環(huán)空進(jìn)行有效封隔。在試驗臺架上軸向加載至100 kN,完成封隔器坐封。接試驗泵,加壓至53.15 MPa,穩(wěn)壓15 min,無滲漏,證明封隔器密封良好，封隔式尾管懸掛器主要技術(shù)參數(shù)見表5。

表5 封隔式尾管懸掛器主要技術(shù)參數(shù)

3.2 粘結(jié)式油管扶正器的優(yōu)選

由于套管開窗側(cè)鉆小井眼固井作業(yè)，環(huán)空間隙小，以及管串剛性弱，使用常規(guī)套管扶正器環(huán)空壓耗大等問題。設(shè)計新型粘結(jié)式套管扶正器，該扶正器三維立體設(shè)計，扶正翼片采用180°半閉合，螺旋式粘結(jié)在套管串表面，可以使流體通過扶正翼片時形成一定的旋流效果，提高頂替效率，且過流面積大，可以有效降低流體壓耗，實驗數(shù)據(jù)見表6。

表6 粘結(jié)式油管扶正器技術(shù)參數(shù)表

4.施工技術(shù)措施

(1)熱固樹脂水泥漿體系現(xiàn)場應(yīng)用批混工藝，地面批混撬使水泥漿均勻混合后方才注入到井內(nèi)。

(2)使用用兩種不同工作原理的浮箍及浮鞋，放回壓成功率大大提高，防止回壓閥失效，水泥漿倒流，造成固井失敗。

(3)不留上塞工藝技術(shù)，固完井后上提尾管懸掛器中心管前，給井內(nèi)適當(dāng)憋入一定壓力，緩慢上提，當(dāng)壓力釋放時進(jìn)行循環(huán)鉆井液，保證喇叭口處水泥漿完全沖洗干凈，確保該處沒有多余水泥漿，應(yīng)用防塞劑體系作為后置液，有效防止油管內(nèi)留有水泥塞，確保人工井底達(dá)到設(shè)計位置。

(4)下油管前進(jìn)行認(rèn)真通井作業(yè)，調(diào)整鉆井液性能，確保油管安全順利下到設(shè)計位置。產(chǎn)層段每根油管加放兩只粘結(jié)式油管扶正器(180°相位)，確保油管的居中。

(5)近平衡壓力固井設(shè)計，各級液體密度階梯式遞進(jìn)，替漿過程中，采用小排量頂替，達(dá)到塞流頂替的目的，有效的提高了頂替效率。

四、現(xiàn)場施工作業(yè)

王側(cè)14-15井尾管下深1 510 m，懸掛位置：730 m。下完管柱后用排量8 L/s的泥漿泵，循環(huán)1 h(壓力6.5 MPa)，排量12 L/s循環(huán)2 h(壓力10 MPa)；投球，憋壓10 MPa坐掛懸掛器，18 MPa憋通球座，建立循環(huán)；倒扣35圈，上提管柱，順利丟手；管線試壓30 MPa；注前置液1.5 m3，水泥漿5.5 m3(排量500 L/min，平均密度1.89 g/cm3)；替漿5.2 m3(0.5 m3防塞劑+3 m3清水+1.7 m3鉆井液)碰壓20 MPa；卸水泥漿，接方鉆桿，下放10 t懸重坐封封隔器(反復(fù)3次)。上提中心管，憋10 MPa緩慢上提，沖洗喇叭口6 h，井口見水泥漿返出。48 h后膠結(jié)測井，聲幅測井結(jié)果良好，試壓合格，固井質(zhì)量良好滿足后期井下作業(yè)的需求。該井固井后進(jìn)行射孔、壓裂作業(yè)，投產(chǎn)后日產(chǎn)油2.1 t，達(dá)到了甲方的目的。

五、結(jié)論

(1)?139.7 mm×?88.9 mm封隔式液壓尾管懸掛器，該工具的準(zhǔn)確工作，確保了尾管固井的順利進(jìn)行以及重疊段的有效封隔，為后期的井下增產(chǎn)作業(yè)提供了保證。

(2)粘結(jié)式油管扶正器的成功應(yīng)用，增加了流體環(huán)空過流通道，確保了油管串的居中度，對提高頂替效率及固井質(zhì)量起到了良好的作用。

(3)熱固樹脂水泥漿體系的優(yōu)化設(shè)計，良好的水泥漿體系性能為現(xiàn)場施工的順利進(jìn)行以及環(huán)空有效封固奠定了良好的基礎(chǔ)。