川西水平井尾管下入技術(shù)難點(diǎn)及其對策

金磊 ，李建業(yè) ，譚奇 ，張露

1.中國石化石油工程技術(shù)研究院德州大陸架石油工程技術(shù)有限公司 （山東 德州 253000）

2.中國石化西南油氣田分公司川西采氣廠 （四川 德陽 618000）

0 引言

近年來，隨著川西中淺層鉆井技術(shù)水平提高，開發(fā)井型從直井、定向井發(fā)展為水平井。受井位條件限制、靶點(diǎn)位置頻繁調(diào)整、井眼穩(wěn)定性不良、地質(zhì)情況復(fù)雜等因素影響，實(shí)鉆中多數(shù)水平井存在井眼軌跡差、拐點(diǎn)多、狗腿度大等問題。砂泥巖互層條件下的裸眼井段過長是尾管下入摩阻大的主要因素，現(xiàn)場多采用“沖擊”方式下入尾管。甚至部分井產(chǎn)層尾管遇阻活動困難，無法下到設(shè)計(jì)井深，最終就地固井，直接影響氣井產(chǎn)量和生產(chǎn)安全［1］。

采取水平井開發(fā)方式不僅可以減少鉆井成本，還能增加直井開發(fā)所不能獲取的儲量。尾管能否順利下到設(shè)計(jì)位置是獲得油氣資源的前提，因此川西水平井尾管下入問題亟待解決（表1）。從現(xiàn)有工藝技術(shù)入手，對該區(qū)塊水平井尾管下入技術(shù)進(jìn)行難點(diǎn)分析，并提出相應(yīng)對策，形成配套的水平井尾管下入技術(shù)，以降低該區(qū)塊水平井尾管下入風(fēng)險(xiǎn)。

表1 川西水平井尾管下入復(fù)雜情況統(tǒng)計(jì)

續(xù)表1

1 尾管下入技術(shù)難點(diǎn)

根據(jù)川西地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組與沙溪廟組井下掉塊嚴(yán)重、造斜段地層易垮塌、裸眼段長等特點(diǎn)，結(jié)合近年來國內(nèi)外水平井尾管下入實(shí)踐，分析川西水平井尾管下入困難的影響因素如下：

1.1 長裸眼水平段摩阻大

受井身結(jié)構(gòu)限制（圖1），川西地區(qū)一般水平段長1 000 m左右，尾管在斜井段和水平段與井壁發(fā)生長段面積接觸，導(dǎo)致尾管下入摩阻較大。在現(xiàn)有鉆井技術(shù)條件下，大多數(shù)水平井存在軌跡差，狗腿度大、多次出現(xiàn)拐點(diǎn)等難題，進(jìn)一步增大尾管下入的摩阻，導(dǎo)致尾管很難順利下至設(shè)計(jì)位置［2-3］。

圖1 川西水平井井身結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 常規(guī)尾管懸掛工藝限制

由于該工區(qū)多選用液壓坐掛、機(jī)械丟手的常規(guī)尾管懸掛器，尾管下入過程中對開泵、循環(huán)壓力有嚴(yán)格限制（一般不高于坐掛壓力的70%，防止提前坐掛）。而常規(guī)機(jī)械丟手裝置為左螺旋反扣，尾管下入遇阻時可通過上下活動解除，但不可旋轉(zhuǎn)管柱，極大程度地制約了遇阻時的解卡手段，增加了處理難度。

1.3 井壁穩(wěn)定性差

川西地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)遂寧組地層為砂泥巖互層，可鉆性好、易井斜，氣層發(fā)育多且屬于高壓氣層，鉆井液密度達(dá)1.77～1.98 g/cm3。造斜段易垮塌，且裸眼井段存在砂泥巖互層，增大了尾管下入時的摩阻。受鉆井液性能限制，其防塌、攜砂能力難以滿足作業(yè)要求，巖屑及掉塊無法及時返出地面，也增大了尾管下入難度。

1.4 工程因素

井身質(zhì)量差、鉆機(jī)負(fù)荷限制、尾管柱輕缺少下壓重量等，也是造成下尾管反復(fù)遇阻的客觀原因。川西區(qū)塊普遍采用增大整個入井管柱質(zhì)量的方法來克服摩阻，即送入鉆具采用“鉆具+加重鉆桿或鉆鋌”。由于井下摩阻大，當(dāng)尾管送放至水平段遇阻時，大鉤懸重基本僅剩下鉆具理論懸重，導(dǎo)致尾管柱下入時缺少足夠下壓重量。

2 尾管下入技術(shù)對策

川西水平井尾管下入最根本的解決方案是降低尾管下入摩阻，具體可分為以下幾個方面［4-7］。

2.1 井眼準(zhǔn)備

優(yōu)質(zhì)的井眼是水平井尾管順利下入的首要條件。盡可能設(shè)計(jì)剛性滿眼鉆具組合進(jìn)行鉆進(jìn)，并配合使用與鉆頭直徑相近的單扶正器或多扶正器的鉆具組合，既可避免鉆遇非均質(zhì)巖性地層時鉆頭側(cè)移導(dǎo)致的井眼軌跡錯動，也可防止高鉆壓時鉆鋌彎曲造成鉆頭偏斜影響井身質(zhì)量。

若沒有采用剛性滿眼鉆具組合鉆進(jìn)，可采取模擬尾管剛性的鉆具結(jié)構(gòu)進(jìn)行通井。利用擴(kuò)眼器加扶正器修整井壁，破除井眼內(nèi)臺階面、遇阻點(diǎn)，避免大肚子井眼；采取短起下劃眼，大排量循環(huán)洗井，清除巖屑床，以確保井眼清潔通暢，保證大尺寸尾管一次性成功下至設(shè)計(jì)井深［8］。

2.2 鉆井液性能調(diào)整

通井到底后，循環(huán)處理鉆井液，盡可能改善其潤滑性，降低濾餅?zāi)ψ柘禂?shù)，提高動塑比，增強(qiáng)懸浮攜砂能力。一般需要加入0.5%～1.0%的表面活性劑、8%～12%的柴油或原油，控制濾餅?zāi)ψ柘禂?shù)Kf＜0.1；在高密度鉆井液中 （密度大于1.80 g/cm3）,添加陽離子乳化瀝青（如NRH）和6%左右液體式防卡潤滑劑（如FRH、FK-10等），同時配合使用表面活性劑，充分改善鉆井液的潤滑性能；固井前為降低送放尾管時的摩阻，可向鉆井液中加入5%左右的固體潤滑劑，包括玻璃微珠、塑料小球、石墨粉等。

2.3 保證尾管居中度

1）尾管柱剛性分析。對于井徑不規(guī)則、井眼大肚子和井壁臺階較多井段，模擬尾管串剛度的通井鉆具組合進(jìn)行通井，即尾管串的剛度和外徑都必須小于鉆具組合的剛度和外徑，而鉆具及套管剛度EI的計(jì)算公式為：

式中：E為材料的彈性模量，MPa；d為管柱本體內(nèi)徑，mm；D為管柱本體外徑，mm。

通過計(jì)算，需要將鉆鋌添加到通井鉆具組合中，并且按照套管扶正器的間距在鉆鋌上安裝扶正器，即在兩只扶正器之間接兩根鉆鋌，保證采用不低于套管串剛度的鉆具組合通井至井底［9-10］。

2）扶正器的優(yōu)選。由于彈性扶正器在尾管的重力下將變形收縮，水平井段尾管的居中效果不好。因此，為提高尾管在水平井段居中度，需要合理配合使用剛性扶正器，增強(qiáng)對尾管的支撐能力，然而過多使用剛性扶正器勢必會導(dǎo)致送放尾管時的摩阻增大。因此在水平段和斜井段采用剛性扶正器和編織式彈簧片扶正器交錯加放，既可保證尾管居中，也不至于因送放尾管時摩阻過大而影響整個下尾管施工作業(yè)［11-12］；在非儲層斜井段，每間隔 2～3 根尾管加放一只扶正器；在儲層段1～2根尾管加放一只扶正器；直井段每5～6根尾管加放一只彈性扶正器，可達(dá)到較好的適配效果。

2.4 施工工藝優(yōu)化與新技術(shù)推廣

針對長水平段尾管下入困難的井，以低成本、安全生產(chǎn)為原則，在保障地質(zhì)目的和開采要求的基礎(chǔ)上Φ244.5 mm套管盡量封固易塌井段，采用“增加導(dǎo)管、Φ244.5 mm生產(chǎn)套管下深”的井身結(jié)構(gòu)方案，降低斜井段施工風(fēng)險(xiǎn)，確保尾管順利下入。

隨著旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器、平衡液缸尾管懸掛器等新技術(shù)的應(yīng)用，為川西地區(qū)水平井安全下入問題提供了更多解決方案。旋轉(zhuǎn)尾管技術(shù)能有效清除尾管送放過程中的摩擦阻力，包括引起的正弦屈曲、螺旋屈曲及更為嚴(yán)重的管柱自鎖等現(xiàn)象，實(shí)際施工中，應(yīng)用旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器等關(guān)鍵技術(shù)，還需要配合使用高抗扭能力套管及附件，并保證送入工具的可靠性強(qiáng)［13-15］。平衡液缸尾管懸掛器利用雙液缸壓力平衡的原理，在尾管下入過程中允許高速下放和大排量、高泵壓循環(huán)，并避免激蕩壓力及循環(huán)憋堵造成的常規(guī)液壓尾管懸掛器提前坐掛，可有效提高尾管下入過程中的解阻能力，提高施工效率［16-17］。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

根據(jù)現(xiàn)有工藝和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過5口井的成功應(yīng)用，達(dá)到了降低尾管下入摩阻的效果，實(shí)現(xiàn)了水平井尾管安全順利下入，見表2。

當(dāng)水平井尾管下入遇阻時，開泵循環(huán)是解阻的必要措施，應(yīng)用平衡液缸懸掛器可實(shí)現(xiàn)循環(huán)下尾管方式，將井內(nèi)巖屑沉積床清除干凈，能有效提高尾管下入過程中的解阻能力［18］。江沙319HF井、江沙212HF井等在尾管下入過程均出現(xiàn)嚴(yán)重遇阻，經(jīng)多次上提下放、配合“沖擊”等方式乃無法通過，開泵以排量1.5 m3/min左右進(jìn)行循環(huán)解阻，配合上提下放操作，順利通過遇阻點(diǎn)，下到設(shè)計(jì)井深。

表2 川西水平井尾管下入應(yīng)用統(tǒng)計(jì)

配合使用旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器和高抗扭套管，采用旋轉(zhuǎn)整個管柱破壞井壁臺階面及附著力等的方式降低摩阻，提高水平井尾管送放能力，在回龍6H井、高廟33-4HF井成功實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)下入，解決尾管下入難題。

4 結(jié)論與建議

1）川西地區(qū)水平井尾管下入時，若實(shí)際遇阻噸位嚴(yán)重超過模擬送放尾管時的最大摩阻，為避免尾管變形、卡死或者扶正器損壞，可采取多提少放的方式活動管柱，如需要可增加中途循環(huán)洗井步驟，將套管扶正器附近堆積的濾餅沖洗掉，以降低水平井尾管下入摩阻，保證施工安全。

2）實(shí)踐證明采用送入鉆具加重，推廣旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器和平衡液缸懸掛器等關(guān)鍵技術(shù)，在遇阻嚴(yán)重井段增加處理手段和措施，能有效解決川西水平井尾管下入問題，對于同類井施工具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

3）建議后續(xù)開展尾管漂浮技術(shù)先導(dǎo)試驗(yàn)，確保尾管“抬頭”，從而減小尾管下入過程中井壁對尾管的摩阻。探討水平井尾管鉆井技術(shù)可行性，采用邊鉆進(jìn)邊下尾管，待完鉆后將原本當(dāng)作鉆柱用的尾管留在井下，作為最終的完井管柱，使鉆井與完井實(shí)現(xiàn)完全一體化，既降低水平井尾管下入風(fēng)險(xiǎn)，又降低工程費(fèi)用。