氣舉反循環(huán)清砂技術(shù)的特殊應(yīng)用

陸愛華， 劉 璞， 崔航波， 雙志強(qiáng)， 周津捷， 張靜嚴(yán), 喻建祥

(1中石油塔里木油田公司 2重慶市涪陵頁巖氣環(huán)保研發(fā)與技術(shù)服務(wù)中心 3成都西南石大石油工程技術(shù)有限公司)

塔里木哈得奧陶系及哈拉哈塘油田屬碳酸鹽巖儲層、“孔-縫-洞”復(fù)合型油氣藏，頂部巖性主要為泥質(zhì)灰?guī)r及泥晶灰?guī)r，泥質(zhì)含量高，較疏松易垮塌，鉆井時(shí)井漏失返嚴(yán)重。由于井壁失穩(wěn)，流體不斷沖刷，使井筒裸眼段產(chǎn)層發(fā)生垮塌砂埋。自2009年投入開發(fā)以來，生產(chǎn)過程中因生產(chǎn)壓差加大，地層壓力和應(yīng)力釋放，導(dǎo)致地層垮塌出砂現(xiàn)象嚴(yán)重，截至目前，累計(jì)發(fā)現(xiàn)130井次產(chǎn)層被埋(砂柱高3.32～1 603.89 m)，年影響原油產(chǎn)量4×104t以上。

塔里木超深碳酸鹽巖存在以下問題：①超深井(7 000 m左右)，沖砂排量受限，井漏失返，(沖)撈砂效率低，卡鉆風(fēng)險(xiǎn)大，撈砂成功率僅20%，撈至井底成功率僅54.5%；②作業(yè)周期長，平均單井撈砂時(shí)間高達(dá)22.33 d；③施工安全隱患大,因現(xiàn)有傳統(tǒng)井下作業(yè)工藝技術(shù)已不能滿足油田日益復(fù)雜的井況需求。針對塔里木的特殊復(fù)雜井況，國內(nèi)外可借鑒的成熟經(jīng)驗(yàn)較少[1-4]，氣舉反循環(huán)技術(shù)是油氣井“井底負(fù)壓”鉆探技術(shù)前沿領(lǐng)域，因其特殊的反循環(huán)工藝，具有井底壓力小、上返流速高、攜砂效果好等特點(diǎn)，在水文地質(zhì)鉆井、水井和大口徑工程等施工井中得到了廣泛的應(yīng)用[5-11]。本文結(jié)合工程實(shí)際，利用氣舉反循環(huán)技術(shù)進(jìn)行清砂作業(yè)，驗(yàn)證了該技術(shù)在修井作業(yè)的適用性，這是對新技術(shù)的一個(gè)探索，也為解決世界級超深大漏失層碳酸鹽巖裸眼沉砂快速處理技術(shù)難題提供了一種新的處理技術(shù)思路。

一、技術(shù)原理

1. 配套設(shè)備

氣舉反循環(huán)配套設(shè)備主要包括空壓機(jī)、注氣龍頭、雙壁鉆桿、氣水混合器、單壁鉆桿、鉆鋌、鉆頭等。其中，雙壁鉆桿的連接扣型與油氣井常規(guī)設(shè)備扣型相同，可與鉆井設(shè)備直接連接；鉆頭是在常規(guī)牙輪鉆頭基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，鉆取中心部位直徑約為50 mm的水眼[12-13]，并同時(shí)封堵其他水眼。

2. 工藝流程

空氣經(jīng)過空壓機(jī)注入雙壁鉆桿芯管內(nèi)部(即雙壁鉆桿的內(nèi)管和外管之間的環(huán)狀間隙)，氣相流體沿雙壁鉆桿進(jìn)入井筒，在雙壁鉆桿下部的氣水混合器位置被噴入雙壁鉆桿內(nèi)管，并與返排液相流體進(jìn)行混合，在雙壁鉆桿內(nèi)腔形成無數(shù)小氣泡，氣泡一面沿內(nèi)管迅速上升，一面膨脹，形成低密度的混相流體，從而產(chǎn)生氣舉作用，此時(shí)井底為負(fù)壓狀態(tài)(即鉆桿內(nèi)腔的壓力小于井眼的壓力)。形成的壓力差促使環(huán)空內(nèi)流體向下移動，同時(shí)，使鉆桿內(nèi)腔的液體向上移動，形成循環(huán)。

當(dāng)井底流體流速達(dá)到一定值時(shí)，連續(xù)不斷地?cái)y帶井底巖屑經(jīng)鉆頭底部進(jìn)入鉆桿內(nèi)腔，形成液、固二相流。液、固二相流在沿鉆桿內(nèi)腔上升到氣水混合器的位置時(shí)，與噴入鉆桿內(nèi)腔的壓縮空氣混合形成氣、液、固三相流。氣、液、固三相流繼續(xù)沿鉆桿內(nèi)腔向上移動，最終流出地表，進(jìn)入地面循環(huán)系統(tǒng)。凈化后的鉆井液通過泥漿泵經(jīng)壓井管匯重新注入井筒環(huán)空中，致使環(huán)空內(nèi)流體攜帶井底的巖屑通過鉆頭中心部位的水眼進(jìn)入鉆桿內(nèi)部，再經(jīng)過氣水龍頭、水龍帶等設(shè)備進(jìn)入沉砂池，混相流體通過自由沉淀，分離混相流體中各相，再通過自由流動的方式，將液相流體運(yùn)移至井口環(huán)空。至此，建立了氣舉反循環(huán)技術(shù)在修井作業(yè)中的循環(huán)系統(tǒng)。

二、特殊的技術(shù)改造

1. 塔里術(shù)油田X井基本情況

(1)地下水源豐富。該井地下水源豐富，在修井作業(yè)中，能夠保持井內(nèi)水位穩(wěn)定。

(2)沉砂嚴(yán)重。在進(jìn)行撈砂作業(yè)前，井內(nèi)沉砂24.87 m，嚴(yán)重影響油田正常生產(chǎn)。

(3)撈砂作業(yè)成功率低。在對該井進(jìn)行撈砂作業(yè)期間，多次出現(xiàn)卡鉆、堵水眼、井塌等井下二次復(fù)雜情況，見表1。

表1 X井進(jìn)行撈砂作業(yè)出現(xiàn)的井下二次復(fù)雜情況

2. 技術(shù)改造原理

在汲取了前期撈砂作業(yè)失敗的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，充分考慮井下的特殊情況，對氣舉反循環(huán)技術(shù)進(jìn)行了改造，如圖1所示。

撈砂作業(yè)中，地層能夠自發(fā)地補(bǔ)足排出井口的液量，使井內(nèi)始終能夠保持液位穩(wěn)定，這是該井的特殊情況。因此，根據(jù)該井的特殊性，可以對氣舉反循環(huán)工藝進(jìn)行具有針對性的改造。

圖1 氣舉反循環(huán)技術(shù)改造原理示意圖

雙壁鉆桿上下連接單壁鉆桿(即井內(nèi)鉆具呈“單-雙-單”形式)進(jìn)入井筒，壓縮氣體經(jīng)旋轉(zhuǎn)控制頭從井口泵入井筒環(huán)空，使井筒內(nèi)液面維持在一定深度，此時(shí)井筒環(huán)空持續(xù)帶壓。

氣相流體由雙壁鉆桿進(jìn)入井筒，與返排的液相流體進(jìn)行混合，在上部單壁鉆桿內(nèi)腔形成低密度混相流體，分散氣泡沿內(nèi)管迅速上升的同時(shí)發(fā)生膨脹，從而達(dá)到氣舉作用。由于雙壁鉆桿上部具有一定數(shù)量的單壁鉆桿，使井內(nèi)氣舉行程增大，氣舉效果更為明顯，同時(shí)減少了雙壁鉆桿使用量，縮減了作業(yè)成本。

三、技術(shù)應(yīng)用

1. 鉆具組合

鉆具組合自下而上：?95 mm三牙輪鉆頭+2A30×2A10變扣+?60.3 mm鉆桿21根+?60.3 mm短鉆桿1根+2A11×NC35推盤變扣+?120.7 mm鉆鋌4根+NC35×210變扣+211×?139.7 mm母變扣+?139.7 mm沉砂管8根+?139.7 mm公×210變扣+?73 mm鉆桿+211×310變扣+?88.9 mm鉆桿+311×NC40變扣+?88.9 mm雙壁鉆桿30根+反循環(huán)注氣閥+NC40公×310變扣+?88.9 mm鉆桿+311×NC40變扣+?88.9 mmGS短鉆桿1根+NC40×310變扣+?88.9 mm短鉆桿1根+六棱方鉆桿至井口。

2. 應(yīng)用情況

在對該井進(jìn)行多次撈砂作業(yè)嘗試失敗后，采用改造后的氣舉反循環(huán)技術(shù)進(jìn)行撈砂作業(yè)。

2.1 作業(yè)過程

下負(fù)壓撈砂管柱至6 759.83 m，制氮車反循環(huán)注氣，開轉(zhuǎn)盤負(fù)壓循環(huán)撈砂至6 797.52 m(人工井底6 800 m)，鉆壓0.5～3 t，無進(jìn)尺，下壓推盤6～8 t三次位置不變，撈砂井段6 772.36～6 797.52 m，累計(jì)進(jìn)尺25.16 m，壓力7.3 MPa，轉(zhuǎn)速40～50 r/min，流量1 200 m3/h。

2.2 應(yīng)用情況

撈砂作業(yè)過程中，突破了常規(guī)先撈砂再下單封丟手裸眼防砂尾管工藝技術(shù)，采用先下丟手自由裸眼防砂尾管，再下?lián)粕肮苤鶜馀e撈砂，將撈砂與防砂工藝合二為一，實(shí)現(xiàn)了邊撈砂，邊下壓坐實(shí)丟手自由防砂尾管，達(dá)到了及時(shí)防砂目的。撈砂作業(yè)后的井身結(jié)構(gòu)如圖2所示。抽油桿懸掛器距井口7.75 m,自上而下組合為：?28 mm鋼桿91根、扶正器8個(gè)×734.27 m×742.02 m,?25 mm鋼桿154根、扶正器2個(gè)×1 404.95 mm×2 147.07 m,?22 mm鋼桿33根、扶正器3個(gè)301.4 m×2 448.57 m,?22 mm拉桿×9.2 m×2 457.77 mm,?57 mm桿式抽油泵×12.17 m×2 469.82 m。

圖2 X井撈砂作業(yè)前井身結(jié)構(gòu)圖

2.3 應(yīng)用效果

首次嘗試“撈砂+防砂”一體化特殊氣舉反循環(huán)清砂新工藝并獲成功，一次性進(jìn)尺22.39 m，振動篩出口返出細(xì)砂約33 L，沉砂池(錐形罐內(nèi))粉砂60 L，后起撈砂管柱沉砂管內(nèi)清理出地層砂約305 L，共撈獲井底沉砂約398 L。

該井撈砂作業(yè)完，注氣120 m3，注水2 189 m3，燜井后，自噴生產(chǎn)，油壓16 MPa，日產(chǎn)液128 t，日產(chǎn)油95 t，含水25.41%，成功使閑置兩年的長關(guān)井恢復(fù)產(chǎn)能。

四、結(jié)論

(1)針對該井的特殊性，在幾次撈砂作業(yè)失敗后，對氣舉反循環(huán)工藝進(jìn)行了改造和探索性地嘗試，并取得了成功，一次性進(jìn)尺22.39 m，共撈獲井底沉砂約398 L，取得了顯著增油效果，延長油井壽命周期，大幅提升了油井采油效率與油井利用率，對國內(nèi)外類似大漏失層典型井的沉砂問題處理具有重要借鑒意義，推廣應(yīng)用前景廣闊。

(2)作業(yè)過程突破了常規(guī)先撈砂再下單封丟手裸眼防砂尾管工藝技術(shù)，創(chuàng)新性地采用先下丟手自由裸眼防砂尾管，再下?lián)粕肮苤鶜馀e撈砂新工藝，將撈砂與防砂工藝合二為一，實(shí)現(xiàn)了邊撈砂，邊下壓坐實(shí)丟手自由防砂尾管，達(dá)到及時(shí)防砂目的。這為徹底解決疏松巖性碳酸鹽巖儲層撈砂過程中重復(fù)垮塌的技術(shù)難題，提供了新的技術(shù)處理思路。