浴酸解卡技術(shù)在小井眼長(zhǎng)裸眼側(cè)鉆井中的應(yīng)用

陳文博， 柳志勇， 曹 欣

(中石油川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司)

靖安油田單井控制儲(chǔ)量低、儲(chǔ)量動(dòng)用不充分，長(zhǎng)期注水致使水淹井、高含水井、停產(chǎn)井比例增多、剩余油分布零散、高含水地區(qū)存在未動(dòng)用或含油飽和度較高部位，常規(guī)挖潛高昂的鉆前投資及后期地面管網(wǎng)建設(shè)投資無法滿足老油田開發(fā)后期經(jīng)濟(jì)高效的生產(chǎn)要求，利用已有井眼和采輸系統(tǒng)可有效降低生產(chǎn)成本，縮短作業(yè)周期，提高經(jīng)濟(jì)效益，該區(qū)塊側(cè)鉆井以長(zhǎng)1層為開窗層，長(zhǎng)6層為目的層，側(cè)鉆井段一般長(zhǎng)400～500 m。C20-17井因井筒落物打撈困難，需在?139.7 mm套管內(nèi)開窗側(cè)鉆復(fù)產(chǎn)，該井開窗點(diǎn)在599 m，設(shè)計(jì)完鉆井深1 734 m，鉆遇直羅組、延安組、富縣組、延長(zhǎng)組，裸眼井段長(zhǎng)達(dá)1 135 m，井底位移達(dá)600 m，小井眼鉆進(jìn)循環(huán)壓耗高，祼眼井段越長(zhǎng)，鉆屑攜帶、井壁穩(wěn)定等問題造成施工風(fēng)險(xiǎn)也越高，因此懸浮攜砂、潤(rùn)滑防卡是該井施工的難點(diǎn)。

一、C20-17井卡鉆過程

C20-17井鉆進(jìn)至長(zhǎng)2組1335m處接單根下放鉆具時(shí)遇阻,發(fā)生了粘附卡鉆事故，被卡鉆具結(jié)構(gòu)：?118 mm PDC鉆頭+?95 mm 1.25°單彎馬達(dá)+?105 mm回壓凡爾+?105 mm定向接頭+?105 mm NMDC(帶MWD)+?73 mm HWDP×15柱+?73 mm DP。此時(shí)鉆井液性能：密度1.15 g/cm3，黏度66 mPa·s，濾餅厚度0.4 mm，失水7.5 mL，動(dòng)塑比：0.55，pH為8。處理粘卡事故時(shí)通常采用上提下放活動(dòng)解卡、減小鉆井液與地層壓差、減小濾餅?zāi)Σ料禂?shù)、減小鉆井液吸附性和破壞濾餅五種方法[1-2]。發(fā)生粘卡后多次上提下放活動(dòng)鉆具無法解卡，決定采用浸泡解卡劑解卡。解卡劑的解卡機(jī)理包括滲透作用、潤(rùn)濕作用、去水化作用和濾餅脫落作用等[3]。

二、浴酸解卡的處理

借鑒水平井酸浴實(shí)現(xiàn)解卡的技術(shù)思路，利用酸液與濾餅中鈉基膨潤(rùn)土、石灰石粉、地層巖屑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。酸液可將鈉基膨潤(rùn)土脫水成為氫膨潤(rùn)土，體積縮小80%以上[4]；酸液可使巖石疏松、濾餅破裂、脫落從而使鉆具解卡瞬間消除壓差來解除粘卡，浸泡酸液通常選用鹽酸、氫氟酸、鹽酸和氫氟酸配制成混合酸[5]，因發(fā)生卡鉆時(shí)間較長(zhǎng)，為了增強(qiáng)浸泡效果，本次決定將氫氟酸與鹽酸混合后使用。

1. 混合酸液的選擇與確定

取被卡地層鉆屑與API失水濾餅，做不同比例和濃度混合酸液的試驗(yàn)，使其混合酸與濾餅和被卡地層的鉆屑反應(yīng)達(dá)到最佳效果。

(1)考慮鹽酸可以溶解井壁上鉆屑、濾餅中的碳酸鹽，發(fā)生如下反應(yīng)[6]：

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

MgCO3+2HCl=MgCl2+H2O+CO2↑

取濃度為5%、10%、15%和31%的鹽酸對(duì)API失水濾餅、鉆屑進(jìn)行浸泡，鹽酸浸泡效果見表1。

表1 鹽酸含量對(duì)浸泡效率的影響

采用鹽酸浸泡反應(yīng)劇烈，5%鹽酸浸泡60 min后濾紙上的濾餅開始脫落，且鹽酸濃度越高濾餅脫落速度越快，說明高濃度鹽酸能夠破壞濾餅的穩(wěn)定性，對(duì)解卡有利，選取15%鹽酸作為混合酸基液。

(2)考慮卡鉆時(shí)間長(zhǎng)，粘卡井段已經(jīng)增長(zhǎng)，卡點(diǎn)附近巖性為砂巖，主要成分為石英砂，采用鹽酸和氫氟酸對(duì)裸眼段進(jìn)行酸浴，氫氟酸可與黏土礦物如石英、蒙脫石、鈉長(zhǎng)石等發(fā)生如下反應(yīng)[4-7]：

SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O

Al[Si8O20](OH)4+72HF=4H3AlF6+8H2SiF6+24H2O

Na2O·Al2O3·6SiO2+50HF=2H3AlF6+6H2SiF6+2NaF+16H2O

取濃度為15%的鹽酸作為基液，加入不同濃度的氫氟酸，對(duì)濾餅和卡點(diǎn)附近鉆屑進(jìn)行浸泡，混合酸浸泡效果見表2。

表2 氫氟酸含量對(duì)反應(yīng)速度的影響

浸泡過程中隨著氫氟酸濃度的增加，濾餅脫落速度加快，但氫氟酸濃度過高，浸泡地層后井筒易形成糖葫蘆井段，對(duì)后期施工不利，決定選用15%的鹽酸與3%氫氟酸對(duì)裸眼段進(jìn)行酸浴解卡作業(yè)。

(3)為避免酸液對(duì)側(cè)鉆開窗點(diǎn)上部老套管及鉆具造成嚴(yán)重腐蝕影響后期固井、試壓及后期生產(chǎn)，需向混合酸中加入緩蝕劑和鐵離子穩(wěn)定劑減緩對(duì)套管及鉆具的腐蝕[8]，參考酸化酸液配方添加1.5%緩蝕劑HJF-94和1%鐵離子穩(wěn)定劑TWJ-10，在溫度為70℃、N80鋼級(jí)掛片酸浴4 h為條件下，模擬浴酸作業(yè)過程對(duì)套管腐蝕情況，掛片情況見圖1。

圖1 添加1.5%緩蝕劑、1%鐵離子穩(wěn)定劑前后酸液對(duì)掛片腐蝕圖

由圖1觀察掛片的表面情況，發(fā)現(xiàn)未加緩蝕劑和鐵離子穩(wěn)定劑的酸液掛片的局部區(qū)域上附著有少量黑色沉淀，邊緣腐蝕較嚴(yán)重，添加1.5%緩蝕劑HJF-94和1%鐵離子穩(wěn)定劑TWJ-10后掛片表面僅個(gè)別點(diǎn)蝕和坑蝕現(xiàn)象，可有效減緩酸液腐蝕速率。

2. 酸量的確定

用15%的鹽酸與3%氫氟酸進(jìn)行浸泡解卡，所需酸液量：V酸=裸眼段長(zhǎng)度×環(huán)空容積×附加系數(shù)，附加系數(shù)一般選擇1.2～1.5，本次按1.5進(jìn)行計(jì)算，浸泡井段為599～1 335 m(736 m)，需要注入9.5 m3的混合酸，現(xiàn)場(chǎng)共配備混合酸液10 m3。

3. 浴酸作業(yè)過程

連接好泥漿泵頂替流程與酸液返出流程后開始對(duì)注酸管線進(jìn)行試壓，試壓合格后開始注酸施工，上提鉆具50 kN，注入鉆井液5.58 m3對(duì)酸液替到預(yù)定位置后，靜止浸泡，每10 min活動(dòng)一次鉆具，浸泡60 min后利用轉(zhuǎn)盤正轉(zhuǎn)至第7圈半時(shí)方鉆桿下方鉆具扭矩釋放，成功解卡。利用泥漿泵循環(huán)替入鉆井液替出酸液，替出酸液后轉(zhuǎn)盤憋卡嚴(yán)重上提仍有遇阻現(xiàn)象，配制3%GD-K+2.5%G309 +2.5%SMP+0.2%NaOH低黏降濾失鉆井液25 m3，循環(huán)參數(shù)：排量650～700 L/min，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速25～40 r/min，循環(huán)劃眼3 h后井下恢復(fù)正常，起出鉆具，成功的解除了本次小井眼長(zhǎng)裸眼段卡鉆事故。

三、認(rèn)識(shí)與建議

(1)本次預(yù)算解卡為小井眼側(cè)鉆井粘卡事故處理積累了經(jīng)驗(yàn)，浴酸解卡速度快，成功率高，但浴酸后地層滲流能力增加強(qiáng)，后期鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)落實(shí)好井控制度，做好防噴防漏工作。

(2)循環(huán)替酸時(shí)井口擋泥傘有大量CO2及殘酸返出，施工前要檢查井控裝備并保證安全可靠，連接好井口殘酸回收流程，隔離井口區(qū)域，防止CO2氣體與酸液突然從井口涌出對(duì)人員造成傷害。

(3)小井眼鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)合理控制井眼軌跡，避免直接往井筒干加重晶石提高鉆井液密度，防止壓差急劇增大引發(fā)粘卡，應(yīng)利用原漿配制加重漿后以逐漸混入方式加入。

(4)利用酸液浸泡后井壁穩(wěn)定性變差，易形成大肚子井眼，起下鉆時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制速度，遇阻及時(shí)開泵劃眼防止管柱遇卡。