渤海油田水平井超長裸眼尾管下入技術(shù)研究與應(yīng)用

郭曉俊，林家昱，劉爽，李進(jìn)，王文

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司（天津 300459）2.中海石油（中國）有限公司 天津分公司（天津 300459）3.中國石油遼河油田分公司 鉆采工藝研究院（遼寧 盤錦 124010）

渤海部分油田已經(jīng)進(jìn)入開采后期，受高含水和剩余油潛力低的影響，大部分生產(chǎn)井處于低效生產(chǎn)，亟需治理調(diào)整，而受井槽數(shù)目的限制，調(diào)整井位均需要利用老井槽重新側(cè)鉆，同時(shí)受低效井經(jīng)濟(jì)效益低和井眼尺寸的限制，井身結(jié)構(gòu)大部分采用Φ244.5 mm套管淺層開窗側(cè)鉆至著陸井深，下入Φ177.8 mm超長尾管進(jìn)入儲(chǔ)層，Φ152.4 mm井眼鉆進(jìn)至完鉆井深[1-3]。由于地層不均質(zhì)性差異大，砂泥巖互層多，定向井軌跡復(fù)雜多變，且裸眼段超長，平均為1800m，這些都導(dǎo)致尾管下入風(fēng)險(xiǎn)較高，且無備用井段，而尾管能否順利下入至設(shè)計(jì)位置是獲得油氣資源的前提，因此水平井尾管下入問題亟待解決[4-6]。本文從現(xiàn)有技術(shù)著手，對(duì)水平井尾管下入進(jìn)行技術(shù)難點(diǎn)分析，并提出相應(yīng)對(duì)策，形成配套的水平井尾管下入技術(shù)，降低了該區(qū)塊水平井尾管下入風(fēng)險(xiǎn)。

1 水平井尾管下入技術(shù)難點(diǎn)

根據(jù)渤海油田多口井作業(yè)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)水平井尾管下入遇阻主要原因有以下幾點(diǎn)：

1）井眼清潔困難，受井身結(jié)構(gòu)（圖1）的影響，該類水平井穩(wěn)斜段穩(wěn)斜角通常在50°～70°，該井斜角不管是層流還是紊流狀態(tài)均無法使鉆屑有效上返，而且均具有很長的穩(wěn)斜段，長穩(wěn)斜延伸井段使流速分層加劇，巖屑易偏離井眼高邊的流體高返速區(qū)而沉至井眼低邊，形成巖屑床的厚度較大，使井眼清潔更困難[7]，增加了尾管的下入摩阻。

圖1 渤海油田某側(cè)鉆水平井井身結(jié)構(gòu)圖

2）地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，砂泥巖互層比較多，井壁不穩(wěn)定，并且該區(qū)域可鉆性好，機(jī)械鉆速高，導(dǎo)致井眼相當(dāng)不規(guī)則。

3）定向井軌跡復(fù)雜，由于老平臺(tái)防碰風(fēng)險(xiǎn)高，防碰繞障多，且著陸油層多為邊際油藏，大部分軌跡與設(shè)計(jì)偏差大，臨時(shí)調(diào)整多，所以要求定向井軌跡控制突變性強(qiáng)，形成了比較大的狗腿度和復(fù)雜的井眼軌跡，直接增大了下入尾管難度。

4）裸眼段超長，一般在1800m左右，部分井甚至長達(dá)2000m，超長的裸眼段使尾管在增斜段、穩(wěn)斜段及著陸段與井壁發(fā)生長時(shí)間和長面積的接觸，導(dǎo)致尾管下入摩阻非常大。

5）通用的井眼為Φ215.9 mm，而尾管的外徑為Φ177.8 mm，尾管接箍外徑Φ203.2 mm，環(huán)空間隙小，攜巖難度大，間接增加了下入尾管的摩阻。

2 水平井尾管下入技術(shù)對(duì)策

2.1 優(yōu)選底部鉆具組合

通過多口井的作業(yè)實(shí)踐，優(yōu)選螺桿馬達(dá)+水力振蕩器組合：Φ215.9 mm聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭＋Φ169.5 mm螺桿馬達(dá)（1.25 °/213mm）+Φ165.1 mm浮閥+Φ194.9 mm扶正器（倒劃眼齒）+Φ169.5 mm非磁鉆鋌+Φ169.5 mm LWD+Φ169.5 mm MWD+Φ169.5 mm非磁鉆鋌+Φ165.1 mm機(jī)械式震擊器及撓性接頭+Φ127.0 mm加重鉆桿×13+Φ127.0 mm鉆桿×3+Φ 165.1 mm水力振蕩器。該組合優(yōu)勢(shì)如下：①利用1.25°螺桿馬達(dá)進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆具自身的轉(zhuǎn)速配合馬達(dá)高排量下的轉(zhuǎn)速，使井眼具有一定的擴(kuò)大率，間接降低了井眼和尾管下入的摩阻；②水力振蕩器的使用有效解決了螺桿馬達(dá)鉆具一趟鉆鉆進(jìn)至著陸井深的問題，保證了深層鉆進(jìn)過程中鉆壓傳遞的有效性，降低了底部鉆具組合與井壁之間的摩阻，使得螺桿馬達(dá)一趟鉆鉆進(jìn)至著陸井深；③倒劃眼齒扶正器在鉆進(jìn)和倒劃眼過程中可以實(shí)現(xiàn)低邊巖屑的清理，促進(jìn)巖屑上返[8]。

2.2 優(yōu)選BIODRILL A鉆井液體系

鉆井液的優(yōu)選是降低尾管下入最直接的手段，選取BIODRILL A鉆井液體系，該體系主劑為溫敏抑制劑PF-BIOTROL，是一種聚醚胺類處理劑，淡黃色液體。氨基由一個(gè)氮原子和兩個(gè)氫原子構(gòu)成，在電荷作用下，胺基端嵌入黏土層間，形成牢固的化學(xué)吸附，防止黏土水化。醚基是氧原子直接和兩個(gè)烴基相連，醚基端在一定溫度下激發(fā)，加PF-BIO?TROL后，夏子街土微觀結(jié)構(gòu)更緊密；而未加處理劑的夏子街土間距較大，說明PF-BIOTROL是一種有效的嵌層劑，如圖2所示。

圖2 PF-BIOTROL對(duì)黏土影響圖

利用聚合醇的基本作用原理濁點(diǎn)效應(yīng)，進(jìn)一步降低活度同時(shí)增強(qiáng)潤滑性達(dá)到類油基效果，該體系與海水搬土漿、PEM、PEM+NaCl相比具有更好的穩(wěn)定性，如圖3所示。另外，BIODRILL A鉆井液在Φ215.9 mm井眼鉆進(jìn)，采用170目篩布，排量2200 L/min，不存在跑漿現(xiàn)象，過篩性極好。同時(shí)BIO?DRILL A鉆井液中加入12%NaCl可有效地降低鉆井液活度，使之盡量靠近地層活度以減少鉆井液中水相向儲(chǔ)層侵入的量。

圖3 不同鉆井液體系性能穩(wěn)定圖

鉆進(jìn)至中完井深后，全程倒劃眼短起修整井壁，下鉆至井底后，循環(huán)處理鉆井液，主要提高動(dòng)塑比，增強(qiáng)懸浮攜砂能力，加入液體和固體潤滑劑，降低泥餅?zāi)ψ柘禂?shù)，一般加入3%～5%液體潤滑劑PFGREEN LUBE,0.5%～1%的固體潤滑劑PF-GRA和PF-BLA B，以及高效潤滑劑RT-101，力爭最大程度改變潤滑性能，保證尾管下入順利。

2.3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井底ECD

充分利用鉆具組合中定向井測(cè)井儀器LWD和MWD，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井底ECD，通過ECD的變化來判斷鉆井液性能的變化以及環(huán)空巖屑堆積的情況，從而及時(shí)調(diào)整鉆井液性能，并制定合理的短起下的時(shí)機(jī)和次數(shù)來清理巖屑和巖屑床，保證井壁穩(wěn)定和井眼清潔。

2.4 優(yōu)化井眼軌跡

嚴(yán)格把控定向井軌道設(shè)計(jì)，盡可能降低作業(yè)難度，實(shí)鉆過程中，每柱采用旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和滑動(dòng)鉆進(jìn)復(fù)合鉆方式，避免全角變化率過大和局部井眼不規(guī)則，若因儀器自身原因測(cè)斜不成功，務(wù)必錯(cuò)開測(cè)點(diǎn)，防止大肚子井眼和臺(tái)階的出現(xiàn)。穩(wěn)斜段盡量采用改變鉆井參數(shù)的方式來控制井眼軌跡，避免滑動(dòng)調(diào)整次數(shù)，越少越好[9-11]。

2.5 優(yōu)化尾管串組合

2.5.1 選取可劃眼浮鞋

可劃眼浮鞋（圖4）其鋁質(zhì)偏心的可鉆式引鞋頭配有水眼可有效應(yīng)對(duì)井徑不規(guī)則、摩阻大、尾管下入難的問題，隨著工具的下放，偏心結(jié)構(gòu)可引領(lǐng)尾管跨越井內(nèi)障礙，可劃眼浮鞋上有斷屑槽，可有效減小鋁屑尺寸，預(yù)防包死鉆頭，引鞋頭內(nèi)腔的特有弧線設(shè)計(jì)，引導(dǎo)并居中鉆頭。臺(tái)階周身菱形墊片，為鑲碳化鎢硬質(zhì)合金材質(zhì)，可清除水平井低邊沉積的巖屑床，為尾管及其上的剛性扶正器清除入井障礙。

圖4 可劃眼浮鞋

2.5.2 高抗扭扣型尾管

使用高抗扭CLS扣型尾管，其螺紋連接具備高抗扭矩性能和高密封性能的特點(diǎn)，如果尾管下入遇阻，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)下入，節(jié)約了起、甩尾管和通井作業(yè)的作業(yè)成本。渤海油田常用Φ177.8 mm尾管，最大旋轉(zhuǎn)極限扭矩可達(dá)39000lbf·ft，具體尾管性能參數(shù)見表1。

表1 尾管性能參數(shù)表

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

秦皇島32-6油田儲(chǔ)層埋深較淺，位于800～1300m，多為水平井或大位移井，穩(wěn)斜段穩(wěn)斜角通常在50°～70°，穩(wěn)斜段長度一般大于1700m，井眼清潔難度大，另外防碰風(fēng)險(xiǎn)高，軌跡復(fù)雜多變，局部狗腿度超過5°/30m，導(dǎo)致下尾管摩阻扭矩大，到位困難。其油田多采用四開井身結(jié)構(gòu)，Φ215mm井眼下入Φ177.8 mm尾管，通過選用“馬達(dá)+倒劃眼齒扶正器+水力振蕩器”鉆具組合，可在釋放鉆井機(jī)械鉆速的同時(shí)解決長裸眼段水平井拖壓問題，倒劃眼齒扶正器能在劃眼過程中更好地修理井壁，清潔井眼；優(yōu)化BIODRILL A鉆井液體系性能，加入3%～5%BIOTROL、2%GREEN LUBE、12%NaCl可防止黏土水化，增加井壁潤滑效果，另外選取可劃眼浮鞋及高抗扭扣型尾管在下尾管遇阻時(shí)可通過旋轉(zhuǎn)下入等技術(shù)手段，現(xiàn)場(chǎng)通過對(duì)AH1、BH1、CH1等5口井的實(shí)際應(yīng)用，取得了良好的效果，尾管均下入至設(shè)計(jì)井深，詳見表2。

表2 五口井尾管下入情況統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論與建議

1）馬達(dá)配合水力振蕩器深鉆技術(shù)，與倒劃眼齒扶正器組合使用，不僅保證了一定的井眼擴(kuò)大率，有效降低了尾管下入的摩阻，而且大大提高了鉆井的時(shí)效。

2）優(yōu)良的鉆井液性能優(yōu)化是尾管下入的關(guān)鍵，BIODRILL A鉆井液體系和鈉鹽，能夠較好地維持井壁穩(wěn)定和潤滑性，是保證尾管下入到位的關(guān)鍵。

3）可劃眼浮鞋及高抗扭CLS扣型尾管，在下尾管遇阻時(shí)，可通過旋轉(zhuǎn)下入使得尾管下至設(shè)計(jì)井深。若井況良好，為降低作業(yè)成本，也可以不選用。

4）通過優(yōu)選底部鉆具組合、優(yōu)化鉆井液性能、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井底ECD、優(yōu)化井眼軌跡、優(yōu)化尾管串組合等超長裸眼下尾管配套技術(shù)，秦皇島32-6油田5口超長裸眼井Φ177.8 mm尾管順利下至設(shè)計(jì)井深，保障了儲(chǔ)層的有效開發(fā)。