渤海油田尾管井高效洗井技術(shù)

楊文強(qiáng)，曹立紅

（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 300452；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

隨著渤海油田勘探開發(fā)進(jìn)一步向深層、超深層開展，尾管井的占比越來越高，通過下入尾管懸掛器將尾管懸掛在上層套管上，保證尾管掛以上套管具有較大通徑，滿足后續(xù)下入大功率電泵的完井需求，達(dá)到油藏專業(yè)的配產(chǎn)要求，并可有效節(jié)省套管和固井的費(fèi)用，節(jié)省作業(yè)工期。但相較于單一套管井，尾管井在完井作業(yè)過程中，洗井難度較大，洗井的質(zhì)量直接關(guān)系到后續(xù)作業(yè)的難易程度和產(chǎn)量高低[1]。渤海某油田尾管井占所有井?dāng)?shù)的60%，通過對尾管井洗井影響因素的分析總結(jié)及在多口尾管井的實(shí)踐應(yīng)用，總結(jié)出一套尾管井洗井工藝技術(shù)體系，有效提高了洗井效率和洗井質(zhì)量，該油田投產(chǎn)投注井均完成生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)并遠(yuǎn)超配產(chǎn)，后期作業(yè)未出現(xiàn)因洗井導(dǎo)致的復(fù)雜情況，提質(zhì)增效效果顯著。

1 尾管井洗井效果影響因素[2-7]

1.1 井斜角

研究表明在小斜度（10°～30°）井段內(nèi)一般形成不穩(wěn)定的巖屑床。在中斜度（30°～60°）井段內(nèi)，巖屑下沉到井壁下側(cè)的機(jī)會(huì)增多，隨著井斜角的增大，環(huán)空中逐漸形成巖屑床。開始形成的巖屑床臨界井斜角為40°～55°，在這一井段內(nèi)，隨著井斜角的增大，巖屑濃度和巖屑床厚度急劇增加，在55°～60°范圍內(nèi)，巖屑床厚度及巖屑濃度達(dá)到最高值。

渤海某油田尾管井井斜角范圍在17°～53°，包含小斜度及中斜度井段，基于井斜角的影響，巖屑濃度和巖屑床厚度較高。

1.2 井眼軌跡

渤海某油田防碰嚴(yán)重，井眼軌跡復(fù)雜多變，不利于巖屑的清除。以A45井為例，在302 m與A48最近距離1.8 m，在348 m與A1/A14最近距離分別為1.88 m、2.29 m，在518 m與A46最近距離8.4 m，在660 m與A18最近距離12 m，在1 038 m與A5最近距離22 m，分離系數(shù)分別為1.39、1.49、1.78、3.66、4.3、2，防碰嚴(yán)重；另A45井從井深360 m至800 m，井斜先增后減，最大井斜37.73°/776.54 m，方位變化大（352.52°～34.52°），最大狗腿度4.7°/30 m（圖1）。

圖1 井眼軌跡圖Fig.1 Wellbore trajectory

1.3 管柱偏心

在井斜較小的環(huán)空內(nèi)，管柱偏心度對巖屑運(yùn)移產(chǎn)生的影響很小。在井斜較大時(shí)，由于管柱偏心，小間隙處的環(huán)空返速大大降低，沉積的巖屑不易被清除，隨著偏心度的增加，環(huán)空中的巖屑濃度增大。

1.4 巖屑顆粒直徑

巖屑顆粒直徑越大，懸浮穩(wěn)定性越差，越易在下部井壁處形成巖屑床，從而造成洗井困難。

1.5 環(huán)空返速

環(huán)空返速的大小直接影響環(huán)空中巖屑的運(yùn)移方式、狀態(tài)和濃度。環(huán)空返速低時(shí)環(huán)空中的巖屑濃度極大，環(huán)空壓降也高；隨著返速的增加，巖屑濃度減小，環(huán)空壓降降低，當(dāng)環(huán)空返速上升到一定值時(shí)，盡管巖屑濃度仍在減少，但環(huán)空壓降卻開始上升。

渤海某油田尾管井洗井管柱底部鉆具內(nèi)徑小、摩阻高，在允許的洗井壓力下，洗井排量無法滿足在上部大尺寸套管段攜帶井底雜質(zhì)的最低返速要求，井底的地層砂、水泥塊、鐵屑等可能無法返出，導(dǎo)致洗井不干凈。

1.6 洗井液的流變性

洗井液流變性能是影響清洗效果的重要因素，為了確保清洗效果，必須選用合理的洗井液流變性參數(shù)。

2 尾管井洗井工藝優(yōu)化

2.1 洗井方式

常規(guī)洗井時(shí)管柱靜止不動(dòng)，固定循環(huán)位置無法有效破壞巖屑床，洗井效果較差。針對渤海某油田尾管井井斜角較大、井眼軌跡復(fù)雜、管柱偏心較嚴(yán)重、顆粒較大的巖屑易沉積等問題，采用低轉(zhuǎn)速（30 rpm）旋轉(zhuǎn)管柱及上下活動(dòng)的洗井方式，通過攪動(dòng)破壞及刮擦巖屑床，將巖屑推入高速流動(dòng)的洗井液中并攜帶出尾管及井筒[8]。

2.2 洗井管柱優(yōu)化

2.2.1 工具優(yōu)選

針對尾管井現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，引進(jìn)多功能過濾器，并自主研發(fā)一種用于分段洗井循環(huán)通路轉(zhuǎn)換工具，兩種工具復(fù)配使用既能徹底清洗尾管，又能解決上部大尺寸套管段返速低的問題，達(dá)到了高效洗井的目的。

下刮管鉆具過程中，多功能過濾器受井底沖擊及套管壁摩擦作用，多功能循環(huán)孔處于打開狀態(tài)，可以有效防止激動(dòng)壓力過大；在下鉆至井底洗井時(shí)保持管柱上下活動(dòng)（保證多功能循環(huán)孔打開），一方面能夠防止井底激動(dòng)壓力過大，另一方面可以保證井底較大碎屑能夠通過該工具大排量循環(huán)通道；起鉆過程中，受井筒內(nèi)流體沖擊及套管壁摩擦作用，多功能循環(huán)孔關(guān)閉，此時(shí)多功能井筒內(nèi)碎屑過濾回收工具可以徹底回收井筒內(nèi)懸浮碎屑，保證尾管內(nèi)井筒清潔度（圖2）。

圖2 多功能過濾器示意圖Fig.2 Diagram of multi-functional filter

分段洗井工具通過下壓轉(zhuǎn)換外套打開循環(huán)通路，解決了現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合鉆具洗井低排量導(dǎo)致返速不夠的問題，且能夠反復(fù)轉(zhuǎn)換循環(huán)通路，可根據(jù)需求選擇所需清洗的套管段；對于尾管井可在尾管掛位置實(shí)現(xiàn)鉆桿循環(huán)通路的轉(zhuǎn)換，能夠建立上部大尺寸套管段內(nèi)鉆桿的循環(huán)通路，提高洗井排量，保證上部大尺寸套管段的環(huán)空返速，達(dá)到井眼清潔的目的（圖3）。

圖3 循環(huán)通路轉(zhuǎn)換工具結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Diagram of loop path conversion tool structure

2.2.2 鉆具尺寸優(yōu)選

通過模擬計(jì)算，相同排量（2 300 L/min）下，不同尺寸套管與鉆具之間的環(huán)空返速見表1。

相同排量下，7″尾管內(nèi)使用4″鉆具比使用3-1/2″鉆具環(huán)空返速增加15.3%，巖屑更易被攜帶出井筒；另外適當(dāng)增加尾管內(nèi)鉆具尺寸可以減小鉆具內(nèi)部壓力損耗，有效提高洗井排量，攜帶更大尺寸巖屑顆粒，保證洗井質(zhì)量，減少洗井時(shí)間。

2.2.3 洗井管柱

優(yōu)化7″尾管井洗井管柱為：6″牙輪鉆頭+7″套管旋轉(zhuǎn)刮管器+4″鉆桿+多功能過濾器+4″鉆桿+分段洗井工具（尾管頂部以上1～2 m位置）+9-5/8″套管旋轉(zhuǎn)刮管器+5-1/2″鉆桿。其中鉆頭不安裝噴嘴，增加循環(huán)通道，降低循環(huán)摩阻，提高洗井排量及環(huán)空返速；兩種套管旋轉(zhuǎn)刮管器復(fù)配使用，一趟管柱同時(shí)刮削尾管及上部大尺寸套管；洗井時(shí)多功能過濾器的循環(huán)通道處于打開狀態(tài)，為大排量循環(huán)洗井提供循環(huán)通路，起鉆時(shí)循環(huán)通道關(guān)閉，徹底回收井筒內(nèi)懸浮碎屑；管柱下放至井底洗井時(shí)，初始循環(huán)通路：地面→鉆具→鉆頭→尾管→上部大尺寸套管，待尾管內(nèi)懸浮碎屑全部頂替至尾管掛以上，通過下壓轉(zhuǎn)換外套關(guān)閉原循環(huán)通路，建立新循環(huán)通路：地面→鉆具→上部大尺寸套管，由于減少了底部尾管及小尺寸鉆具摩阻的影響，通過提高洗井排量增加環(huán)空返速，將尾管掛以上懸浮碎屑全部攜帶出井筒，達(dá)到高效洗井的目的。

表1 不同尺寸套管與鉆具之間的環(huán)空返速Table1 Annulus return velocity between casing and drilling tool with different sizes

2.3 高效洗井液

渤海油田常規(guī)洗井液多以海水及過濾后的海水為主，海水的流變性較差，很難將井筒內(nèi)沉積的大顆粒狀巖屑帶出井筒，洗井效率較低[9]。但全井筒使用高黏度、高切力洗井液成本太高，因此尾管井洗井液優(yōu)化為與尾管和鉆桿環(huán)空容積同等體積的稠塞，將尾管內(nèi)多功能過濾器未回收到的大顆粒狀巖屑攜帶至尾管掛以上，然后打開分段洗井工具的旁通通道，在洗井壓力允許范圍內(nèi)將排量開至最大，最終將巖屑攜帶出井筒。

3 應(yīng)用效果

3.1 洗井時(shí)間

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，渤海某油田共有77口井，其中尾管井44口，尾管井平均井深3 570 m，平均水平位移1 725 m，最大水平位移2 613 m，最大井斜53°，采用尾管井高效洗井技術(shù)后，單井最短洗井時(shí)間10 h，平均單井洗井時(shí)間16.21 h，對比同井深區(qū)間，單井洗井時(shí)間比傳統(tǒng)洗井方式減少1.92 h，該油田尾管井累計(jì)節(jié)約洗井時(shí)間84.5 h，綜合節(jié)約成本近兩百萬元。

3.2 洗井質(zhì)量

渤海某油田采用高效洗井技術(shù)后，每口井洗井質(zhì)量均達(dá)到了“濁度值NTU連續(xù)半小時(shí)以上小于30”的要求，且后續(xù)未出現(xiàn)因洗井導(dǎo)致的復(fù)雜情況，取得了良好的應(yīng)用效果。該油田投產(chǎn)初期原油產(chǎn)量超配產(chǎn)60%，從側(cè)面證實(shí)了尾管井高效洗井的成功應(yīng)用。

4 結(jié)論與建議

（1）通過多功能過濾器及分段洗井工具的配套使用，并優(yōu)化洗井管柱，能夠達(dá)到尾管井高效清洗的目的。

（2）適當(dāng)增加尾管內(nèi)鉆具尺寸可以有效提高洗井排量及環(huán)空返速，提高洗井效率，減少洗井時(shí)間。

（3）本文總結(jié)的尾管井高效洗井的工藝技術(shù)體系，在渤海某油田獲得了良好的應(yīng)用效果，建議進(jìn)一步推廣應(yīng)用。