塔里木油田尾管懸掛器國(guó)產(chǎn)化及其應(yīng)用實(shí)踐

李丹陽(yáng)，王 斌，牛 閣

(1.中國(guó)石油塔里木油田公司 新疆 庫(kù)爾勒 841000； 2.中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司 四川 成都 610213)

0 引 言

尾管懸掛器是尾管固井中使用的專用工具，其性能和質(zhì)量對(duì)尾管固井質(zhì)量有重要影響[1]。塔里木油田山前地區(qū)的井況特點(diǎn)是壓力窗口窄[2]，對(duì)固井質(zhì)量的要求很高，尾管控壓固井在山前井應(yīng)用普遍，但封隔式尾管懸掛器應(yīng)用率較低。相較于普通尾管懸掛器，封隔式懸掛器能有效阻止地層流體在水泥漿候凝失重形成強(qiáng)度之前進(jìn)入井筒造成井控風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)針對(duì)低壓漏失地層也能防止井筒液體漏入地層造成液面下降誘發(fā)的井控風(fēng)險(xiǎn)[3]。但是，國(guó)內(nèi)封隔式尾管懸掛器長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，不僅價(jià)格昂貴，采購(gòu)周期難以保證，而且相關(guān)技術(shù)難題也不能得到及時(shí)回應(yīng)和解決，嚴(yán)重制約新井建產(chǎn)進(jìn)度。

經(jīng)調(diào)研，國(guó)內(nèi)部分尾管懸掛器制造商已開(kāi)展了封隔式尾管懸掛器的研發(fā)。以川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司為例，該公司的177.8 mm封隔式尾管懸掛器在西南油氣田所屬井中已成功應(yīng)用200余井次。由于塔里木油田井況不同于其他油田，這類工具是否適用需要開(kāi)展進(jìn)一步的工作。本文介紹了國(guó)產(chǎn)封隔式尾管懸掛器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、試用、評(píng)價(jià)及推廣應(yīng)用情況，為這類井下工具的國(guó)產(chǎn)化開(kāi)發(fā)及應(yīng)用提供借鑒。

1 封隔式尾管懸掛器國(guó)產(chǎn)化開(kāi)發(fā)與評(píng)價(jià)

1.1 塔里木山前開(kāi)發(fā)井的井身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

塔里木盆地山前井普遍存在超深、巨厚多套鹽層、超高壓、壓力窗口窄、漏溢并存的特點(diǎn)，因而井身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。采用四開(kāi)鉆至目的層鹽頂，之后下套管封固上部石膏及鹽層，再采用五開(kāi)實(shí)現(xiàn)目的層鹽層專打的井深結(jié)構(gòu)。一般采用Φ196.85 mm+Φ206.38 mm尾管封固目的層鹽底，Φ139.7 mm尾管封固目的層，最后Φ206.38 mm+Φ196.85 mm套管回接到井口。

塔里木會(huì)戰(zhàn)以來(lái)，油田公司山前井在尾管固井作業(yè)過(guò)程中一直使用非封隔式進(jìn)口尾管懸掛器。對(duì)于目的層溢漏同存的壓力窄窗口井，固井施工鉆桿段要泵入一定量重漿，防止地層流體進(jìn)入井筒。在起鉆過(guò)程中需補(bǔ)充鉆井液維持環(huán)空液柱壓力平衡。補(bǔ)液過(guò)少會(huì)導(dǎo)致地層流體進(jìn)入井筒，補(bǔ)液過(guò)多則發(fā)生漏失，易導(dǎo)致無(wú)上塞及后期喇叭口試壓不合格的風(fēng)險(xiǎn)。在起鉆結(jié)束、循環(huán)的過(guò)程中，也有發(fā)生漏失的風(fēng)險(xiǎn)。在候凝過(guò)程中水泥漿失重及形成強(qiáng)度之前，也易發(fā)生地層流體進(jìn)入井筒造成井控風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)用封隔式尾管懸掛器坐封膠筒以后，可有效避免井漏及以上井控風(fēng)險(xiǎn)[4]。

1.2 封隔式尾管懸掛器工作原理及設(shè)計(jì)優(yōu)化

封隔式尾管懸掛器在固井施工完畢后，上提送入管柱，使回接筒內(nèi)的坐封彈爪提出回接筒并張開(kāi)，下放管柱將一定懸重通過(guò)坐封彈爪下壓到回接筒，壓縮膠筒實(shí)現(xiàn)坐封。

因懸掛器坐掛位置超深(≥7 000 m)、井斜大(≥45°)，可能存在較高摩阻，判斷丟手存在一定的困難，故將中心管的長(zhǎng)度從原來(lái)的2.8 m調(diào)整為3.5 m，增加了丟手的可靠性。同時(shí)回接筒長(zhǎng)度從原來(lái)的1.8 m調(diào)整到2.9 m，避免在施工前提前將彈爪提出，也增加了后期回接插入的可靠性。彈爪下壓剪斷坐封剪釘，壓縮膠筒實(shí)現(xiàn)上層套管與懸掛器之間的環(huán)間封隔。針對(duì)塔里木山前超深井的特點(diǎn)，將原有的2組封隔膠筒優(yōu)化升級(jí)，增加一組硬質(zhì)工程塑料保護(hù)套，優(yōu)化材料硬度、貼合角度，增加封隔可靠性。封隔式尾管懸掛器結(jié)構(gòu)優(yōu)化如圖1所示。

圖1 封隔式尾管懸掛器結(jié)構(gòu)優(yōu)化示意圖

1.3 封隔式尾管懸掛器較普通尾管懸掛器的優(yōu)勢(shì)

塔里木盆地庫(kù)車山前庫(kù)車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶儲(chǔ)層埋藏較深，地層復(fù)雜，具有超深、超高壓 、超高溫等特點(diǎn)，目的層存在巨厚鹽膏層且伴有高壓鹽水，同時(shí)也存在漏層，屬于典型的噴漏同層的窄壓力窗口，給固井工作帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。一旦固井井漏，環(huán)空無(wú)法完全被水泥漿填充滿，造成重合部分的固井質(zhì)量差，裸眼部分不能被有效封隔，有時(shí)因喇叭口形成壓差，導(dǎo)致管內(nèi)泄壓后易形成微環(huán)隙，引發(fā)油氣水竄。選擇封隔式尾管懸掛器是提升重疊段封固質(zhì)量的一種有效措施，封隔器坐封后，可將外層套管與尾管隔離，從而阻止油氣水運(yùn)移。

1.3.1 有效坐封應(yīng)對(duì)地層流體進(jìn)入井筒

采用普通尾管懸掛器，須配合控壓固井。如果進(jìn)行常規(guī)固井，固井結(jié)束至候凝過(guò)程中，懸掛器與上層套管無(wú)法實(shí)現(xiàn)封隔，無(wú)法防止地層流體進(jìn)入井筒或井漏。一旦出現(xiàn)井漏固井質(zhì)量難以保證，如果地層流體進(jìn)入井筒，可能會(huì)誘發(fā)井控風(fēng)險(xiǎn)。使用控壓固井，施工前需降低鉆井液密度配合井口旋轉(zhuǎn)控制頭防止施工過(guò)程中井漏，停泵控制井口回壓，防止地層流體進(jìn)入井筒，施工后期打重漿方能起鉆。施工需要各工種緊密配合，并且井控風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步加大。而使用封隔式尾管懸掛器則可采取常規(guī)固井方式，施工結(jié)束后坐封膠筒封隔裸眼地層和上層套管的環(huán)形空間，防止了井漏和地層流體進(jìn)入井筒。

1.3.2 有效應(yīng)對(duì)單流閥失效

施工結(jié)束后，如果單流閥失效，環(huán)空水泥漿會(huì)反流入套管內(nèi)，造成環(huán)空漏封及高塞的風(fēng)險(xiǎn)。使用封隔式尾管懸掛器如果出現(xiàn)單流閥失效，則可使用吊環(huán)上提鉆具及水泥頭直接坐封膠筒，打斷環(huán)空的流體進(jìn)入套管內(nèi)，防止環(huán)空水泥漿漏封。

1.3.3 排混漿可不受排量限制

碰壓后，起鉆到預(yù)定位置后須循環(huán)排混漿。使用普通尾管懸掛器，排混漿時(shí)根據(jù)設(shè)定的排量及重漿的高度，控制井口回壓，排完混漿后憋壓都難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。采用封隔式尾管懸掛器，不但后期排混漿不受排量限制，而且可以按照設(shè)計(jì)值憋壓候凝。

1.3.4 降低后期氣竄風(fēng)險(xiǎn)

使用普通尾管懸掛器，若后期出現(xiàn)氣竄，只能采取喇叭口擠水泥及短回接的方式進(jìn)行補(bǔ)救，不但難度大，而且不一定能成功。而使用封隔式尾管懸掛器，則可以大大降低后期氣竄的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3.5 節(jié)省鉆水泥塞的時(shí)間

對(duì)于使用封隔式尾管懸掛器的井，在確保水泥漿返至喇叭口以上后，起鉆坐封膠筒，試壓合格后，即可拔出中心管直接循環(huán)排混漿。這樣，完全可以控制水泥塞高度，從而節(jié)省鉆水泥塞的時(shí)間。

1.4 國(guó)產(chǎn)封隔式尾管懸掛器在KS605井的應(yīng)用

KS605井屬于塔里木盆地庫(kù)車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶克深區(qū)帶克深6號(hào)構(gòu)造，一開(kāi)鉆至194.25 m，下入508 mm導(dǎo)管固井；二開(kāi)鉆至2 891.70 m，下入Φ365.13 mm+Φ374.65 mm表層套管固井；三開(kāi)鉆至4 454.69 m；四開(kāi)鉆至5 603 m，下入Φ196.85 mm+Φ206.38 mm技術(shù)套管固井；五開(kāi)目的層鉆進(jìn)，采用Φ168.3 mm鉆頭鉆至5731m完鉆，采用Φ139.7 mm+Φ145.5 mm復(fù)合尾管固井[5]。為了驗(yàn)證優(yōu)化后的產(chǎn)品應(yīng)用效果，本井采用國(guó)產(chǎn)Φ196.85 mm×139.7 mm封隔式尾管懸掛器進(jìn)行試用和評(píng)價(jià)。固井完，拆水泥頭,坐尾管懸掛器頂部封隔器。環(huán)空反打壓10 MPa，穩(wěn)壓5 min不降，尾管懸掛器頂部封隔器坐封正常，封隔良好。反循環(huán)，排混漿。直接起鉆，下鉆銑上部尾管喇叭口，回接Φ196.85 mm套管，大大提高了時(shí)效，同時(shí)形成了一套使用封隔式尾管懸掛器的施工程序，見(jiàn)表1。

表1 KS605井施工程序

國(guó)產(chǎn)Φ196.85 mm×139.7 mm封隔式尾管懸掛器在KS605井試用成功后，證明國(guó)產(chǎn)封隔式尾管懸掛器完全滿足塔里木山前井壓力窄窗口井段尾管固井需要，并相繼在16口井進(jìn)行推廣應(yīng)用均取得成功。

2 國(guó)產(chǎn)大尺寸非標(biāo)尾管懸掛器在臺(tái)盆區(qū)富滿區(qū)塊的應(yīng)用

基于國(guó)產(chǎn)封隔式尾管懸掛器的實(shí)際試用效果，塔里木油田尾管固井進(jìn)一步實(shí)施國(guó)產(chǎn)化戰(zhàn)略。隨著臺(tái)盆區(qū)富滿區(qū)塊開(kāi)發(fā)的深入，產(chǎn)層埋藏深度均超過(guò)7 500 m,為應(yīng)對(duì)鉆井中可能存在的復(fù)雜情況，以及進(jìn)一步改善鉆井的水力條件和鉆具的抗拉性能，一部分井率先優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，采用和塔里木山前井同樣的非標(biāo)井身結(jié)構(gòu)及大尺寸鉆具，增加了鉆具的抗拉抗扭強(qiáng)度，增大了鉆井排量并有效地降低了鉆井泵壓[6]。結(jié)合塔里木油田技術(shù)要求生產(chǎn)配套的大尺寸規(guī)格尾管懸掛器，滿深2井非標(biāo)井身結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 滿深2井非標(biāo)井身結(jié)構(gòu)示意圖

滿深2井完井采用了國(guó)產(chǎn)Φ273.05 mm×200.03 mm尾管懸掛器及附件，工具坐掛倒扣正常、施工順利碰壓，浮閥密封良好，取得了良好的使用效果。接下來(lái)，國(guó)產(chǎn)Φ273.05 mm×200.03 mm尾管懸掛器及附件在滿深3井也試用成功。2021年以來(lái)，國(guó)產(chǎn)大尺寸懸掛器陸續(xù)在滿深503H、滿深502H等井推廣應(yīng)用成功。Φ273.05 mm×200.03 mm尾管懸掛器及附件如圖3所示。

圖3 Φ273.05 mm×200.03 mm尾管懸掛器及附件示意圖

富滿區(qū)塊產(chǎn)層頂部井底靜止溫度均超過(guò)150 ℃，國(guó)產(chǎn)大尺寸非標(biāo)尾管懸掛器配套的附件密封件均采用抗高溫的氟橡膠，保證了工具的可靠性，較普通懸掛器相比，浮箍浮鞋、碰壓器的密封件耐高溫性能從150 ℃提高至200 ℃[7]。

3 國(guó)產(chǎn)尾管懸掛器在塔里木油田的應(yīng)用成效

通過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)尾管懸掛器性能的針對(duì)性設(shè)計(jì)、單井試用、反復(fù)優(yōu)化、大范圍應(yīng)用及全面評(píng)價(jià)，基本確認(rèn)了國(guó)產(chǎn)尾管懸掛器質(zhì)量的可靠性，形成了244.5 mm×177.8 mm等5種規(guī)格的塔里木油田國(guó)產(chǎn)尾管懸掛器技術(shù)規(guī)范。

2017年6月起，在臺(tái)盆區(qū)3種井身結(jié)構(gòu)中全面推廣使用，實(shí)現(xiàn)油田臺(tái)盆區(qū)尾管懸掛器完全國(guó)產(chǎn)化，2020年以來(lái)國(guó)產(chǎn)非標(biāo)懸掛器也已在臺(tái)盆區(qū)推廣應(yīng)用。

隨著塔里木油田鉆探程度的不斷深入，地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，尾管懸掛器的使用數(shù)量也逐漸增多。采用國(guó)產(chǎn)尾管懸掛器逐步取代進(jìn)口尾管懸掛器，基本解決了進(jìn)口尾管懸掛器采購(gòu)成本高昂、工具改進(jìn)反應(yīng)慢、供貨周期長(zhǎng)、庫(kù)存壓力大等難題。同等技術(shù)條件下進(jìn)口、國(guó)產(chǎn)尾管懸掛器采購(gòu)周期和采購(gòu)費(fèi)用對(duì)比分別見(jiàn)表2和表3。

表2 進(jìn)口、國(guó)產(chǎn)尾管懸掛器采購(gòu)周期對(duì)比

表3 進(jìn)口尾管懸掛器與國(guó)產(chǎn)尾管懸掛器采購(gòu)費(fèi)用對(duì)比

截止2021年2月，塔里木油田共推廣應(yīng)用國(guó)產(chǎn)尾管懸掛器251套，成功率100%。進(jìn)一步證明了國(guó)產(chǎn)尾管懸掛器完全可以滿足塔里木油田復(fù)雜地質(zhì)條件下尾管固井工藝的技術(shù)要求[8]，也為關(guān)鍵零部件國(guó)產(chǎn)化、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供了借鑒和參考。

4 結(jié)束語(yǔ)

1)封隔式尾管懸掛器從屏蔽套管環(huán)空壓力傳遞入手，阻止了水泥漿漏失或反向流入套管內(nèi)，從而保有環(huán)空水泥漿量，確保環(huán)空固井質(zhì)量。成功坐封膠筒后，起鉆大排量循環(huán)洗井時(shí)，不必?fù)?dān)心造成環(huán)空漏失。既獲得了干凈的井筒，又有效保證了水泥塞高度，為后續(xù)鉆水泥塞節(jié)省時(shí)間。

2)尾管懸掛器在塔里木油田臺(tái)盆區(qū)已完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。在相同技術(shù)參數(shù)條件下，比國(guó)外產(chǎn)品價(jià)格低且采購(gòu)周期短，能滿足塔里木油田的固井工藝技術(shù)要求。使用封隔式尾管懸掛器，對(duì)進(jìn)一步提高油氣井固井質(zhì)量提供保障。

3)國(guó)產(chǎn)尾管懸掛器的主要制造商已具備工具研發(fā)設(shè)計(jì)、加工、組裝、調(diào)試、上井技術(shù)服務(wù)的能力，可根據(jù)油田需求提供各種鋼級(jí)、壁厚、扣型的懸掛器及回接工具。如有特殊要求，亦可根據(jù)油田要求快速更新設(shè)計(jì)，經(jīng)工具方、油田相關(guān)部門四新論證并在現(xiàn)場(chǎng)試點(diǎn)應(yīng)用以后即可推廣使用，相對(duì)于國(guó)外廠家來(lái)說(shuō)更有效率。