東海X 井下7″尾管作業(yè)實踐與研究

王澤

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)上海分公司，上海 200335)

0 引言

隨著鉆井技術(shù)的不斷進步和油氣勘探開發(fā)的需要，深井、超深井及大位移井的數(shù)量不斷增加[1-2]，這也同時導(dǎo)致下7″ 尾管作業(yè)的難度逐漸加大。大位移井由于其裸眼延伸段較長、鉆遇巖性復(fù)雜多樣、壓力窗口小，隨井深及裸眼延伸段的不斷增加，鉆進過程中扭矩、泵壓及設(shè)備負荷逐漸增大，容易導(dǎo)致鉆井作業(yè)復(fù)雜情況的發(fā)生[3-4]。一旦發(fā)生復(fù)雜情況，或多過少會影響井壁的穩(wěn)定性。而海上油氣開發(fā)由于其特殊性，主要以大斜度井及水平井為主，為了綜合兼顧地層評價及開發(fā)的要求，經(jīng)常會設(shè)計多個靶點進行兼顧開發(fā)評價，造成井眼軌跡復(fù)雜。這使得在后續(xù)下入尾管作業(yè)時，很容易堵塞導(dǎo)致尾管下不到位[5-7]。

下尾管是一種既耗時間又存在極大風(fēng)險的現(xiàn)場作業(yè)?，F(xiàn)場的天氣海況、下尾管設(shè)備、尾管自身質(zhì)量、下尾管人員技能水平、井眼軌跡、鉆井液性能、裸眼段地層巖石特性等都影響著下尾管作業(yè)的正常開展。一般情況下，下入尾管主要是靠尾管的自身重力，在大斜度井和水平井的斜井段，由于井斜角的作用，使重力在水平方向的分力分散，導(dǎo)致尾管串與井壁間的摩擦阻力增大，甚至造成扶正器等工具嵌入軟地層，給下尾管作業(yè)帶來一定困難。結(jié)合國內(nèi)外的較成熟的技術(shù)，主要采用了減少尾管摩阻系數(shù)和減輕尾管重量，使其飄浮來保證水平井尾管的順利下入[8]。窄壓力窗口井段尾管下入作業(yè)為了控制風(fēng)險，避免產(chǎn)生過大的壓力壓漏地層，往往要嚴(yán)格控制下尾管速度，并且周期性的灌漿作業(yè)也嚴(yán)重延緩了作業(yè)進程。這極大地增加了作業(yè)成本，尤其是日費巨大的海上平臺作業(yè)[9-13]。

東海X 井為定向井，完鉆井深位于平湖組P9 層位，將老井棄置，在原井眼上于13-3/8″套管1 282 m處開窗側(cè)鉆進入新地層。12-1/4″井眼鉆進至3 058 m中完，下9-5/8″套管。8-1/2″井眼鉆至4 700 m 完鉆，下7″尾管。12-1/4″井段開窗出去后先降斜、增方位，與老井眼快速分離(狗腿1.5～3°/30 m) 后增斜、增方位，2 400 m 后穩(wěn)斜、穩(wěn)方位鉆進(46°/323°)直至完鉆。X 井使用油基鉆井液體系，油水比81∶19，開鉆比重1.42SG，完鉆比重1.46SG，泥漿性能整體穩(wěn)定，返砂良好，整個井段鉆進篩布170 目及200 目復(fù)配，離心機全程開啟，零星的能見到拇指蓋大小的掉塊，磨圓居多。由于現(xiàn)場決策得當(dāng)，老井棄置及開窗作業(yè)較設(shè)計提前2.8 天，12-1/4″井段較設(shè)計提前2.6 天，一趟鉆鉆至中完深度。8-1/2″井段較設(shè)計提前5.1 天，一趟鉆完成。鉆井總工期較設(shè)計累計提前10.5 天。X 井下7″尾管作業(yè)的成功實施可為東海后續(xù)下尾管作業(yè)提供借鑒。

1 下7″尾管作業(yè)影響因素分析

1.1 井眼軌跡

下尾管前需對鉆進過程中的造斜段、短起過程中的遇阻點進行統(tǒng)計。對于深井、超深井，井斜角是影響后續(xù)下7″尾管順利與否的主要因素。在小井斜段，裸眼與尾管間的摩阻相對較小，尾管下入難度相對較低。在大井斜段尤其是水平段，裸眼與尾管間的摩阻相對較大。測斜點也是下尾管過程中常見的遇阻點之一，測斜時，通常鉆具靜止不動，若在某一點長時間測斜，鉆具在裸眼段靜止時間過長，長時間的開泵沖刷井壁極易造成局部“大肚子”，使得尾管在該部裸眼段阻掛。

定向滑動鉆井具有很強的井眼軌跡控制能力，但在水平段鉆井效率較低。旋轉(zhuǎn)復(fù)合鉆井既能提高鉆井速度，又能保證井下安全，但對井眼軌跡的控制能力較弱。在復(fù)合鉆井過程中，可以應(yīng)用不同的鉆井參數(shù)來微調(diào)井眼軌跡。高WOB 和低轉(zhuǎn)速可以略微增加井斜，否則可以穩(wěn)定傾角或略微減小井斜。

此外，地層巖石的物理性質(zhì)也進一步影響裸眼段的穩(wěn)定，尤其是泥巖段，由于泥巖具有水化膨脹的特性，鉆井液中的水分侵入地層，易造成井壁縮徑。另一方面，鉆具在泥巖段滑動時，尤其是扶正器處，易刮蹭地層，造成井壁坍塌，使得7″ 尾管下入遇阻。在砂巖井段，由于砂巖自身特性，砂巖段地層的摩阻普遍偏大，因此，在砂巖段需增多扶正器的數(shù)量。為控制井眼軌跡，避免局部“大狗腿”現(xiàn)場采取的鉆井思路為泥巖段快速中完，砂巖段穩(wěn)斜、穩(wěn)方位。

1.2 鉆頭及BHA 選型

鉆頭與BHA 的選型直接影響井眼的狀態(tài)。X 井選取BEST 單排16 mm 齒、5 刀翼鉆頭?？紤]到盡量一趟鉆完成，攻擊性及耐磨性兼顧。整個井段平均下來機械鉆速20 m/hr，高于鄰井，累計鉆穿花下138 m 含礫細砂巖，整體來看本井地層含灰質(zhì)段有所減少。出井鉆頭內(nèi)排1 齒崩齒，其余正常磨損，保徑無磨損。BHA選型綜合考慮到整個井段穩(wěn)斜、穩(wěn)方位，軌跡控制難度較小，兼顧46°井斜長裸眼段下部加壓困難，增加6-1/2″ 鉆鋌1 柱。同時Xceed 上下2 個欠1/4 扶正器加Neo 上1 個欠1/4 扶正器，累計3 個扶正器，取消原設(shè)計組合中倒劃眼扶正器。該鉆具組合可有效避免局部井斜角過大，有利于后期7″尾管的下入。針對大位移井，推薦鉆具組合為：8-1/2″ PDC+6-3/4″ Xceed+6-3/4″Neoscope+6-3/4″Telescope+6-3/4″NMDC+6-3/4″Fliter Sub+6-3/4″FV+6-1/2″DC×3 根+6-1/2″(F/J+JAR)+5″HWDP×14 根+5″DP*60 柱+ X/O。

1.3 作業(yè)指令的選擇

鉆井參數(shù)對下7″ 尾管的影響主要表現(xiàn)在，泥巖段需減少鉆具的靜止時間，且排量不宜過大。扶正器及大尺寸鉆具出管鞋后逐步放開參數(shù)鉆進，先期10～12 t，中后期逐步提至15～16 t，鉆速60～130 r/m。東海地層一旦進入平湖組后，地層為大段致密砂巖，局部含有硬夾層，扭矩波動較花港組有所增加。此時需提高鉆壓，提高鉆井時效。X 井整體鉆進過程中啟動扭矩都比較正常，與專家系統(tǒng)模擬吻合。這也意味著井眼較光滑，有利于后期下7″尾管作業(yè)。

在遇阻井段，盡量避免長時間劃眼，以防止臺階面的產(chǎn)生。鉆桿下入井底后，應(yīng)充分循環(huán)清潔井眼，循環(huán)時間建議5 周以上。適當(dāng)增加鉆井液的黏度和剪切力，以提高其對井筒中巖屑的攜帶能力。在鉆井液中加入潤滑劑，進一步減小鉆具與井壁間的摩擦力。井底沖洗完成后，將鉆井提升至遇阻井段，再次進行大排量沖洗，并大幅移動鉆具，損壞巖屑床。

下尾管遇阻時，通常采用小排量循環(huán)、頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)下入、上提下放的方法來處理，但效果并不理想。并且，在一些復(fù)雜的井況下，上提下放套管也可能導(dǎo)致水化的泥巖井段或者煤層井段坍塌，使得套管中途卡死。套管和尾管的下入程序是固井作業(yè)流程的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)下套管和尾管速度較慢，為了保證足夠的上扣扭矩需全程打備鉗，防止下部套管因懸重不足導(dǎo)致反轉(zhuǎn)卸扣。此外，鉆井液需要定期注入管柱，維持下入懸重，平衡套管與環(huán)空間的內(nèi)外壓差，也防止套管內(nèi)外靜液柱壓差過大導(dǎo)致套管擠壓變形。對于深井、超深井，很難控制套管柱的下放速度，并且很容易產(chǎn)生激動壓力，造成井漏。另外，隨著井深的增加井眼受到力學(xué)和化學(xué)兩方面的影響加劇，其穩(wěn)定性能變差。

短起下作為修整井壁的重要手段，也為下7″尾管作業(yè)創(chuàng)造了良好的井筒環(huán)境。因本井平湖組于4 200～4 400 m 三壓力曲線中坍塌壓力較高，現(xiàn)場根據(jù)專家系統(tǒng)模擬，適當(dāng)控制起鉆速度。鉆進至4 094 m 開展第一次短起下作業(yè)，根據(jù)現(xiàn)場錄井曲線判斷，煤層跟砂泥巖膠結(jié)面有些許毛刺，整體砂巖段摩阻略高，鉆井液流變性稍微差，篩面返出細砂較多。鉆進至完鉆井深，短起下鉆到井底、循環(huán)，裸眼段順暢，循環(huán)一周后性能基本恢復(fù)至打鉆期間性能，篩面返出少量細砂。但后期長起時，裸眼段順暢。

2 X 井下尾管作業(yè)流程

下尾管作業(yè)前，需重點關(guān)注鉆進過程中的阻掛點以及造斜段。通過前期起下鉆及遇阻后開泵后泵壓的波動情況可判斷井眼清潔情況，若泵壓波動幅度較小則井眼清潔度較好。X 井為大位移井，采用管串組合為浮鞋+雙浮箍+球座(BEAR 復(fù)配TPG2 套管)+無限極尾管掛+旋轉(zhuǎn)浮鞋+抬頭。整個下尾管流程效率較高，在打備鉗的情況下一小時下尾管18～22 根。其中P110/BEAR 型號的尾管上扣扭矩為210 00l b.ft，因此整段都需打備鉗。下尾管時變扣及扣型轉(zhuǎn)換時需專人確認扭矩。接尾管掛后循環(huán)了1.5 倍套管內(nèi)容積，出管鞋前循環(huán)一尾管環(huán)空容積，下送期間每500 m 灌滿頂通一次，監(jiān)測泥漿性能穩(wěn)定性以及振動篩面的返出情況。若篩面返出大量巖屑，則說明井壁清潔度較差。

X 井某日6:30 下送尾管至4 478 m 遇阻，無法通過(逐級增加下壓噸位，最大下壓25 t)，開泵嘗試通過(排量1 000 L/min，泵壓9 MPa，返出穩(wěn)定，最大上提260 t、未活)；采取不同排量、逐級提高下壓噸位，變頻下放速度等方式通過。繼續(xù)下入過程中4478～4507 段，阻掛頻繁，采取不同排量、逐級提高下壓噸位，變頻下放速度等方式通過，4 676～4 695 段，阻掛頻繁，采取適度上提、變頻下放速度等方式通過。于10:30 下送尾管至設(shè)計深度4 695 m，小排量頂通，泵壓、返出穩(wěn)定。在頻繁遇阻段4 h 僅下尾管217 m，時效較低。 下尾管遇阻是下尾管作業(yè)中較常見的狀況。一旦遇阻需遵循“反向原則”，切勿強制過提導(dǎo)致尾管斷裂，造成井下事故。遇阻時，需控制遇阻噸位，先行嘗試提活(各類極限參數(shù)熟記于心、留有余量)確保上部井段無阻掛后再進行下步操作；增大排量，調(diào)整鉆井液性能，提高巖屑在環(huán)空中的上返速度，保證環(huán)空巖屑及時排出，減少阻掛；變換下放速度及下壓噸位前調(diào)整至小排量或停泵。

若遇到阻掛頻繁、提活困難的情況，在開泵驗證井眼清潔后，若正常下壓噸位無法通過，反推扶正器所在井段均為砂泥巖膠結(jié)面、煤層，扶正器剮蹭膠結(jié)面造成下套管遇阻。若阻掛后適度上提、不用提活，再次下壓激發(fā)旋轉(zhuǎn)浮鞋后通過，可判斷是互層處旋轉(zhuǎn)浮鞋遇阻。

3 結(jié)語

(1)下尾管是一種既耗時間又存在極大風(fēng)險的現(xiàn)場作業(yè)?，F(xiàn)場的天氣海況、下尾管設(shè)備、尾管自身質(zhì)量、下尾管人員技能水平、井眼軌跡、鉆井液性能、裸眼段地層巖石特性等都影響著下尾管作業(yè)的正常開展。

(2)為保證后期下尾管作業(yè)時效，在鉆進過程中，要合理控制井眼軌跡，優(yōu)化鉆頭與鉆具組合類型，連斜角度不宜過大，避免出現(xiàn)局部“大狗腿”。要及時監(jiān)測鉆進過程中鉆井液性能與井壁穩(wěn)定性情況，一旦出現(xiàn)井壁失穩(wěn)的情況，需多次短起、循環(huán)，修整井壁。在砂泥互層頻繁井段，鉆進過程中適當(dāng)增加劃眼頻次，充分修整臺階面。

(3)井壁與尾管間的摩阻是決定下套管是否順利的決定性因素，下尾管前需循環(huán)5 個遲到時間以上，保證井眼的清潔。下尾管遇阻時，要遵循“反向原則”，控制過提噸位，防止尾管斷裂造成井下事故。

(4)長裸眼段下尾管優(yōu)化扶正器的加放位置及數(shù)量，既要確保固井質(zhì)量又要兼顧套管到位。

(5)對于降本增效耗庫存套管的情況下，現(xiàn)場對于入井套管的檢查一定要更加到位，尤其是公扣端，確保入井套管質(zhì)量沒問題是后續(xù)一切作業(yè)的前提。