胡錦川

(中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院)

近年來隨著水平井鉆井技術(shù)的提高，為恢復(fù)套損、出砂、水淹等停產(chǎn)井產(chǎn)能，采用?118 mm鉆頭在?139.7 mm套管內(nèi)開窗側(cè)鉆，懸掛?88.9 mm套管固井或與?88.9 mm篩管完井。但是，套管固井射孔完井出砂嚴(yán)重，篩管完井縮徑錯斷快、產(chǎn)量低、壽命短、通徑小，不利于作業(yè)，制約了復(fù)產(chǎn)的開展。為了解決這一系列問題，2016年在曙光油田曙4-H104CH ?139.7 mm套管完井的小井眼水平井開展了用?118 mm鉆頭側(cè)鉆水平井，懸掛?101.6 mm無接箍套管固井與?88.9 mm精密篩管礫石充填復(fù)合尾管完井的實踐，獲得成功，為老油藏小井眼井經(jīng)濟(jì)、合理、高效復(fù)產(chǎn)開辟了一條新途徑。

一、曙4-H104CH井基本情況

曙4-H104CH原為一口小井眼水平井，油層為?139.7 mm套管固井水泥返至地面射孔完井，井深1 862.38 m，鋼級P110，壁厚9.17 mm，內(nèi)徑121.36 mm，2000年3月投產(chǎn)。2014年10月因套管于1 380 m處嚴(yán)重縮徑，1 425 m處錯斷砂埋停產(chǎn)。為了復(fù)產(chǎn)，使用?118 mm鉆頭側(cè)鉆水平井，水平段以上非油層段使用大通徑無接箍套管注水泥封固復(fù)雜地層，防止水竄，利于作業(yè)，水平段油層使用?89 mm篩管礫石充填加固防砂復(fù)合尾管完井。但是，這樣完井難度大。

1.環(huán)空間隙小

在?139.7 mm套管使用?118 mm鉆頭側(cè)鉆的井眼中下入?101.6 mm無接箍套管，形成的環(huán)空間隙理論上僅有8.2 mm，遠(yuǎn)低于常規(guī)固井25～40 mm的環(huán)空間隙，完井管柱下入困難，流動阻力大，保障固井質(zhì)量的技術(shù)措施難以實施。

2.不能活動尾管

側(cè)鉆水平井一般曲率半徑200～300 m，最大井斜85°～95°，曲率大，狗腿、鍵槽很難避免，井眼不規(guī)則、水平段長、摩阻大、不能活動套管，不利于井眼清洗及固井水泥漿頂替。

3.尾管不居中

側(cè)鉆水平井受原套管尺寸的限制，窗口及井眼小，斜度大，下入套管后環(huán)空間隙小，套管靠低邊，井眼中下入扶正器的難度和風(fēng)險高，水泥漿從寬邊流動，窄邊形成鉆井液及巖屑“死區(qū)”，水泥漿及礫石不易均勻填充效率低，質(zhì)量差。

4.地層壓力高

該井區(qū)經(jīng)過20多年的注采，地層物性改變，壓力異常，局部高壓，鉆井至1 450 m井深起鉆調(diào)試測試儀器后，下鉆至窗口循環(huán)時，發(fā)現(xiàn)井侵，鉆井液密度由1.50 g/cm3降至1.24 g/cm3，然后將鉆井液密度提至1.56 g/cm3才基本平衡地層壓力。水泥漿候凝“失重”地層流體侵入，導(dǎo)致封固質(zhì)量差。

二、完井技術(shù)措施

1.選用完井管柱

油層以上采用?101.6 mm，通徑86 mm，鋼級N-80，壁厚7.8 mm無接箍套管固井封隔復(fù)雜地層與油層水平段，采用?88.9 mm精密篩管礫石充填防砂復(fù)合尾管完井，如圖1所示。無接箍套管偏梯形扣螺紋直連強(qiáng)度極限1 515 kN，水密封壓力50 MPa。無接箍套管能減少摩阻，增大通徑，利于固井封隔復(fù)雜地層，防止頂水下竄水淹油層。水平段油層選用?88.9 mm型外徑108 mm篩管，通徑76 mm，擋砂精度0.15 mm， 環(huán)空逆向充填礫石，粒徑0.425～0.83 mm，加固篩管，構(gòu)成一個堅固的高滲透防砂屏障[2]。

2.優(yōu)化井身設(shè)計強(qiáng)化井眼軌跡控制

設(shè)計出合理的井身，并在側(cè)鉆作業(yè)過程中，加強(qiáng)井身質(zhì)量的控制，避免復(fù)雜井眼軌跡的產(chǎn)生，利于管柱的下入。該井實鉆的井眼最小曲率半徑增斜時為213.67 m，降斜時為161.71 m，與設(shè)計吻合。套管允許彎曲半徑[3]：

圖1 井身結(jié)構(gòu)示意圖

(1)

式中：R—允許的套管彎曲半徑，mm;E—鋼材彈性模量，2.1×106kPa;D—套管直徑，101.6 mm；Yp—鋼材的屈服極限，kPa，N-80套管為52.25 kPa;K1—抗彎安全系數(shù)，推薦K1=1.8;K2—螺紋連接的安全系數(shù)，推薦K2=3。

因此，計算出曙4-H104CH井套管允許彎曲半徑為110.25 m，故用最小井眼允許曲率半徑這一條來衡量，套管能下入到井底，井眼軌跡如圖2、圖3所示。

圖2 曙4-H104CH井眼軌跡垂直投影圖

圖3 曙4-H104CH井眼軌跡水平投影圖

3.擴(kuò)大裸眼井徑增大環(huán)空間隙

實踐證明，當(dāng)居中度達(dá)到67%時，套管窄邊間隙達(dá)到19 mm以上，鉆井液才易頂替，才能確保固井質(zhì)量，則井眼應(yīng)達(dá)到D井眼，由居中度=環(huán)空最小間隙/(D井眼/2-D套管/2)公式[3]，整理得：

D井眼=2×環(huán)空最小間隙/居中度+D套管

(2)

式中：D井眼—井眼直徑，mm；D套管—套管直徑，101.6 mm；環(huán)空最小間隙19 mm，居中度67%。

經(jīng)計算得出滿足優(yōu)質(zhì)固井頂替條件的井徑應(yīng)為D井眼=158.32 mm，則本井選用?118 mm×?160 mm型擴(kuò)孔器，將1 300～1 710 m井段井眼由?118 mm擴(kuò)至?160 mm以上，使理論上8.2 mm環(huán)空間隙達(dá)到19～25 mm或更大，孔徑均勻光滑，利于大直徑?101.6 mm無接箍套管下入，將小井眼側(cè)鉆水平井窄間隙的固井難題轉(zhuǎn)化為寬間隙的常規(guī)固井問題。

4.尾管扶正

為了使尾管居中，每3根管安放1只能通過最小井眼?114 mm，外徑為220 mm，光滑、流線形、而啟動力小復(fù)位力大的弓彈性扶正器，使尾管居中度達(dá)到67%以上，環(huán)空最小間隙達(dá)到20～25 mm，確保套管篩管周圍形成均質(zhì)的水泥環(huán)及填充礫石，防止層間竄通，加固篩管，有效防砂。

5.完井液處理

選用摩阻小，防塌、防漏優(yōu)質(zhì)的鉆井液體系，完井時處理好完井液性能，把含砂控制在合理的范圍內(nèi)，混油加石墨及微球減小摩阻，避免黏卡，有助于完井套管的下入，有利于水泥漿的頂替膠結(jié)。

6.優(yōu)化水泥漿體系

針對本井小井眼側(cè)鉆水平井井眼小、地下狀態(tài)復(fù)雜等問題，采用低失水、流變性好、防竄防漏能力強(qiáng)的G級+降失水劑+NF減阻+早強(qiáng)劑的塑性水泥漿體系，密度1.87～1.89 g/cm3，失水小于50 mL的水泥漿，增加套管及水泥環(huán)抗擠壓外載強(qiáng)度。

7.采用尾管懸掛碰壓工藝固井

為了防止尾管柱坐底彎曲損壞，采用卡瓦懸掛復(fù)合膠塞碰壓的復(fù)合尾管固井技術(shù)作業(yè)。管柱下到位后坐掛，替鉆井液時鉆桿膠塞與套管膠塞復(fù)合，繼續(xù)替鉆井液使復(fù)合膠塞坐于尾管碰壓座壓力升高二級碰壓，減少混漿，提高固井質(zhì)量。

8.使用滑套關(guān)閉式注水泥工具防止出砂出水

循環(huán)注水泥孔采用固井二級碰壓滑套關(guān)閉，防止水泥漿倒返管內(nèi)留水泥塞管外低返的固井事故，避免水泥環(huán)損壞后管內(nèi)外竄通，地層砂水竄入井筒內(nèi)發(fā)生難以補(bǔ)救的事故。

9.加壓平衡候凝

為了防止水泥漿候凝“失重”引起的水泥環(huán)竄槽，可根據(jù)情況及條件分別采用循環(huán)、關(guān)井憋壓等措施來平衡地層壓力，防止地層流體侵入固井水泥環(huán)。本區(qū)為水驅(qū)采油，地層壓力高，在固井多余的水泥漿洗出地面后，再循環(huán)1～2 h后注入1.60 g/cm3高密度鉆井液平衡候凝。

10.礫石充填

為了防砂，保護(hù)篩管，提高油井壽命，提高產(chǎn)量，在上部非油層無接箍套管固井完成鉆通試插成功后，安裝井口，下入充填管柱打開充填孔，清洗環(huán)空，再用壓裂車高壓泵入攜帶0.4～0.8 mm礫石的充填液使礫石充填壓實篩管環(huán)空，并擠入壓裂地層，形成一個堅固的高滲透防砂礫石屏障，阻擋0.15 mm的油層砂，上提管柱關(guān)閉充填器，反循環(huán)洗凈篩管內(nèi)的礫石。

三、實施及效果

曙4-H104CH井是一口?139.7 mm套管完井的小井眼水平井，使用?118 mm鉆頭側(cè)鉆的水平井，井身質(zhì)量合格，井眼擴(kuò)至?160 mm，?101.6 mm無接箍大通徑套管與?88.9 mm篩管組成的復(fù)合尾管，采用了失水小、流動性好、早強(qiáng)的塑性分散型水泥漿體系，應(yīng)用了關(guān)閉式注水泥器，實施了尾管懸掛碰壓以及加壓平衡候凝工藝固井，下入、懸掛、碰壓、關(guān)閉均一次成功，固井段1 245～1 344 m聲幅值低于20%，封固優(yōu)。過渡段1 344～1 358 m聲幅值5% ～45%，有水泥， 1 358 m以下油層不固井段聲幅值80% ～90%，無水泥，質(zhì)量合格，礫石充填量為篩管外環(huán)空體積的2.3倍，則擴(kuò)散量為1.3倍，施工均一次成功，質(zhì)量一次合格。2016年10月完井，11月投入生產(chǎn)，產(chǎn)量比停產(chǎn)前增加了2.6倍，含水由60%下降到了10%，檢修泵6個月以上，未出現(xiàn)砂卡，而停產(chǎn)前經(jīng)常出現(xiàn)砂卡，不到1個月就得檢修泵，則防砂效果較好，封隔器能卡封到篩管頂部油層內(nèi)，通徑滿足采油工藝及維護(hù)等作業(yè)的需要，含水率低，原油產(chǎn)量明顯提高，效果良好。建成了防砂能力強(qiáng)，便于生產(chǎn)的小井眼側(cè)鉆水平井。

四、結(jié)論與認(rèn)識

(1)?139.7 mm小井眼側(cè)鉆，懸掛?101.6 mm無接箍套管固井與?88.9 mm篩管礫石充填復(fù)合尾管完井是可行的。

(2)優(yōu)質(zhì)合理的井身、井眼及完井液是小井眼側(cè)鉆水平井完井措施安全實施的必要條件。

(3)擴(kuò)孔是增加環(huán)空間隙，提高頂替及充填率，增加水泥環(huán)厚度及承載能力的重要手段。

(4)尾管懸掛是避免尾管柱坐底彎曲損壞，延長油井壽命的有效措施。

(5)碰壓、滑套式關(guān)閉固井工藝是提高質(zhì)量、減少水泥環(huán)損壞、延長油井使用壽命的可靠保障。

(6)加壓平衡候凝是防止水泥漿“失重”引起的水泥環(huán)竄槽的重要措施。

(7)塑性水泥能克服套管的熱應(yīng)力效應(yīng)，增強(qiáng)套管、水泥環(huán)的抗內(nèi)壓承載能力。

[1]張鑫. 水平井及大斜度井的礫石充填[J]. 工業(yè), 2016(11):68.

[2]孫莉, 黃曉川, 向興華. 國內(nèi)水平井固井技術(shù)及發(fā)展[J]. 鉆采工藝, 2005, 28(5):23-26.

[3]蔣海濤, 王益山, 韓振強(qiáng),劉永峰. 小井眼開窗側(cè)鉆井固井工藝技術(shù)[J]. 石油鉆采工藝, 2003, 25(2):29-31.