魏 波， 彭永洪， 熊茂縣， 張安治， 陳 飛， 申川峽, 馬天羽

1中國(guó)石油塔里木油田分公司 2新疆格瑞迪斯石油技術(shù)股份有限公司

0 引言

塔里木油田庫(kù)車山前超深層裂縫型砂巖儲(chǔ)層具有埋藏深(6 000～8 098 m)、地層壓力高(105～136 MPa)、氣產(chǎn)量高(20×104m3以上)等特點(diǎn)[1- 4]，建井時(shí)具有高井控風(fēng)險(xiǎn)，需采用高密度壓井液(1.68～2.20 g/cm3)平衡地層壓力[5- 7]。為滿足作業(yè)井況和工況，完井管柱兼具替液—改造—完井投產(chǎn)一體化功能[8]，針對(duì)油管柱下深存在雙重矛盾，具體表現(xiàn)為：①油管管鞋下深至射孔段中、上部，射孔段下部的高密度壓井液替不出來，造成井筒不清潔，給完井放噴求產(chǎn)時(shí)地面流程帶來堵塞和刺漏的安全風(fēng)險(xiǎn)；②油管管鞋下深至射孔段下部，因地層出砂，高壓氣體攜帶著地層砂會(huì)因油管柱的阻隔，長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)會(huì)發(fā)生沉積而堵塞井筒。D304井因油管管鞋下深至射孔段底界以上11.7 m處，地層出砂、流體流動(dòng)方向受到阻隔造成井筒堵塞，A環(huán)空壓力與油壓壓差超過油管抗內(nèi)壓強(qiáng)度[9]，使油管被擠扁，失去生產(chǎn)能力。因此，研究超深層高壓氣井可溶篩管清潔完井新工藝對(duì)解決實(shí)際生產(chǎn)問題有重要意義。

1 可溶篩管清潔完井工藝原理

可溶篩管清潔完井新工藝的核心在于在產(chǎn)層段配置可溶篩管+丟手短節(jié)，以此來消除管鞋下深引起的替液不清潔和生產(chǎn)的矛盾?？扇芎Y管清潔完井管柱結(jié)構(gòu)從下到上依次是：管鞋+打孔篩管+可溶篩管+丟手短節(jié)+球座+壓裂滑套+完井封隔器+井下安全閥+油管掛。下管柱、換裝采油樹、替液、坐封封隔器時(shí)可溶篩管可溶孔塞是完全密封的，可將可溶篩管作為油管使用，下深至射孔段底界，保證替液的井筒清潔。當(dāng)需要儲(chǔ)層改造、放噴求產(chǎn)時(shí)，管柱中注入酸液溶解可溶篩管上的鎂鋁合金孔，將可溶篩管變成有規(guī)律布孔的篩管，提供井筒液體的流動(dòng)通道。同時(shí)在6～7根可溶篩管之間設(shè)計(jì)一個(gè)直聯(lián)型提拉式丟手接頭，通過銷釘連接，便于后期修井分段打撈油管柱。該管柱工藝要求如下：

(1)對(duì)可溶篩管的工藝要求。為保證替液徹底，管鞋和打孔篩管下至射孔段以下。替液時(shí)要保證可溶篩管的可溶孔塞處于密封狀態(tài)，并滿足一定的承壓能力以應(yīng)對(duì)替液流體流動(dòng)阻力對(duì)可溶孔的強(qiáng)度影響。因可溶篩管要在油基壓井液和環(huán)空保護(hù)液中完成下入、替液等工序，因此要求可溶篩管的可溶孔塞與工作液介質(zhì)具有一定的配伍性，同時(shí)可溶孔塞應(yīng)在酸液規(guī)定時(shí)間內(nèi)完全溶解，以滿足后期儲(chǔ)層改造和生產(chǎn)的需要。

(2)對(duì)丟手短節(jié)的工藝要求。丟手短節(jié)是為了方便后期快捷打撈而設(shè)計(jì)，銷釘能否在設(shè)計(jì)拉力下剪斷對(duì)工藝實(shí)施具有重要作用，需要對(duì)銷釘在設(shè)計(jì)拉力下的被剪切能力進(jìn)行驗(yàn)證。

2 可溶篩管清潔完井工具可靠性實(shí)驗(yàn)

為滿足可溶篩管清潔完井工藝要求，設(shè)計(jì)了可溶篩管和丟手短節(jié)承壓實(shí)驗(yàn)、可溶孔塞溶解實(shí)驗(yàn)及丟手短節(jié)銷釘剪切實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工具的可靠性。

2.1 可溶篩管和丟手短節(jié)承壓實(shí)驗(yàn)

模擬井下工況條件，驗(yàn)證可溶篩管與丟手短節(jié)的密封性。地面組裝試壓接頭+變扣接頭+可溶篩管+丟手短節(jié)+雙極絲堵的試驗(yàn)管串，連接試壓接頭打壓15.3 MPa，穩(wěn)壓15 min，壓降0.1 MPa，試壓合格，驗(yàn)證了可溶篩管與丟手短節(jié)本體的密封性，滿足替液條件。

2.2 可溶孔塞溶解實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證可溶孔塞在井筒液體中的溶解能力。實(shí)驗(yàn)材料為6個(gè)鎂鋁合金材質(zhì)可溶孔塞、4個(gè)同材質(zhì)不同厚度的可溶孔塞試樣，實(shí)驗(yàn)采用液體介質(zhì)為庫(kù)車山前超深層高壓裂縫型砂巖儲(chǔ)層完井時(shí)常用油基壓井液、環(huán)空保護(hù)液、鮮酸,見表1。

表1 可溶孔塞材質(zhì)在不同液體中的腐蝕實(shí)驗(yàn)條件

可溶孔塞浸泡試驗(yàn)結(jié)束后，采用精度0.1 mg的電子天平稱重計(jì)算其失重腐蝕速率：

(1)

式中：Fn—單片腐蝕速率，g/min；Δt—反應(yīng)時(shí)間，min；Δm—試片腐蝕失量，g。

2.2.1 可溶孔塞在油基壓井液和環(huán)空保護(hù)液中的腐蝕結(jié)果

鎂鋁合金材質(zhì)可溶孔塞每組分個(gè)3平行試樣，分別在油基壓井液和環(huán)空保護(hù)液中浸泡不同時(shí)間段，腐蝕速率計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 可溶孔塞材質(zhì)在油基壓井液和環(huán)空保護(hù)液中的腐蝕結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明可溶孔塞在油基壓井液和環(huán)空保護(hù)液中浸泡后其質(zhì)量略有增加，這是因?yàn)樵诟邷丨h(huán)境下試樣表面附著從兩種液體中析出的固體顆粒，同時(shí)也驗(yàn)證了可溶孔塞材質(zhì)不溶于油基壓井液和環(huán)空保護(hù)液，滿足在這兩種液體環(huán)境中下完井管柱、換采油樹、替液和坐封封隔器的作業(yè)要求。

2.2.2 同材質(zhì)可溶孔塞試樣在酸液中的腐蝕結(jié)果

由相同材質(zhì)制成厚度為2 mm、3 mm、4 mm、5 mm的可溶孔塞試樣分別在70 ℃、90 ℃的鮮酸環(huán)境下浸泡30 min，表面均出現(xiàn)明顯腐蝕痕跡,見圖1。

圖1 4種不同厚度的可溶試樣在鮮酸環(huán)境下浸泡30 min后的宏觀形貌圖

在110 ℃、130 ℃、150 ℃的鮮酸環(huán)境下浸泡30 min后完全溶解，試驗(yàn)所用鮮酸是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)常用酸液體系配置而成。試樣在鮮酸中的腐蝕速率隨溫度的變化曲線見圖2。

圖2 不同厚度的可溶孔塞試樣在鮮酸中厚度減薄量隨溫度的變化關(guān)系圖

實(shí)驗(yàn)表明可溶孔塞在70 ℃、90 ℃鮮酸環(huán)境下浸泡30 min未完全溶解，但有效厚度已減薄，強(qiáng)度已降低，隨著作業(yè)時(shí)間延長(zhǎng)和地層溫度恢復(fù)至110 ℃以上，可溶膠塞能夠完全溶解，滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需要。

2.2.3 室內(nèi)模擬可溶膠塞溶解實(shí)驗(yàn)

為較真實(shí)的反映可溶孔塞在井下高溫高壓環(huán)境下的溶解狀態(tài)，模擬管柱在丟手短節(jié)的上端、下端分別設(shè)計(jì)了儲(chǔ)存酸液的上堵頭和下堵頭，當(dāng)試驗(yàn)井溫度升高至設(shè)定溫度時(shí)，管柱內(nèi)加壓推動(dòng)上下堵頭移動(dòng)，釋放酸液進(jìn)入可溶篩管，靜態(tài)反應(yīng)35 min后，管柱內(nèi)壓力突然下降，壓力竄入套管環(huán)空，說明此時(shí)可溶孔塞已溶解，起出模擬管柱檢查可溶孔塞已全部溶解(圖3)。

圖3 可溶孔塞溶解前后對(duì)比圖

2.3 丟手短節(jié)銷釘剪切實(shí)驗(yàn)

為解決砂埋卡管柱打撈難題，在約30 m篩管之間設(shè)置一個(gè)直聯(lián)型提拉式丟手短節(jié)。丟手短節(jié)是通過銷釘固定，機(jī)械提拉剪切銷釘可分段打撈遇卡管柱。丟手短節(jié)能否在銷釘達(dá)到設(shè)定剪切值時(shí)剪斷，對(duì)這項(xiàng)工藝的應(yīng)用至關(guān)重要。

丟手短節(jié)剪切實(shí)驗(yàn)安裝12個(gè)銷釘，設(shè)計(jì)在140 kN條件下剪斷銷釘并順利丟手。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 丟手短節(jié)拉伸試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明拉力載荷逐漸升高，當(dāng)達(dá)到214 kN時(shí)發(fā)生突降，說明丟手短接銷釘在此拉力下發(fā)生剪切斷裂。該試驗(yàn)系統(tǒng)摩阻為69 kN，實(shí)際作用在銷釘?shù)睦?45 kN，滿足試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。

3 可溶篩管清潔完井工藝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 D304井清潔完井施工設(shè)計(jì)

D304井可溶篩管清潔完井工藝管柱結(jié)構(gòu)從下往上依次為：?88.9 mm管鞋×0.14 m+打孔篩管×2.44 m+?88.9 mm可溶篩管管柱×125.77 m(可溶篩管×30.73 m+丟手短節(jié)×1.81 m+可溶篩管×30.73 m+丟手短節(jié)×1.81 m+可溶篩管×30.73 m+丟手短節(jié)×1.81 m+可溶篩管×26.34 m+丟手短節(jié)×1.81 m)+變扣×0.28 m+坐封球座×0.43 m+變扣×1.05 m+?88.9 mm油管+變扣+?177.8 mm TNT封隔器+油管組合+?101.6 mm井下安全閥+油管掛。

3.1.1 可溶篩管管柱設(shè)計(jì)

D304井一次完井油管柱位于射孔底界以上11.7 m，二次完井優(yōu)化配置油管柱管鞋，位于射孔底界以下2.7 m，其中射孔段(跨度118 m)全部配置可溶篩管管柱(管柱長(zhǎng)125.77 m)。每6～7根可溶篩管設(shè)計(jì)一個(gè)直聯(lián)型提拉式丟手短節(jié)接頭，打孔篩管設(shè)計(jì)下深至射孔段底界以下，提供替液流動(dòng)通道。采用反替液方式，從油套環(huán)空注入隔離液+環(huán)空保護(hù)液反替油基壓井液，經(jīng)打孔篩管篩孔進(jìn)入油管柱內(nèi)流至地面回收，此時(shí)需要保證打孔篩管上部的可溶篩管可溶孔塞的密封性，若出現(xiàn)可溶孔塞不密封就會(huì)導(dǎo)致一部分流體分流，造成射孔段下部的高密度油基壓井液替出不徹底而污染井筒。為了滿足替液要求，可溶篩管送入井前要逐根試壓15 MPa，可溶孔塞密封圈滿足溫度180 ℃的工作環(huán)境，到井后再進(jìn)行逐根檢查，確認(rèn)可溶孔的完好性。同時(shí)，為了使可溶孔塞更好在酸液中完全溶解，可溶孔塞選擇具有酸腐蝕性的金屬螺栓(鎂鋁合金)+耐高溫橡膠密封件。可溶篩管設(shè)計(jì)為16孔/m，孔徑16 mm，每根84孔，每根泄流面積16 880 mm2，是一次完井油管+壓裂滑套泄流面積的2.3倍。射孔段共配置27根可溶篩管，每根孔數(shù)與射孔槍孔數(shù)一致，可有效降低后期儲(chǔ)層改造和生產(chǎn)時(shí)期的流體流動(dòng)阻力。此外，可溶篩管管柱配置的丟手短節(jié)全長(zhǎng)1.81 m，設(shè)計(jì)18個(gè)銷釘孔，每顆剪斷力11.7 kN，需上提拉力210 kN以上，方可提拉斷銷釘，實(shí)現(xiàn)可溶篩管管柱分段打撈。生產(chǎn)區(qū)塊地層中普遍含二氧化碳?xì)怏w，可溶篩管管柱材質(zhì)設(shè)計(jì)為超級(jí)13鉻材質(zhì)，滿足防腐要求。

3.1.2 坐封球座設(shè)計(jì)

因可溶篩管抗內(nèi)壓低，需在可溶篩管上部配置封隔器坐封球座，以滿足封隔器坐封壓力。

3.2 D304井清潔完井施工過程

3.2.1 下可溶篩管管柱

可溶篩管入井前，對(duì)照其工具說明書逐一核實(shí)其尺寸、壁厚、抗內(nèi)壓強(qiáng)度、抗外擠強(qiáng)度、可溶孔數(shù)、溶孔尺寸以及溶孔的完好性，以確保滿足后續(xù)替液、酸化作業(yè)的要求。采用?67 mm專用通井規(guī)逐根通徑，防止可溶篩管本體變形或殘留堵塞物而影響后續(xù)施工?？扇芎Y管屬無接箍的直連管，下入時(shí)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行雙安全卡瓦保障措施，合理控制上扣扭矩，確保施工安全。

3.2.2 替液、坐封封隔器

完井管柱在井口成功懸掛、換采油樹后，采用1.49 g/cm3過渡漿10 m3+ 1.05 g/cm3凝膠隔離液10 m3+1.15 g/cm3環(huán)空保護(hù)液反替出井內(nèi)1.76 g/cm3油基壓井液，泵壓5 MPa↗48 MPa↘36.4 MPa，控制回壓0 MPa↗48 MPa↘36 MPa，排量80～250 L/min。通過循環(huán)液量、時(shí)間、壓力變化情況粗略推算循環(huán)深度為打孔篩管深度，說明可溶篩管替液時(shí)溶孔完好，實(shí)現(xiàn)了替液充分的目的，保證井筒清潔。替液完成后，從采油樹清蠟閘門上部投?42 mm鋼球，候球入座，逐級(jí)打壓坐封封隔器，并反驗(yàn)封確認(rèn)封隔器坐封合格，正打壓擊落球座，提供地層地面連通通道。

3.2.3 酸液溶蝕可溶篩管溶孔并進(jìn)行酸壓改造

先采用滑溜水激活近井地帶的天然裂縫系統(tǒng)，提供地層進(jìn)液孔道，后泵注能鋪滿可溶篩管管柱內(nèi)外容積的前置酸液，前置酸液配方為：12%HCl+3% HCOOH+5.1%緩蝕劑(3.4%主劑，1.7%輔劑)+其他添加劑，停泵60 min使可溶篩管可溶孔塞充分溶解，溶解完成后繼續(xù)進(jìn)行酸壓改造。

3.2.4 放噴求產(chǎn)

酸壓改造后關(guān)井6 h，使酸巖充分反應(yīng)。開井放噴排液、放噴求產(chǎn)后轉(zhuǎn)為生產(chǎn)。

3.3 D304井清潔完井應(yīng)用效果

D304井通過下可溶篩管管柱替出井內(nèi)高密度油基壓井液并進(jìn)行酸壓改造增產(chǎn)，經(jīng)過?5 mm油嘴放噴求產(chǎn)，油壓83.6 MPa，日產(chǎn)氣29.5×104m3，較一次完井油壓增長(zhǎng)了18.8 MPa，氣產(chǎn)量增加了1.27倍；較2014年開井時(shí)油壓增長(zhǎng)了6.1 MPa，氣產(chǎn)量增加了2.34倍。自二次完井投產(chǎn)至今，油壓和氣產(chǎn)量穩(wěn)定。該井的常規(guī)完井管柱和可溶篩管完井管柱應(yīng)用對(duì)比見表3。

表3 D304井常規(guī)完井管柱與可溶篩管完井管柱應(yīng)用對(duì)比表

該工藝先后在庫(kù)車山前超深層裂縫型砂巖儲(chǔ)層高壓氣井一次完井、二次完井中投入使用超8井次，應(yīng)用效果顯著，工藝成功率100%。具體該工藝應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)表見表4。

表4 可溶篩管清潔完井工藝應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

(1)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用均證明可溶篩管清潔完井新工藝技術(shù)的有效性與可行性，在射孔段下可溶篩管柱，有效解決了油管柱下至射孔段中、上部替液不徹底和下至射孔段下部提高流動(dòng)阻力的矛盾。

(2)與射孔段下油管柱相比，可溶篩管柱設(shè)計(jì)為16孔/m，孔徑16 mm，顯著提高了流體的泄流面積，降低了酸化改造時(shí)液體流入地層的阻力和生產(chǎn)時(shí)地層流體的流動(dòng)阻力，酸化后油壓、氣產(chǎn)量得到明顯的提高，同時(shí)投產(chǎn)后油壓、氣產(chǎn)量也更加穩(wěn)定。

(3)相比常規(guī)完井工藝管柱結(jié)構(gòu)，可溶篩管清潔完井工藝管柱主要變化在封隔器下部，對(duì)管柱承壓能力要求較小，帶可溶孔塞的可溶篩管能夠滿足替液等工藝要求，且工藝簡(jiǎn)單，便于現(xiàn)場(chǎng)操作，先后投入應(yīng)用8井次，工藝成功率達(dá)到100%，為該工藝的持續(xù)推廣奠定了良好基礎(chǔ)。