摘 要:井眼清潔技術是水平井鉆完井技術的關鍵之一,也是決定油井產量的重要因素。渤海某油田綜合調整于2013年開始正式實施,共布井102口井,約有2/3為水平生產井。因此研究并總結水平井洗井工藝技術,對提效增產有著至關重要的影響。文章從渤海某油田水平井洗井存在的難點著手,分析總結了影響水平井洗井效果的因素,并針對上述影響因素提出了相關的工藝措施,形成了包括水平井洗井方式優選、洗井管柱和洗井液優化在內的工藝技術體系。
關鍵詞:洗井;影響因素;優化;調整井
水平井鉆完井技術已經成為目前石油勘探開發領域的重點進技術,但目前這一技術還不夠完善,其中,水平井的井眼清洗是影響該技術運用的主要難點之一[1]。井眼清潔的好壞直接關系到水平井后續作業的難易程度和產量高低。渤海某油田綜合調整井多采用215.9mm裸眼中下入過濾篩管的完井方式,水平段鉆井結束后,在上部套管段內下入洗井管柱,對上部套管段內沉積巖屑和管壁進行清洗。文章從渤海某油田水平井完井工藝實踐出發,對水平井洗井工藝進行技術總結和研究。
1 水平井完井洗井效果影響因素[2-5]
1.1 井斜角
在近直井段內,巖屑的運移情況與垂直井中的效果基本相同。在小斜度井段內(10~30°)一般形成不穩定的巖屑床。在中斜度井段內(30~60°),巖屑下沉到井壁下側的機會增多,隨著井斜角的增大,環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,對著井斜角的增大,巖屑濃度和巖屑床厚度急劇增加,在55~60°范圍內,巖屑床厚度及巖屑濃度達到最高值。在大斜度井段內(60~90°),巖屑在下井壁處形成的巖屑床基本穩定,這一井段內的巖屑濃度一般高于近直井段及小井斜井段,但比中斜度井段低。
1.2 井眼軌跡
由于叢式井的防碰繞障需要,造成上部套管段內井眼軌跡多變,不利于巖屑的清除。
1.3 管柱偏心
在井斜較小的環空內,管柱偏心度對巖屑運移產生的影響很小。在井斜較大時,由于管柱偏心,小間隙處的環空返速大大降低,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,懸浮穩定性越差,越易在下井壁處形成巖屑床,從而造成洗井困難。
1.5 環空返速
環空返速的大小直接影響環空中巖屑的運移方式、狀態和濃度。環空返速低時環空中的巖屑濃度極大,環空壓降也高,隨著返速的增加,巖屑濃度減小,環空壓降降低,當環空返速上升到一定值時,盡管巖屑濃度仍在減少,但環空壓降卻開始上升。
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。
2 常規洗井缺點分析與工藝優化
2.1 洗井方式
渤海灣油田以前常用管柱相對靜止的洗井方式,其優點在于操作簡單,但因循環位置相對固定,對巖屑床破壞力度有限,清洗效果較差。在大斜度井段和水平井段低邊,由于管柱偏心,管柱貼于下井壁,將巖屑床壓住。這種偏心環空造成下井比處于低速區,顆粒較大巖屑在此處沉積,靜止循環洗井不能很好的將此部分巖屑帶出井筒,降低了清洗效果,國內外研究表明,在水平井中采用旋轉管柱的方式有利于清除巖屑,旋轉管柱時,將下井壁沉積的巖屑推入流動的洗井液中,然后被攜帶出井筒。基于以上原因分析,渤海某油田在完井過程中,將洗井管柱下到位之后,洗井的同時,接上頂驅,上下活動管柱并低速(20~30rpm)旋轉,刮擦井壁并破壞巖屑床。
2.2 洗井液優選
渤海油田完井傳統洗井液多采用以海水為基液所配置,海水經加重后采用二級(2μm)過濾后濁度達到30以下,然后經泥漿泵打入井筒內,返出液經過相同的過濾方法重復利用,直至返出口液體在連續半小時內濁度小于70后為達標。由于海水的流變性較差,井筒內沉積的大顆粒狀巖屑不易被攜帶出井筒,造成洗井效率降低。
渤海某綜合調整井在實施過程中,采用“二次洗井”方式。洗井管柱下至預定位置后,利用原始的鉆井液進行大排量正循環洗井至少一個井筒容積,返出液經過高目數振動篩布(170目以上)過濾,由于鉆井液優良的攜砂性能,充分的將井筒中的巖屑顆粒攜帶出井筒,清除了巖屑床。一次洗井結束后,改用以過濾海水為基液配置的洗井液再次洗井,此方法與傳統洗井方式相同,嚴格對入井洗井液濁度把關。經過實踐證明,“二次洗井”法提高了洗井效果,并縮短了總的洗井時間。
2.3 洗井管柱優化
常規洗井管柱組合多為:“鉆頭+套管刮管器+鉆桿”的組合方式,由于刮管器的外徑較大,不能夠進入套管浮箍,因此鉆頭最大下入深度只能到浮箍頂部,這樣浮箍以下套管段內的巖屑達不到一個清洗的效果,而此段為水平段,巖屑沉積風險較大,對防砂工具和管外封隔器的下入造成一定風險。鑒于此風險,渤海某油田在完井過程中,調整管柱組合,改為“鉆頭+鉆桿單根+刮管器+鉆桿”,刮管器以下鉆桿單根和鉆頭可以深入到浮箍以下,達到清洗管鞋附近井段的目的,根據浮鞋與頂部浮箍之間套管段的長度,可以調整刮管器下部鉆桿單根的數量,使鉆頭盡可能下深,確保清洗干凈。
2.4 井口裝置清洗
井口裝置內徑較下部套管段大,同時內腔有不規則狀臺階,巖屑在返出過程中易在井口裝置內腔沉積形成泥塊并粘附在內壁上,不易返出,降低洗井效率。針對此問題,洗井結束在洗井管柱起鉆至井口后,單獨下入沖洗工具,大排量循環洗井液,使洗井液井經過沖洗工具從徑向高速噴出,對防噴器內腔粘附的泥塊和沉砂產生水力沖擊,達到快速清洗干凈的目的。
2.5 套管內壁刮削
上部套管段在鉆井液或海水的長期浸泡之后,會在內壁形成鐵銹和類似苔蘚的附著物,液流的大力沖砂達不到徹底清洗的目的。渤海油田在完井作業過程中優選出了兩種類型的套管刮削器,俗稱“刮管器”,該設備利用彈簧力使金屬刮刀撐在套管內壁上,隨著管柱的上下移動將內壁上的附著物刮削下來,同時配合堿性洗井液(一般為燒堿配置的水溶液或者利用專用套管清洗劑)使用,降低固相顆粒在套管內壁的附著力。
3 前景與展望
洗井在完井作業中是一個不可或缺的環節,洗井的結果關乎作業的安全和油井的產量,合理的洗井方式不僅能夠達到清洗井筒的目的,還會提高作業時效。渤海油田在開發過程中總結一套適用于海上油田的洗井方式,相信隨著科技的進步與發展,新式的洗井設備和專用洗井液會應運而生,目前國外石油技術公司已經研制出高效洗井液,并且已投入商業使用。綜合成本與時效的考慮,優選洗井方式是一項值得繼續研究的課題。
參考文獻
[1]范白濤,鄧建明.海上油田完井技術和理念[J].石油鉆采工藝,2004(3).
[2]薛麗娜.水平井洗井工藝技術研究[J].天然氣技術,2007(4):31-34. [3]張好林,李根生,黃中偉,等.水平井沖砂洗井流體流速研究[J].科學技術與工程,2014,14(12).
[4]張好林,李根生,黃中偉,等.水平井沖砂洗井技術進展評述[J].石油機械,2014(3).
[5]馬林虎.定向井和水平井中巖屑攜帶試驗研究[J].石油鉆采工藝,1989(2).
作者簡介:王波,男,工程師,畢業于西南石油大學石油工程專業,主要從事海洋石油完井技術監督工作。