澤43-12x井垮塌段雙封雙承托完井管柱設(shè)計與應(yīng)用

王秀影 胡書寶 張勇 蔣本強 沈家訓(xùn) 邱愛民

1.中國石油大學(xué)（華東）；2.華北油田公司工程技術(shù)研究院；3.華北油田公司開發(fā)事業(yè)部；4.渤海鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院

澤43-12x井隸屬于澤43斷塊，鉆遇地層從上到下依次為平原組、館陶組、東營組、沙河街組、孔店組、奧陶系、寒武系，含油層位為下第三系沙三段及奧陶系峰峰組、馬家溝組。該井設(shè)計井深4 200 m，三開井身結(jié)構(gòu)，一開?444.5 mm鉆頭鉆進，?339.7 mm表層套管下深600 m，封固平原組；二開?241.3 mm鉆頭鉆進，揭開奧陶系3～5 m下?177.8 mm技術(shù)套管，封隔潛山頂上部地層；三開?152.4 mm鉆頭潛山專打，完井方式根據(jù)鉆開儲層情況確定。實鉆二開揭開潛山面時，通井循環(huán)過程中發(fā)生失返性漏失，孔店組泥巖蓋層井壁垮塌，給后續(xù)完井作業(yè)帶來極大挑戰(zhàn)。該區(qū)鄰井的鉆探表明，奧陶系儲層裂縫、溶洞發(fā)育，地層交界不整合面-風(fēng)化殼鉆井過程中多次發(fā)生失返性漏失［1］，部分井繼發(fā)井涌和卡鉆等復(fù)雜事故，一旦多次通井劃眼不成功只能采取填井側(cè)鉆［2］。為此，開展了非固井封隔完井工藝研究，設(shè)計應(yīng)用雙封雙承托完井管柱，保證了后續(xù)作業(yè)的順利，也為同類型井的完井積累了經(jīng)驗。

1 井況概述

Well summary

澤43-12x井潛山頂斜深3 836 m，二開鉆至3835.61 m時，通井循環(huán)過程中發(fā)生失返性漏失，孔店組底部泥巖蓋層井壁垮塌，井下形成橋塞，下鉆分段循環(huán)攜砂至3 813 m，提前下技術(shù)套管至3 810.77 m，利用砂橋承壓固井［3-4］，測固井質(zhì)量合格后，三開鉆至目的層位3919 m裸眼完井。根據(jù)測錄井解釋結(jié)果顯示，該井二開3 672 m以上Es3段有油層13.4 m/2層，油水同層33.6 m/8層，油頂位于3 390.6 m，油底位于3672.0 m，產(chǎn)層后期需射孔開發(fā)；潛山頂3 836～ 3 848 m包含3個Ⅰ類儲層和1個Ⅲ類儲層需裸眼開采。但二開底部24.84 m未封固泥巖段后期存在井壁垮塌、掩埋潛山儲層的風(fēng)險。

2 完井技術(shù)難點

Technical difficulties of well completion

針對類似井以往有2種做法：（1）對未封固的第三系泥巖層采取先墊石灰乳封堵漏層，然后懸掛尾管固井［5］，封隔套管鞋至潛山的泥巖地層；（2）采用尾管加封隔器反擠水泥固井工藝［6］，即在尾管串的下部使用可鉆的盲板引鞋加封隔器，并使封隔器剛好下過潛山第一漏層非主力油層，然后自尾管喇叭口向尾管重疊段與井眼環(huán)形空間反擠水泥固井。前者易對潛山頂部儲層造成嚴重污染，后者雖避免了因石灰乳堵漏和水泥漿對儲層的傷害，但對于因垮塌而形成的“大肚子”井眼封固質(zhì)量難保證，存在層間互竄的風(fēng)險［7］。為此提出尾管懸掛一趟管柱多套層系非固井封隔完井方案，即在二開產(chǎn)層下部套管內(nèi)使用雙向懸掛器懸掛管串，在未封固段上下分別組合使用壓縮式封隔器和水力擴張式封隔器對未封固段封隔，同時在未封固段底部使用承托工具承托掉落巖屑，進一步確保下部封隔器的封隔效果。該完井方案主要存在以下難點。

（1）Es3段底部與O2s段頂部儲層間距僅164 m，封隔段短，尾管懸重較輕，懸掛、丟手操作不容易判斷［8］。

（2）尾管懸掛器坐掛及封隔器坐封一體化管串，懸掛器坐掛壓力、封隔器坐封壓力、球座剪切壓力互相影響，容易發(fā)生提前坐掛、坐封等現(xiàn)象［9］。

（3）水力擴張式封隔器密封膠筒較長，具有較好的密封能力，但介質(zhì)為非凝液體，隨著時間延長由于橡膠老化等原因，將失去密封效果［10］，而且承壓相對較低；機械壓縮式封隔器通過擠壓多段膠筒，膨脹后形成永久密封，雖承壓能力高，但膠筒短，密封段短。

（4）沙河街砂巖儲層需采用射孔開采，奧陶系儲層采用裸眼開采，多套儲層并存且?guī)r性不一，完井管柱長度受儲層限制。

（5）紫紅色泥巖蓋層由于剝落垮塌，造成井徑異常擴大［11］（預(yù)計井徑大于?300 mm），常規(guī)過?177.8 mm套管的?152.4 mm裸眼管外封隔器，膠筒坐封最大外徑僅為220 mm，不能有效阻擋泥巖段的剝落掉塊。

3 完井技術(shù)對策

Technical countermeasures of well completion

3.1 尾管懸掛器優(yōu)選及校核中和點

Selection and check neutral point of liner hanger

根據(jù)該井的井身結(jié)構(gòu)，采用?177.8 mm 套管，懸掛鋼級N80、壁厚9.19 mm、?127 mm尾管，加固后內(nèi)通徑為108.6 mm。優(yōu)選具有兩套坐掛機構(gòu)的雙獨立液缸、兩組三排卡瓦系統(tǒng)反向裝配的雙向錨定尾管懸掛器，以確保有足夠的摩擦力保證懸掛和倒扣作業(yè)的順利進行，確保一次坐掛成功率［12］。通井刮管時，對上部鉆具重力測量；下完套管后校核管串中和點及摩阻，為丟手判斷提供可靠數(shù)據(jù)。

3.2 工具壓力級別設(shè)計

Design of pressure level of tools

為防止管串入井過程中懸掛器提前坐掛，懸掛器坐掛壓力不能過低，根據(jù)經(jīng)驗，懸掛器坐掛壓力設(shè)定為8 MPa。為避免懸掛器坐掛及封隔器坐封前球座剪釘先剪斷，管串采用同通徑階梯壓力［13］設(shè)計，懸掛器坐掛壓力、封隔器坐封壓力、球座銷釘剪切壓力依次壓力差應(yīng)達到4 MPa、6 MPa，分別為尾管懸掛器8 MPa、封隔系統(tǒng)及巖屑支撐系統(tǒng)12 MPa、球座憋脫壓力18 MPa。

3.3 地層封隔系統(tǒng)設(shè)計

Design of formation sealing system

垮塌段上部采用壓縮式封隔器與水力擴張封隔器組合使用，綜合壓縮式封隔器承壓能力高、水力擴張式封隔器補償性好、密封性好、使用簡便的優(yōu)點，確保管串封隔效果。

3.4 巖屑承托與壓縮式封隔器一體式工具設(shè)計

Design of integrated tool of cuttings retainer and compression packer

承托工具在上部，起到封隔上部垮塌井眼，防止上部垮塌泥巖落入井筒的作用；壓縮式封隔器在下部，膠筒膨脹后可以實現(xiàn)封隔潛山裸眼段地層及阻擋巖屑下落雙效功能，結(jié)構(gòu)見圖1。

該工具總長1.5 m，本體和膠筒最大外徑148 mm（小于外層套管內(nèi)徑），坐封最大外徑487 mm，內(nèi)通徑108.6 mm（匹配尾管內(nèi)徑），接頭連接絲扣匹配尾管絲扣，完成坐封最小壓力12 MPa，本體材質(zhì)P110（同尾管鋼級）。

承托工具設(shè)計采用65Mn、0.8 mm彈簧鋼精密鋼帶［14］，帶寬30 mm，使用鋼片232根，具有承托力大、承托面積大的特點，坐封后最大外徑可達487 mm，承托力最低50 kN（表1），能夠滿足該井施工要求（24.84 m泥巖體按最大外徑487 mm、巖石密度2.55 g/cm3計算，重約44 kN），外緣可隨井壁情況進行自動調(diào)節(jié)。其工作原理為：管串到位以后，投入坐封球，憋壓至設(shè)定壓力，同時剪斷剪銷5與剪銷11，2組活塞系統(tǒng)同時推動承托傘7與壓縮膠筒13，打開巖屑承托系統(tǒng)和封隔系統(tǒng)，完成永久坐封。圖2為承托工具坐封后狀態(tài)。

圖1 巖屑承托與壓縮式封隔器一體式工具Fig. 1 Integrated tool of cuttings retainer and compression packer

表1 坐封外徑與承托巖屑能力的對應(yīng)關(guān)系Table 1 Relationship between setting external diameter and cuttings support capacity

圖2 承托工具坐封后狀態(tài)Fig. 2 State of retaining tool after setting

壓縮式封隔器具有彈性保護套，膠筒膨脹后最大外徑可達213 mm，在?152 mm井眼段可以實現(xiàn)有效的地層封隔及阻擋巖屑下落。其坐封后狀態(tài)見圖3。

3.5 憋脫式引鞋球座設(shè)計

Design of ball seat of hold-off guide shoe

憋脫式引鞋球座本體上設(shè)計有45°導(dǎo)引坡角［15］（見圖4），起下油管不受影響。 管串下入導(dǎo)引及各工具憋壓操作時起承壓作用，所有工具作用實現(xiàn)后，通過憋壓使導(dǎo)引球芯落入井底，無需鉆除。

圖3 壓縮式封隔器坐封后狀態(tài)Fig. 3 State of compression packer after setting

圖4 憋脫式引鞋球座Fig. 4 Ball seat of hold-off guide shoe

4 現(xiàn)場應(yīng)用

Field application

澤43-12x井二開技術(shù)套管利用砂橋承壓固井合格后，三開采用控壓鉆井技術(shù)，?152.4 mm 鉆頭鉆至3 919 m。為防止井壁垮塌掩埋儲層及固井對潛山儲層的污染，應(yīng)用雙封雙承托完井管柱對?177.8 mm套管、坍塌井段及?152.4 mm潛山裸眼共3種不同直徑的井眼進行封隔，管柱自上而下分別為：液壓式雙作用尾管懸掛器+套管+壓縮及水力擴張復(fù)合式地層封隔器系統(tǒng)＋套管＋巖屑承托與壓縮式封隔器一體式工具+憋脫式引鞋球座，完井管串入井深度見圖5。

4.1 施工過程

Construction process

在?177.8 mm套管內(nèi)利用尾管懸掛器下?127 mm尾管至潛山界面處，將二開未封固井段進行封隔，建立潛山儲層油氣通道，完井管串頂部即懸掛器位于Es3油底以下；在懸掛器下方?177.8 mm井筒內(nèi)下入雙地層封隔系統(tǒng)，封固?177.8 mm與?127 mm套管環(huán)空；在二開垮塌裸眼段底部下入巖屑承托與壓縮式封隔器一體式工具，承托掉落巖屑。

（1）坐掛雙作用尾管懸掛器：投球、低泵沖小排量開泵憋壓至10 MPa，穩(wěn)壓2 min，下放懸重740 kN下壓至550 kN，坐掛成功。

（2）坐封雙封系統(tǒng)及巖屑承托與壓縮式封隔器一體式工具：憋壓14 MPa，穩(wěn)壓4 min；繼續(xù)打壓至16 MPa，穩(wěn)壓 3 min。

圖5 完井管串入井深度示意圖Fig. 5 Schematic setting depth of completion string

（3）憋脫球座：憋壓18～20 MPa，壓力突降，判斷球座已憋脫。

（4）丟手：倒扣，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)10圈，回轉(zhuǎn)2.5～3.5圈，累計共轉(zhuǎn)30圈，上提懸重由1 060 kN變?yōu)? 020 kN（下入鉆柱浮重），判斷倒扣成功。

4.2 施工效果

Construction results

澤43-12x 井于2016年7月采用非固井封隔完井后自噴投產(chǎn)，投產(chǎn)初期?7 mm油嘴日產(chǎn)油60.8 t/d，?20 mm孔板日產(chǎn)氣24 405 m3/d；?9 mm油嘴日產(chǎn)油124.4 t/d，?25.4 mm孔板日產(chǎn)氣53 221 m3/d。截至2016年12月累計產(chǎn)油2 531.66 t，累計產(chǎn)氣983 310 m3，2017年8月因生產(chǎn)管柱卡進行修井施工時，進行了探人工井底，未發(fā)現(xiàn)出砂現(xiàn)象，證明封隔工藝成功。目前該井仍正常生產(chǎn)。

5 結(jié)論與建議

Conclusions and suggestions

（1）雙封雙承托完井工藝有效解決了因蓋層井壁垮塌無法實現(xiàn)地層有效封隔的完井難題，突破了固井封隔思維的局限，達到了預(yù)期的效果，為同類油藏的開發(fā)積累了經(jīng)驗。

（2）巖屑承托與壓縮式封隔器一體式工具是實現(xiàn)地層有效封隔及阻擋巖屑、保障油氣井正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。

（3）同通徑階梯壓力完井管串設(shè)計，施工簡單可靠，對今后多工具組合設(shè)計具有借鑒意義。

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