水平井大斜度段鉆磨永久懸掛封隔器除理關鍵技術研究與應用

周瑞立

(中國石化華北油氣分公司 石油工程技術研究院，河南 鄭州 450006)

鄂爾多斯盆地柳楊堡氣田，緊鄰蘇里格氣田西南側，地理位置上位于陜、蒙、甘三省交界處。柳楊堡氣藏疊合發育多套氣層，主力氣層為盒1和太2，縱向上交錯疊置[1-4]。氣田尚處于評價開發初期，前期直井評價太2儲層為整裝氣田，為加快評價步伐，采用水平井進行評價，采用預置管裸眼完井壓裂共施工6井，壓裂試氣均無工業氣流，且產水大，日均產液85m3/d，經分析認為水層。而同期評價的5口盒1段氣井，平均無阻2.2×104m3/d，產液5.03m3/d，經評價為工業氣層，為加快盒1的評價步伐，提高氣井利用率，針對疊合發育盒1的太2水平井(LP1T、LP4T和LP7T井)采取上返壓裂評價盒1的儲量。

氣田水平井均采用預置管裸眼完井，永久式懸掛器深度3 737～3 811 m，而盒1段平均埋深在3 827～3 901 m，因此改造盒1需鉆磨處理懸掛器，打撈部分41/2＂套管。由于懸掛器所在造斜位置，所處井斜角40°左右。其中鉆磨懸掛器成為施工重點與難點。因為鉆磨過程，受重力及自身重量影響，鉆磨工具靠近套管底部，易導致鉆磨損傷套管，影響盒1段后期改造。為降低施工風險及難度，需要細化方案設計、優選工具、優化施工作業參數才能保證鉆磨作業安全順利的完成。

1 水平井造斜段鉆磨懸掛器大修難點分析

水平井受井眼軌跡影響，相對于常規井具有井斜角大，連續增斜井段長等特點。由于水平井井眼軌跡的特殊性，致使造斜段鉆磨、鉆磨工具串與管柱發生變化，作業時井口施加的扭矩和拉力很難傳遞到魚頂位置，常規鉆磨措施無法實施。因井眼軌跡影響，鉆頭及鉆磨工具串易靠近低部位，采取磨銑工藝時，地面的扭矩很大，環空縫隙小，磨銑工具易損傷套管。因此要完成水平井造斜段磨銑工藝的實現，必須對鉆磨工具施力方式和鉆頭進行設計和改進。綜合以上分析修井難點表現以下方面：

1)受井眼軌跡限制，常規井下工具、管柱難以滿足水平井造斜段修井要求；2)水平井摩阻大，扭矩、拉力和鉆壓傳遞損失大；3)鉆磨工藝難度大，套管磨損問題突出，套管保護難度大[5,6]。

2 水平井鉆磨懸掛器鉆磨工具優化及施工參數優化研究

2.1 磨銑的工具選擇與改進

在預置管完井上返處理井下復雜情況過程中，因懸掛器為永久性封隔器，無法解封提出，只能采取鉆磨或套銑方式解封后提出來，由于該工具處于40°井斜角，而鉆磨處理井內懸掛器成為本次修井的關鍵技術。

1)破損套管

水平井造斜段井況變化比較大，磨鞋工具貼近套管的底邊工作，因此，在造斜段使用磨銑工具，其側面不能有硬質合金，磨鞋邊部的硬質合金應小于其本體，防止工具在旋轉作業過程中損傷套管。

2)磨偏

偏磨是在大斜度段中普遍表現中的一個問題，鉆具靠在下井壁上，鉆磨時容易產生偏磨，使被磨的落魚磨偏，留下大塊鐵皮，又無法通過強磁，沉淀杯撈獲。大量雜物堆積，形成鐵片之間的互相研磨，極大地影響后期鉆磨效率。

為降低鉆磨懸掛器過程中磨鞋對套管磨損，防止因井斜工具下沉，鉆磨懸掛器時，磨損7＂套管影響后期盒1層壓裂改造，優化領眼磨鞋的領眼外徑95 mm，略小于懸掛器內通徑98 mm；同時優化高效領眼磨鞋側面不能有硬質合金，且磨鞋邊部的硬質合金應小于其本體，見圖1。

2.2 造斜段鉆磨工藝施工參數的優化

2.2.1 鉆壓工作參數的確定

磨鞋工作時有許用鉆壓，主要保證鉆磨時切削合金的受力控制在一定強度內。許用鉆壓的確定與合金性能和磨鞋的結構形式有關。由于磨銑復雜，許用鉆壓并非有一個固定的值,通常由實踐數據中獲得。一般采用高效磨鞋推薦的許用鉆壓推薦為25～30 KN,使用過高的鉆壓除了可能造成合金研磨損壞外，還會產生較大的連續鐵屑,引發循環攜帶問題。同時在大鉆壓下，被磨銑的油管一部分不是被磨掉，而是大塊地撕掉，由此產生大量大塊鐵屑。這些鐵屑由于無法正常循環出井聚集在磨鞋中心，加劇磨鞋中心的磨損，直至形成深坑或是將磨鞋中心掏空,大量鐵屑參與重復磨銑，還使磨銑工況變得不穩定，出現鱉跳鉆現象，合金沖擊變大，合金被擊碎脫落，使磨鞋表面形成鏡面。

由圖2可以看出，隨著鉆壓的增加，磨銑速度也隨之增加，鉆壓的增加，會使磨鞋磨損老化加快。統計數據顯示，當磨銑鉆壓為3T時，磨銑速度最快。研究認為：選取鉆壓為3T，考慮到造斜段井身軌跡特點，磨鞋易磨損，開鉆前半小時鉆壓應控制在2T以內，然后平緩增加到3T，無進尺也無扭矩時，可適當增加至4T。

2.2.2 循環排量工作參數的確定[7,8]

鉆磨作業時，為了保證循環效果，應合理選擇循環修井液密度和粘度等，滿足循環條件，使鉆磨作業以便造成鐵屑的充分攜帶。因為太2層位非有效儲層，后期不再開發，為降低成本，采用清水作為修井液，為防止大塊落物不能返排出來，影響鉆進，在優化鉆具組合時鉆鋌下部增加沉淀杯，采用沉淀杯輔助打撈在一定程度可彌補這個缺陷。

由圖3可以看出，排量增加，磨銑速度也增加，是因為在磨銑施工中由于低排量造成磨銑產生的碎屑不能及時返離井底，導致重復磨銑，降低了磨銑進度，嚴重的可導致金屬碎塊卡鉆事故發生，排量達到500 L/min時，增加排量對磨銑速度貢獻不大。由于施工過程中采用清水作為修井液，在磨銑時，在設備額定工況許可下盡可能提高排量，所以循環排量為600～900 L/min比較合理。

2.2.3 鉆速工作參數的確定

磨鞋工作時存在一個推薦轉速，試驗數據表明，轉速增加，磨銑速度將同步增加。磨銑轉速不影響合金性能，不影響循環的效果，使用較高轉速有利于提高磨銑速度。在同樣磨銑速度下，提高轉速可以相應降低鉆壓，以保持良好的磨銑工況。

由圖4可以看出，鉆速增加，磨銑速度也隨之增加，當鉆速達70～80 r/min時，鉆速增加，磨銑速度增加變緩，考慮到設備承受能力以及防止造斜段鉆具磨損套管等因素。研究認為：轉速在有蹩跳的情況下，應控制在50 r/min以內；在無蹩跳的情況下，可適當提高至60～70 r/min，尤其是高效磨鞋，盡量低鉆壓高鉆速，以提高鉆磨效率。

綜上所述，柳楊堡氣田鉆磨懸掛器過程中，因井下工具的可鉆性差，而造成磨銑速度低，且效果差。采用優質高效領眼磨鞋，該磨鞋壽命是普通磨鞋的3倍，磨銑鉆壓為3T，循環排量為600～900 L/min，鉆速控制在50 r/min以內效果較佳。

3 LP1T井實施情況與效果

3.1 概況

LP1T井是柳楊堡氣田一口評價水平井，該井完鉆深度5 126 m(垂深3 920.43 m)，評價層位石炭系太原組太2段，采用預制管裸眼完井，經儲層改造后測試2 339.33 m3/d，日產液83.8m3/d，累排液5217.42 m3，返排率147.71%。因產液較大，無法達到經濟開發。該井疊合發育的盒1段，埋深382～3 835 m和3 866～3 874 m，經預測為Ⅱ類儲層，預計日產氣約0.4×104m3/d，滿足評價要求。

表1 LP1T盒1段儲層地質及預測情況

3.2 鉆磨進尺的確定

預置管裸眼完井壓裂與尾管固井作業不同，在分段壓裂作業中，壓裂管柱入井后，不僅需要懸掛器將其懸掛在井內某一預定位置，還需在壓裂過程中防止井底高壓推動整個管柱上行發生軸向穿動。懸掛器要求具備對壓裂管柱的雙向錨定能力，使得懸掛器在坐封后，整個管柱不再發生任何軸向移動。因此，懸掛器設計上下不同朝向的上、下卡瓦，實現雙向錨定；同時在上、下卡瓦之間增加不同硬度膠筒，實現密封作用。因此，鉆磨懸掛器時，需處理掉上卡瓦和膠筒密封裝置，一旦上部錨定失效后，打撈時下卡瓦錨定功能自動失效，可實現倒扣打撈作業。為防止套磨進尺過長，導致懸掛器下部組件解體，增加打撈作業難度。為此，鉆磨懸掛器進尺在膠筒下部和懸掛器下卡瓦下，鉆磨進尺約0.64 m～1 m。由于懸掛器坐封過程中，部分下卡瓦一般都呈破碎狀態，為防止落魚，鉆磨需鉆至下卡瓦下總進尺約1 m(鉆至點2)；若落魚不影響后期的作業，為節省時間降低套管磨損風險，建議鉆磨進尺為0.65 m(鉆至點1)，見圖5。LP1T井下部太2儲層壓裂后不能有效評價產能，落魚不影響后期施工，因此本方案建議鉆磨進尺為0.65 m。

3.3 鉆頭優選及鉆磨工具串確定

LP1T井懸掛器頂深3 781.16 m，所處井斜角40°左右，懸掛器長1.4 m，最大外徑149.5 mm，內徑為98 mm。根據懸掛器規格優化高效領眼磨鞋為MX-L94×152。由于進尺不足1 m，且相對井斜角不大，采用常規轉盤提供動力。優化鉆具組合為管柱結構(自下而上)：高效領眼磨鞋MX-L92 mm×152 mm×640 mm+撈杯1.7 m+120 mm鉆鋌10根+89 mm正扣鉆桿379根+方鉆桿。其中，高效磨鞋尺寸：外徑152 mm，引錐90 mm×92 mm；撈杯：筒體外徑140 mm，內徑112 mm。

3.4 應用效果

LP1T井懸掛器材質為優質合金鋼，施工鉆壓3～7T，轉速50～70 r/min，排量900～1 050 L/min，泵壓8～12 MPa，鉆磨井段3 810.13～3 810.78 m，進尺0.65 m，總鉆磨時間1.5小時，返出物為鐵屑約有4L和部分膠皮，說明上卡瓦已完全磨掉。施工作業結束后，打水泥塞試壓25 MPa，穩壓30 min，試壓合格，證明采用高效領眼磨鞋在鉆磨過程中起到保護套管的作用，證明該井鉆磨工具選用合理，技術措施得當，為今后類似預置管完井儲層上返處理懸掛器作業積累了經驗。

4 結論與建議

1)明確了水平井鉆磨懸掛器作業施工管柱設計組合以及相關工具選擇優化，基本滿足水平井處理懸掛器修井作業的需要。2)形成了大井斜(40°)鉆磨懸掛器技術，采用優化后高效領眼磨鞋，在保護套管磨損方面起到較大優勢，適宜在疊合發育預置管完井中有較大推廣應用價值，能有效的降低老井利用成本。