定向井完井多級劃眼清潔技術研究

鄭鋒

(中石油渤海鉆探工程有限公司工程技術研究院，天津 300280)

張建榮

(中石油渤海鉆探工程有限公司第三鉆井分公司，天津 300280)

房旭

(中石油渤海鉆探工程有限公司第一鉆井分公司，天津 300280)

柳鶴,孫四維

(中石油渤海鉆探工程有限公司工程技術研究院，天津 300280)

李艷鵬

(中石油渤海鉆探工程有限公司第二鉆井分公司，河北 廊坊 065000)

1 井眼清潔技術現狀

定向井鉆井作業易在大斜度井段形成巖屑床，如果沒有采取有效措施及時將其清除，完鉆后井眼內存在巖屑床，會導致電測一次成功率低，下套管、固井作業困難，并影響水泥的封固質量[1～6]；同時，固井作業中，泥餅的存在會使水泥漿不能和井壁實現整體固化，進而出現微裂縫，影響二界面固井質量[7,8]。因此，定向井完鉆后，在電測、固井前的井眼準備階段，應盡量將井內巖屑床和厚泥餅清除。

定向井完鉆后，一般采用“鉆頭+扶正器”的鉆具組合通井，依靠牙輪鉆頭和扶正器對井壁進行刮削，配合調整泥漿性能、大排量循環洗井等技術來修整井壁，清潔井眼[9～11]。通井過程中井內巖屑床、厚泥餅難以被破壞，且鉆井液流場特性并未改變，自由狀態的巖屑和泥餅隨鉆井液返出困難，特別是在井眼質量差的條件下，一趟鉆通井清除巖屑床和厚泥餅更具挑戰性。此外，在固井前使用前置液、水泥漿對井壁泥餅進行沖刷的措施效果有限[12,13]。

2 多級劃眼清潔技術

2.1 井眼清潔工具

BH-HCS型井眼清潔工具由渤海鉆探工程有限公司工程技術研究院研發，用于破壞井下巖屑床，提高井眼清潔程度[14]。工具為一體化加工，結構如圖1所示。

圖1 BH-HCS型井眼清潔工具結構示意圖

工具結構特征：主體上設有上、下耐磨帶，每組耐磨帶上設有圓周均布的若干孔眼，孔眼中鑲嵌直徑為5～15mm的硬質合金齒柱；設有呈對稱結構的上、下兩組螺旋棱及導流槽，螺旋棱的螺距、棱高根據不同井眼尺寸變化，導流槽內表面設有特殊涂層，可有效防止泥包產生；葉輪設在工具中部，沿圓周均布3個葉片，在葉片上設有若干孔眼，孔眼中鑲嵌有硬質合金齒柱，與耐磨帶相似。

2.2 技術原理

圖2 多級劃眼鉆具組合示意圖

在常規“鉆頭+扶正器”通井鉆具組合基礎上，沿一定距離安裝多個井眼清潔工具，形成多級劃眼鉆具組合，應用于電測、下套管前的通井作業，對易產生巖屑床井段、水泥封固井段進行技術劃眼。通過牙輪鉆頭和扶正器對附著在井壁上的厚泥餅進行刮削，同時依靠井眼清潔工具破壞井下巖屑床，改善底邊區域鉆井液流場特性，將井內自由狀態的巖屑和泥餅拋向高邊，使其被鉆井液帶走并返出井口，以改善完井井眼清潔狀況，提高固井質量。

2.3 鉆具組合形式

多級劃眼鉆具組合包括牙輪鉆頭、扶正器、加重鉆桿、井眼清潔工具和鉆桿。圖2為一種典型多級劃眼鉆具組合。

依據文獻[15]，鉆井過程中，井眼清潔工具安放間距L的計算方法為：

(1)

式中：α為工具的攜帶因子(取值為1～2)，1；β為工具的加速因子(數值即為流場速度增加倍率),1；θ為井斜角，(°)；Dh為環空直徑，m；vh為環空返速，m/s；vsx為巖屑顆粒在井筒中的滑落速度，m/s。

在通井作業中，不會產生新的巖屑，只需要將現有的巖屑床破壞掉，并將自由狀態的巖屑和厚泥餅一并返出井口。式(1)仍然具有參考性，但需要將泥餅特性考慮進去，故需對vsx進行修正，將其調整為巖屑顆粒和自由狀態泥餅在井筒中滑落速度的較大值。

2.4 施工工藝

通井作業時，使用多級劃眼鉆具組合，下鉆至需要進行技術劃眼的井段，先小排量開泵，再慢慢提高至正常排量，開轉盤(或頂驅)，采用低鉆速、小鉆壓進行技術劃眼。如某井?215.9mm井眼應用多級劃眼清潔技術，施工參數為：轉速50～60r/min，排量28～30L/s，鉆壓<20kN。完成技術劃眼后，停泵起出鉆具。該施工工藝劃眼效率較高，一般1000m井段的劃眼僅需5h即可完成。

3 現場試驗

3.1 浙江油田QZx1井

QZx1井是部署在海安地區的一口大斜度定向井，設計井深4648.36m，自3410m開始造斜，至3853.15m井斜51.3°，穩斜至3917.55m后進行二次增斜，至4134.36m井斜達76.5°，穩斜至井底。該井完鉆后，在起鉆過程中，3700～4100m井段附加拉力明顯，且在3909～3917m和4040～4060m等井段多次遇阻。根據地質特點，該井段阜寧組井壁穩定性差，易剝落掉塊、垮塌，結合井斜變化，認為在3700～4100m井段產生了巖屑床，且出現掉塊堆積導致了遇阻。

為保障電測、下套管安全，采用多級劃眼清潔技術清除井內巖屑床和掉塊。鉆具組合為：?215.9mm鉆頭+雙母接頭+?209mm扶正器+?165mm浮閥+?127mm加重鉆桿×7根+?165mm隨鉆震擊器+?127mm加重鉆桿×3根+井眼清潔工具1+?127mm加重鉆桿×11根+井眼清潔工具2+?127mm鉆桿×10根+井眼清潔工具3+?127mm鉆桿×8根+井眼清潔工具4+?127mm鉆桿×9根+井眼清潔工具5+?127mm鉆桿。施工參數為：鉆壓20～40kN，排量28～30L/s，轉速40～50r/min。應用該技術對3700～4100m井段進行井眼清潔，井口返出大量巖屑及掉塊，掉塊尺寸在2cm×2cm～5cm×5cm。依據綜合錄井儀實測數據，對比了應用該技術前后井眼摩阻變化情況(圖3)，通井后井眼摩阻明顯降低，且波動變小。

圖3 通井前后實測摩阻數據圖

3.2 大港油田南部油區

近年大港油田南部油區固井優質率在52.55%～68.80%之間，采用多級劃眼鉆具組合對易產生巖屑床井段、水泥封固井段進行技術劃眼，清除井內巖屑床和厚泥餅，并修整井壁，保障套管安全高效下入，提高固井質量。

截至2018年9月，多級劃眼清潔技術在大港油田南部油區試驗應用53口井，應用最大井深3570m，最大井斜36.56°。應用該技術后，套管下入未發生遇阻情況，二界面固井質量明顯改善，平均優質率達81.13%。部分區塊應用該技術，二界面固井質量改善尤為明顯。如Z130斷塊F24井，通過應用該技術，并結合其他針對性措施，二界面優質率達到90%以上，獲得突破性進展。一趟鉆通井多級劃眼清潔技術在大港南部油區應用，有效地改善了井眼清潔狀況，并明顯提高了固井質量，為鉆井作業的安全、高效進行發揮了良好效果。

4 結論與建議

1)定向井完鉆后井內巖屑床和厚泥餅易引起完井電測遇阻、套管下入困難、固井質量差等問題，應盡量將它們清除。

2)通過在常規通井鉆具組合中加入多個井眼清潔工具，形成了一趟鉆通井多級劃眼鉆具組合。

3)應用多級劃眼清潔技術清除定向井完井井眼內巖屑床和厚泥餅，降低了井眼摩阻，提高了固井質量。

4)多級劃眼清潔技術僅在?215.9mm井眼完成了試驗，建議進一步擴展試驗范圍，使其適用于不同井眼尺寸，以改善完井井眼清潔狀況。