王側(cè)14-15井套管開(kāi)窗側(cè)鉆小井眼尾管固井技術(shù)

劉志雄

(1中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 2低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室)

套管開(kāi)窗側(cè)鉆具有鉆井成本低、開(kāi)發(fā)效益好、鉆井風(fēng)險(xiǎn)小等特點(diǎn)[1-3]。王窯老區(qū)是安塞油田最早注水開(kāi)發(fā)的區(qū)塊，90年代初開(kāi)始大面積注水開(kāi)發(fā)，到目前為止先期開(kāi)發(fā)井出水日趨嚴(yán)重，甚至水淹，不能有效動(dòng)用未開(kāi)采儲(chǔ)量。由于受到鉆井、固井以及后期井下增產(chǎn)作業(yè)的制約，套管開(kāi)窗側(cè)鉆井一直未實(shí)施。經(jīng)過(guò)近兩年的研究與論證，王側(cè)14-15井進(jìn)行先導(dǎo)性作業(yè)，鉆井周期15.6 d，固井施工順利，固井質(zhì)量良好，為套管開(kāi)窗側(cè)鉆小井眼尾管固井在安塞油田的后續(xù)作業(yè)提供了有利的技術(shù)支撐。

一、工程概況

二、固井技術(shù)難點(diǎn)

1.環(huán)空間隙小

側(cè)鉆井眼環(huán)空間隙小,致使固井形成的水泥環(huán)薄,難以形成足夠的抗壓強(qiáng)度，容易在后期試采及井下增產(chǎn)措施中破壞。另一方面，小間隙井眼導(dǎo)致流體壓耗大，水泥漿憋漏進(jìn)入地層的風(fēng)險(xiǎn)增大,容易引起水泥漿漏失返高不夠及水泥漿竄槽等固井問(wèn)題[4-6]。

2.安全窗口窄

鉆井過(guò)程中有后效、漏失等情況發(fā)生，漏、涌并存，固井施工過(guò)程中安全窗口窄，給固井施工及固井質(zhì)量的提高帶來(lái)一定挑戰(zhàn)。完井鉆井液密度相對(duì)較高，對(duì)提高頂替效率提出更高要求。

3.固井工藝技術(shù)要求高工具要求嚴(yán)格

側(cè)鉆小井眼尾管固井對(duì)固井工藝技術(shù)要求嚴(yán)格，在喇叭口處及人工井底留有水泥塞，或是浮箍、浮鞋失效，造成水泥漿倒返等問(wèn)題，后期事故處理難度極大，甚至井眼報(bào)廢。套管開(kāi)窗側(cè)鉆小井眼固井多采用尾管懸掛固井技術(shù),工藝相對(duì)復(fù)雜,懸掛油管段較輕,坐掛及丟手判斷難度較大,容易出現(xiàn)坐掛失敗及丟手不成功的情況；也容易出現(xiàn)碰壓失敗,從而形成管內(nèi)留塞和管外替空現(xiàn)象。

4.套管居中困難水泥漿性能要求高

由于側(cè)鉆小井眼油管柔性大，居中困難[7]，常規(guī)扶正器不能滿足生產(chǎn)需求。同時(shí)，水泥漿在小間隙條件下的“失重”現(xiàn)象比常規(guī)井更加嚴(yán)重,水泥漿更易發(fā)生地層流體侵竄，以及常規(guī)水泥石脆性大，射孔及壓裂作業(yè)中可能造成水泥環(huán)的密封失效等問(wèn)題，給水泥漿體系提出更高要求。

三、固井技術(shù)措施

1.熱固樹(shù)脂水泥漿體系的優(yōu)選

由于套管開(kāi)窗側(cè)鉆小井眼尾管固井，存在環(huán)空間隙小，水泥環(huán)薄，常規(guī)水泥石力學(xué)性能差等問(wèn)題。優(yōu)選流動(dòng)性能良好，力學(xué)性能優(yōu)異的熱固性樹(shù)脂水泥漿體系作為該井固井的水泥漿體系，該體系基礎(chǔ)材料為環(huán)氧樹(shù)脂，通過(guò)加入固化劑，經(jīng)過(guò)開(kāi)環(huán)、加成、縮聚反應(yīng)，交聯(lián)形成致密的高分子固化體，將低分子質(zhì)量的單體和低聚物轉(zhuǎn)變成一種高強(qiáng)度的三維聚合物網(wǎng)格，從而對(duì)形成的熱固樹(shù)脂水泥漿體系，賦予了環(huán)氧樹(shù)脂優(yōu)異的力學(xué)性能[8-9]。該水泥漿體系具有以下優(yōu)點(diǎn)：①非滲透性樹(shù)脂膠凝材料，耐酸、堿腐蝕；②密度范圍0.91～1.90 g/cm3，流動(dòng)性良好；③固化時(shí)間在30℃～120℃的溫度區(qū)間可調(diào)可控；④體系穩(wěn)定，上下密度差小于0.01 g/cm3；⑤體系固化體滲透率為0 mD；⑥體系固化體強(qiáng)度高，收縮率為0；⑦形成的水泥石力學(xué)性能優(yōu)異。

1.1 水泥石力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)

針對(duì)常規(guī)水泥漿體系(凈漿)形成水泥石的抗沖擊韌性低，脆性較大，壓裂作業(yè)時(shí)容易破碎，導(dǎo)致環(huán)空封固失效的問(wèn)題。研究應(yīng)用熱固樹(shù)脂水泥漿體系，與常規(guī)水泥漿體系力學(xué)性能比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 水泥石力學(xué)性能對(duì)比表

1.2 熱固樹(shù)脂水泥漿體系綜合性能

套管開(kāi)窗側(cè)鉆小井眼尾管固井，由于環(huán)空間隙小，壓耗高等問(wèn)題，要求水泥漿失水小于50 mL，以及水泥漿稠化時(shí)間滿足需求的情況下過(guò)渡時(shí)間盡可能短保證水泥漿具有良好的防氣竄性能[10]。根據(jù)熱固樹(shù)脂水泥漿體系室內(nèi)評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足側(cè)鉆小井眼尾管固井技術(shù)需求，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

熱固性樹(shù)脂水泥漿體系(批混)：G級(jí)水泥+熱固性樹(shù)脂GER-1+樹(shù)脂固化劑XZ-5+降失水劑G409F1+膨脹劑G418W1+分散劑G408FJ(實(shí)驗(yàn)條件：溫度45°C，W/C:0.44)。

表2 熱固性樹(shù)脂水泥漿體系性能表

由表2可以看出熱固樹(shù)脂水泥漿體系具有良好的流變性能，較低的失水量，稠化時(shí)間滿足尾管固井的要求，該體系適合本井的固井作業(yè)需求。

2.前置與后置液設(shè)計(jì)

2.1 前置液設(shè)計(jì)

前置液采用高效沖洗液與加重隔離液復(fù)合前置液技術(shù)。沖洗液具有良好的沖洗效果，將井壁及套管表面進(jìn)行了有效的沖洗，起到隔離、緩沖、沖洗以及稀釋鉆井液的目的，有利于提高頂替效率，以及一、二界面的膠結(jié)質(zhì)量[11]。由于鉆井過(guò)程中出現(xiàn)了嚴(yán)重的氣侵，鉆井液加重后密度比較高，必須對(duì)隔離液進(jìn)行了加重。對(duì)加重隔離液進(jìn)行了穩(wěn)定性和抗污染性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該種隔離液穩(wěn)定性好，與鉆井液及水泥漿相容性能良好，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)施工條件，隔離液流變性能及穩(wěn)定性能見(jiàn)表3。

表3 隔離液流變性能及穩(wěn)定性能實(shí)驗(yàn)

注：穩(wěn)定性：漿體配好靜置2 h后，分別取量筒上部及下部漿體測(cè)量密度，密度差小于0.02 g/cm3，說(shuō)明體系穩(wěn)定。

2.2 后置液設(shè)計(jì)

?88.9 mm油管固井作業(yè)，固井后油管內(nèi)如果留有水泥塞，處理起來(lái)難度極大，甚至導(dǎo)致整口井的報(bào)廢。應(yīng)用防塞劑作為后置液體系，注完水泥后用段長(zhǎng)200 m的液體為先期替漿液體，該防塞劑具有：隔離、緩凝、稀釋、懸浮水泥漿等作用，可有效防止油管內(nèi)留水泥塞，即使油管內(nèi)出現(xiàn)少量水泥漿也不會(huì)形成膠結(jié)強(qiáng)度，影響后期井下作業(yè)。

3.固井工具的優(yōu)選

3.1 封隔式尾管懸掛器的優(yōu)選

為解決側(cè)鉆井尾管固井后下入尾管串與上層套管串的徹底封隔(該封隔器的封隔壓力滿足后期井下增產(chǎn)作業(yè)的需求)以及確保重疊段的固井質(zhì)量的問(wèn)題,研制了封隔式液壓尾管懸掛器。封隔器膠筒在軸向壓力作用下擠壓發(fā)生徑向變形，鎖緊滑套自鎖，將封隔器本體與套管之間的環(huán)狀間隙封隔，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)空封隔的目的[12]。隔器膠筒室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 封隔器膠筒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表4可以看出，當(dāng)軸向壓力達(dá)到100 kN時(shí)徑向變形量達(dá)到13.2 mm，可以對(duì)環(huán)空進(jìn)行有效封隔。在試驗(yàn)臺(tái)架上軸向加載至100 kN,完成封隔器坐封。接試驗(yàn)泵,加壓至53.15 MPa,穩(wěn)壓15 min,無(wú)滲漏,證明封隔器密封良好，封隔式尾管懸掛器主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 封隔式尾管懸掛器主要技術(shù)參數(shù)

3.2 粘結(jié)式油管扶正器的優(yōu)選

由于套管開(kāi)窗側(cè)鉆小井眼固井作業(yè)，環(huán)空間隙小，以及管串剛性弱，使用常規(guī)套管扶正器環(huán)空壓耗大等問(wèn)題。設(shè)計(jì)新型粘結(jié)式套管扶正器，該扶正器三維立體設(shè)計(jì)，扶正翼片采用180°半閉合，螺旋式粘結(jié)在套管串表面，可以使流體通過(guò)扶正翼片時(shí)形成一定的旋流效果，提高頂替效率，且過(guò)流面積大，可以有效降低流體壓耗，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6 粘結(jié)式油管扶正器技術(shù)參數(shù)表

4.施工技術(shù)措施

(1)熱固樹(shù)脂水泥漿體系現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用批混工藝，地面批混撬使水泥漿均勻混合后方才注入到井內(nèi)。

(2)使用用兩種不同工作原理的浮箍及浮鞋，放回壓成功率大大提高，防止回壓閥失效，水泥漿倒流，造成固井失敗。

(3)不留上塞工藝技術(shù)，固完井后上提尾管懸掛器中心管前，給井內(nèi)適當(dāng)憋入一定壓力，緩慢上提，當(dāng)壓力釋放時(shí)進(jìn)行循環(huán)鉆井液，保證喇叭口處水泥漿完全沖洗干凈，確保該處沒(méi)有多余水泥漿，應(yīng)用防塞劑體系作為后置液，有效防止油管內(nèi)留有水泥塞，確保人工井底達(dá)到設(shè)計(jì)位置。

(4)下油管前進(jìn)行認(rèn)真通井作業(yè)，調(diào)整鉆井液性能，確保油管安全順利下到設(shè)計(jì)位置。產(chǎn)層段每根油管加放兩只粘結(jié)式油管扶正器(180°相位)，確保油管的居中。

(5)近平衡壓力固井設(shè)計(jì)，各級(jí)液體密度階梯式遞進(jìn)，替漿過(guò)程中，采用小排量頂替，達(dá)到塞流頂替的目的，有效的提高了頂替效率。

四、現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)

王側(cè)14-15井尾管下深1 510 m，懸掛位置：730 m。下完管柱后用排量8 L/s的泥漿泵，循環(huán)1 h(壓力6.5 MPa)，排量12 L/s循環(huán)2 h(壓力10 MPa)；投球，憋壓10 MPa坐掛懸掛器，18 MPa憋通球座，建立循環(huán)；倒扣35圈，上提管柱，順利丟手；管線試壓30 MPa；注前置液1.5 m3，水泥漿5.5 m3(排量500 L/min，平均密度1.89 g/cm3)；替漿5.2 m3(0.5 m3防塞劑+3 m3清水+1.7 m3鉆井液)碰壓20 MPa；卸水泥漿，接方鉆桿，下放10 t懸重坐封封隔器(反復(fù)3次)。上提中心管，憋10 MPa緩慢上提，沖洗喇叭口6 h，井口見(jiàn)水泥漿返出。48 h后膠結(jié)測(cè)井，聲幅測(cè)井結(jié)果良好，試壓合格，固井質(zhì)量良好滿足后期井下作業(yè)的需求。該井固井后進(jìn)行射孔、壓裂作業(yè)，投產(chǎn)后日產(chǎn)油2.1 t，達(dá)到了甲方的目的。

五、結(jié)論

(1)?139.7 mm×?88.9 mm封隔式液壓尾管懸掛器，該工具的準(zhǔn)確工作，確保了尾管固井的順利進(jìn)行以及重疊段的有效封隔，為后期的井下增產(chǎn)作業(yè)提供了保證。

(2)粘結(jié)式油管扶正器的成功應(yīng)用，增加了流體環(huán)空過(guò)流通道，確保了油管串的居中度，對(duì)提高頂替效率及固井質(zhì)量起到了良好的作用。

(3)熱固樹(shù)脂水泥漿體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)，良好的水泥漿體系性能為現(xiàn)場(chǎng)施工的順利進(jìn)行以及環(huán)空有效封固奠定了良好的基礎(chǔ)。