膨脹尾管懸空固井技術與應用

摘 要：隨著油氣鉆采工藝技術的進步，尾管完井技術以其低成本高效率的優勢逐漸在各大油田推廣應用，同時懸空固井工藝也得到了一定的發展。本文就懸空固井系統技術進行介紹，該技術可以提高完井的可靠性、縮短安裝時間、提高通用性，有很大的推廣空間。本文結合了德克薩斯州南部油區的應用例子，說明膨脹尾管懸空固井技術在對目的層上部干擾層進行有效封堵的同時，能夠節約成本，獲得了更大的滲流面積，并且為后期生產開發提供便利。

關鍵詞：膨脹尾管懸掛器；懸空固井；注水泥器

德克薩斯州南部油區目的層為奧斯汀白堊紀地層的油井，在產量下降到經濟開采效益以下時停產，隨后針對白堊層和伊格爾福特層下方的布達組下部進行了二次開發。這些井原本都是定向井，上部為10 3/4”和7”套管，上部7”套管柱尺寸限制了新的側鉆井眼尺寸，新開井眼尺寸為6 1/8”[1]。

1 完井方案優化

1.1 3 1/2”裸眼完井

原設計在鉆到布達組后，上部井眼直接用5”套管進行固井（見圖1），套管至地面，固井時注水泥上返至7”套管鞋以上位置，最后以3 1/2”鉆頭鉆至目的層，目的層以3 1/2”裸眼方式完井，上部5”套管內掛2 3/8”油管的方式進行開發。

1.2 4 1/2”割縫襯管完井

根據相關地質材料顯示，布達組天然裂縫發育，油氣流通通道豐富，無需額外的壓裂或增產措施，因此生產層采用割縫襯管方式完井。后來發現石灰巖性能能夠滿足裸眼完井要求，將新鉆井眼和原先上部的7”套管進行封固可以實現橫向封隔，并且能夠滿足新井眼鉆進要求，所以更改設計為在7”套管的基礎上向下開窗鉆進6 1/8”井眼，利用尾管膨脹懸掛器直接在7”套管內懸掛4 1/2”尾管管串代替原設計的5”套管柱，然后進行懸空固井操作（見圖2）。懸空固井系統包括一個注水泥器、管外封隔器和膨脹尾管懸掛器，尾管下部目的層配有引鞋和割縫襯管，該方式尾管不需要返至地面，可以有效節省4 1/2”尾管。

2 膨脹尾管懸空固井技術

懸空固井技術管串從下至上依次是引鞋、割縫襯管、管外封隔器、注水泥器、尾管串、膨脹尾管懸掛器（見圖3）[2]。

2.1 工作流程

通過注水泥器建立循環通道來溝通尾管內腔和外環空實現水泥漿頂替，下部生產層配有引鞋和割縫襯管，用于引導管串下入和后期開發工藝的實施，本文不做描述。管外封隔器安裝在注水泥器下部，用來封隔環空，然后激活注水泥器，使管內與環空連通，進行固井注水泥作業，水泥漿頂替結束后，固井膠塞碰壓，同時關閉注水泥器，繼續打壓使膨脹尾管懸掛器坐掛封隔，隨著尾管懸掛器的膨脹封隔，以上工具組件作為生產管串留在井底[3]。

2.2 管外封隔器

管外封隔器可以在管外環形空間形成密封，但是不能承受軸向力，通過投球憋壓，迫使流體流經封隔器的內部通道推動外部錐體移動，對預置元件施加作用力，并使環空密封元件產生膨脹，進而封閉環空。管外封隔器設計的剪切銷開啟壓力較小，以降低過早打開注水泥器的風險。為了在鉆臺上實現清晰的顯示，并考慮不同工具之間的安全閾值，不同工具啟動壓力之間需要1000 psi（6.89MPa）的壓力差。注水泥器在2600psi（17.93MPa）時打開，通過減少管外封隔器銷釘數量控制其啟動壓力為800 psi（5.52MPa）。

2.3 注水泥器

一旦管外封隔器成功封隔注水泥器下方的環空，繼續憋壓至2600psi（17.93MPa），該壓力作用于注水泥器內的活塞，剪斷銷釘使帶孔內滑套向下移動，滑套下落至注水泥器內的臺肩上，內部滑套循環孔隨后與工具外壁循環孔對齊，形成內外通道建立循環，之后進行替水泥漿作業，頂替到設計替量后，投放固井膠塞隨水泥一起泵送，膠塞能夠將鉆桿和尾管內壁刮拭干凈，固井膠塞配有一個金屬引導頭，當膠塞下行到注水泥器中時，金屬引導頭頭會卡在帶孔內滑套的頂部，形成憋壓，剪斷帶孔滑內套銷釘并使套筒再次向下移動，從而使滑套循環孔和工具外壁循環孔錯位，實現注水泥器關閉操作[4]。

2.4 膨脹尾管懸掛器

該工具在水泥漿頂替完成后通過憋壓啟動，啟動后膨脹塞在內壓力的作用下脹封關閉環空，實現密封，與其他常規懸掛器相比，該工具具有更大的過流面積，循環壓耗較低。

3 應用情況

在得克薩斯州南部油區，該系統目前用于生產層和非生產層的層間隔離，這使得開發生產層位中的水平段得以進行裸眼完井和割縫襯管等方式完井。應用該系統可以有效封固布達組上部地層，這將使布達組的裸眼井眼由3 1/2”增加至6 1/8”，并且能夠使用4 1/2”割縫襯管完井或者裸眼完井方式代替原先的2 3/8”生產油管裸眼完井方式，因此能夠增加井眼表面積，有效提高生產流量，并且能夠下入更大尺寸增產工具已獲得更大的橫向波及系數，具有更大的后期開發優勢。

該油區先期四口井都使用了注水泥器、管外封隔器和膨脹尾管懸掛器，皆未出現異常施工狀況。膨脹尾管懸空固井技術有以下優勢：6 1/8”裸眼接觸面積比3 1/2”提高了335 in3/ft；如果新開井眼另行鉆進，單口井鉆井成本比采用懸空固井技術要高75萬美元；受到上部井段7”井眼尺寸限制，如果不采用懸空固井技術，利用4 1/2”或者5”定向動力鉆具鉆穿白堊紀和伊格爾福特地層非常困難?？偟膩碚f，懸空固井技術有效提高了側鉆井的經濟性、可鉆性、井眼尺寸和其他增產工具的可實施性。

4 結 論

膨脹尾管懸空固井技術在得克薩斯州南部油區封固布達組上部井段時得到新的成功應用，節約了鉆井成本，獲得了更大的滲流面積，并且以較大的完井井徑為后期生產開發提供了便利，為其他油區提供了參考。

參考文獻：

[1] Daniel Hayward，John McCormick and Marilyn Matice.Expandable Liner Hangers in Off-Bottom Cementing Applications Reduce Cost and Increase Reliability：Regional Case History，SPE-169202-MS

[2] 郭鋒，孫星云. Z3034 小井眼側鉆水平井完井技術[J].石 油鉆采工藝，2013，35（3）：34-36

[3] 劉志雄，高果成，沈明華，等. 靖邊氣田水平井尾管固井技術[J]. 西部探礦工程，2013.

[4] 石崇東，楊勝軍，等.小井眼水平井裸眼懸空側鉆技術在靖平 33-13井的應用[J].鉆采工藝，2012，35（5）：107-110.

作者簡介：任憲忠，男，1982年08月生，2006年7月畢業于大慶石油學院石油工程專業，學士學位，現工作于遼河油田公司錦州采油廠鉆井管理科，工程師。