多級劃眼技術提高固井質量研究與應用

王建龍, 柳 鶴, 張雯瓊, 王 瑤, 馮冠雄， 郭 瑞

(1中石油集團渤海鉆探工程技術研究院 2中國石油集團渤海鉆探第一鉆井公司 3中國石油集團渤海鉆探頁巖氣項目管理部 4中國石油集團定向井分公司)

大港油田南部油區為復雜斷塊油田，隨著注水開發的不斷深入，目前處于高含水期，固井優質率僅55%左右[1]。這主要是由于水驅開發后主力油層砂巖孔隙度增大，使得砂巖強度降低，導致鉆井過程中易在井壁形成厚濾餅；另外，受地面條件限制，定向井開發越來越多，鉆井過程中易在井斜角45°～65°井段形成巖屑床[2-5]。然而，無論是厚濾餅還是巖屑床都嚴重影響二界面的固井質量。

為解決二界面固井質量不良問題，國內外采用了紊流頂替、活動套管、加套管附件、采用隔離液和專用沖洗液等，但是效果甚微[6-12]。因此，為了解決大港油田南部油田二界面固井質量差的難題，設計了一種新型井眼清潔工具，開展了基于井眼清潔工具的多級劃眼技術研究，清除井壁上的虛濾餅或巖屑床，并開展了4口井先導試驗，第二界面固井質量均達到優質。

一、井眼清潔工具設計

井眼清潔工具主要由耐磨帶、螺旋棱、導流槽和葉輪等四部分組成(圖1)。耐磨帶是用來提高工具的局部耐磨性和工具的居中度，提高工具清潔井眼能力。螺旋棱是用來旋轉過程中刮削井壁上的虛濾餅或巖屑床，使其從壓實狀態變為自由狀態。導流槽和葉輪是用來鉆井液流過時，產生渦流的作用，將井眼中自由狀態的虛濾餅或巖屑床向上推移，攜帶出井口。

圖1 井眼清潔工具結構示意圖

為了提高提高耐磨帶和葉輪的耐磨性，在耐磨帶和葉輪表面鑲有8 mm硬質合金柱；螺旋棱與導流槽之間的螺旋線螺距為800～1 200 mm，圈數為0.2～0.5，順時針方向，螺距和棱高度根據不同井眼尺寸變化；為了防止工具清除虛濾餅或巖屑床的同時產生泥包，在導流槽內表面設有特氟龍涂層。

二、多級劃眼技術原理

多級劃眼技術是指采用不同尺寸的井眼清潔工具配合牙輪鉆頭，合理布置各工具安放位置和數量，一趟鉆將附著在井壁上的虛濾餅及巖屑床進行有效清除，并攜帶出井筒。附著在井壁上的虛濾餅或巖屑床得到有效清除后，二界面的交接強度和固井質量就會得到有效提高。

三、 多級劃眼技術措施

1. 鉆具組合

多級劃眼技術需要在鉆柱組合中適當的位置安放一定數量不同尺寸的井眼清潔工具。安放個數根據固井封固段長度決定，第N根井眼清潔工具安放在距離水泥漿返高位置以上50 m。一般要求在近鉆頭處安放?214 mm和?210 mm井眼清潔工具，上部每間隔10～15柱鉆桿安放一個?178 mm井眼清潔工具。

多級劃眼鉆柱組合：?215.9 mm牙輪鉆頭+?165 mm浮閥+?214 mm井眼清潔工具(第1根)+?127 mm加重鉆桿1根+?210 mm井眼清潔工具(第2根)+?127 mm加重鉆桿10根+?178 mm井眼清工具(第3根)+?127 mm加重鉆桿10根+?178 mm井眼清潔器(第4根)+?127 mm鉆桿15根+?178 mm井眼清工具(第5根)+?127 mm鉆桿15根+?178 mm井眼清工具(第6根)+…+?127 mm鉆桿15根+?178 mm井眼清工具(第N-1根)+?127 mm鉆桿15根+?178 mm井眼清工具(第N根)+?127 mm鉆桿。

2. 操作方法

按照設定的鉆柱組合，正常下鉆至水泥漿返高深度以上50 m開始，接方鉆桿或頂驅，進行技術劃眼下鉆至井底。技術劃眼關鍵步驟：開泵至正常鉆進排量，頂驅或轉盤轉速40～60 r/min，劃眼速度控制在每柱鉆桿15～20 min。到井底后，停轉盤或頂驅，開泵循環1～2個循環周，調整好鉆井液性能后方可起鉆，進行后續作業。

四、現場試驗

2017年在大港油田南部油區Z1271-15、J15-49、G47-0-8、Z1271-13 4口井上進行了先導試驗，劃眼期間井口返出巖屑量為常規通井返砂量的1.5～2倍。4口試驗井，下套管期間未出現阻卡現象，VDL電測顯示第二界面固井質量均達到優質。

五、結論及建議

(1)多級劃眼技術能夠有效的清除井壁上堆積的巖屑或者虛濾餅，有利于提高二界面固井質量。

(2)多級劃眼井眼清潔工具結構設計合理，能夠利用機械和流體力學效應清除巖屑，保證井眼清潔。

(3)多級劃眼技術采用了固定尺寸井眼清潔工具，鉆具組合的剛性強，井下卡鉆風險高。建議下一步開展可變徑井眼清潔工具的研制，劃眼時工具外徑達到最大清潔井眼，起鉆或遇阻時將外徑縮至最小，降低劃眼卡鉆風險。

(4)目前，多級劃眼技術僅在?215.9 mm井眼中進行了試驗，取得了較好的效果，建議下一步在小井眼中進行先導試驗，提高小井眼窄間隙固井質量。