東海大位移井完井技術(shù)研究與應(yīng)用

李舜水， 唐鵬磊， 吳 健

(1. 中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司，上海 200335； 2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司上海工程技術(shù)分公司，上海 200335)

0 引 言

東海某油氣田從1998年11月投產(chǎn)以來(lái)，已連續(xù)生產(chǎn)二十余年，目前已進(jìn)入中后期開發(fā)階段，油氣產(chǎn)量逐年遞減，綜合含水率約為95%，亟需利用老井側(cè)鉆來(lái)實(shí)現(xiàn)邊際油氣藏的低成本開發(fā)，延長(zhǎng)老油田的穩(wěn)產(chǎn)壽命。近三年來(lái)，先后利用平臺(tái)A老井眼側(cè)鉆完成了兩口大位移井，利用平臺(tái)B剩余井槽完成了一口大位移井，較大程度地緩解了油氣田的產(chǎn)量壓力，保障了油氣田產(chǎn)量的穩(wěn)定。

三口大位移井均采用套管射孔完井進(jìn)行合采，復(fù)雜的井眼軌跡給完井投產(chǎn)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。通過三口井的作業(yè)總結(jié)，在大位移井完井作業(yè)中，井筒高效清潔是保障作業(yè)順利的基礎(chǔ)；精準(zhǔn)安全的射孔作業(yè)是產(chǎn)量的保障，井筒完整性則是長(zhǎng)期安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。

1 大位移井完井作業(yè)的難點(diǎn)

1.1 井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，井筒清潔難度大

東海在某油氣田完成的三口大位移井，井深均超過6 500 m，最深的達(dá)到7 296 m，三口井井斜數(shù)據(jù)如表1所示。以井12為例，井深在1 551～5 963 m，為井斜大于70°的長(zhǎng)達(dá)4 412 m的穩(wěn)斜段，在此井段，巖屑等上返難度極大，易形成巖屑床。而在5 997 m以下為5-1/2″的尾管，作業(yè)時(shí)使用2-7/8″鉆具，但因鉆具尺寸受限，壓力損耗大，循環(huán)泵壓高，排量受限，更加影響了洗井的效果。此外，在鉆井期間，為降低管柱的摩阻，提高鉆井效率，可采用油基鉆井液作業(yè)；而轉(zhuǎn)入完井后，使用水基完井液，需要將油基鉆井液清洗干凈，由于清洗難度較高，而轉(zhuǎn)用水基完井液后，井筒摩阻明顯增加，因此更突顯了井筒清潔的重要性。

表1 東海某油氣田三口大位移井井斜數(shù)據(jù)

1.2 射孔作業(yè)難度大，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高

三口大位移井，射孔段均位于尾管內(nèi)，且射孔深度均超過6 500 m，三口井射孔段如表2所示。以井12為例，其射孔段為6 414.5～6 999.5 m，凈射孔長(zhǎng)為23 m，射孔跨度達(dá)到585 m。且在5-1/2″尾管內(nèi)射孔，采用3-1/2″的射孔槍。射孔管柱的校深通過電纜方式無(wú)法下放到位，泵送電纜也無(wú)法將儀器串泵送到位。常規(guī)校深方案無(wú)法滿足大位移井的校深需求。射孔后出于管柱及射孔口袋的原因，管柱循環(huán)通道無(wú)法下放至射孔段以下，射孔段的天然氣無(wú)法循環(huán)出井筒，因此在長(zhǎng)達(dá)7 000 m的射孔管柱起鉆過程中，井控風(fēng)險(xiǎn)非常高。此外，大位移井后期修井的難度非常高，因此一般不考慮后期修井，儲(chǔ)層盡可能一次被射開，射孔層位一般盡可能地多，射孔跨度較大，相應(yīng)的射孔槍斷爆的風(fēng)險(xiǎn)也較高。

表2 東海某油氣田三口大位移井射孔段

1.3 生產(chǎn)管柱的完整性要求高

大位移井出于其井身結(jié)構(gòu)的原因，因此完井后鋼絲作業(yè)、連續(xù)油管等后期作業(yè)很難實(shí)現(xiàn)。如果完井管柱的完整性不能得到保障，那么對(duì)后期安全生產(chǎn)會(huì)是一個(gè)嚴(yán)重威脅。而且由于大位移井后期處理手段有限，很難通過其他手段來(lái)解決出現(xiàn)的問題，因此在完井作業(yè)中，全面把控生產(chǎn)管柱的完整性是作業(yè)的一個(gè)重要部分。

2 井筒高效清潔技術(shù)

井筒清潔處理是完井作業(yè)的第一步，也是完井作業(yè)的基礎(chǔ)。在東海三口大位移井完井作業(yè)時(shí)，通過兩趟刮管洗井作業(yè)，完成井筒的高效清潔。

2.1 高效井筒清潔工具

常規(guī)使用水基鉆井液作業(yè)開發(fā)井，在完井作業(yè)時(shí)，刮管洗井管柱僅使用刮管器就能達(dá)成清潔井筒的目標(biāo)。但對(duì)于使用油基鉆井液的大位移井，僅使用刮管器，很難將井筒清潔干凈，因此為保障井筒的清潔效果，需要使用高效的清潔工具。通過三口井的實(shí)踐探索，在大位移井洗井過程中，以井筒過濾器、套管刷、強(qiáng)磁清潔器、刮管器的組合效果最佳。

刮管器(見圖1)主要用于清除套管內(nèi)壁上的泥餅、水泥環(huán)等固相堆積；強(qiáng)磁清潔器用于吸附金屬碎屑，加強(qiáng)清除雜質(zhì)的效果；套管刷(見圖2)用于清除套管內(nèi)壁的浮銹及泥餅等雜質(zhì)；井筒過濾器(見圖3)在起出管柱時(shí)將所有工作液導(dǎo)流入內(nèi)部濾網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)最終用清潔液清潔全井筒的工作。

圖2 套管刷Fig.2 Casing brush

圖3 井筒過濾器Fig.3 Wellbore filtrator

2.2 油基鉆井液專用套管清洗劑組合

針對(duì)油基鉆井液，在洗井時(shí)，選擇使用專用的油基鉆井液套管清洗劑，并配合隔離液，增強(qiáng)雜質(zhì)攜帶效果。配方(見表3)如下： ①隔離液： 淡水+0.5%PF-XC-H；②清洗液： 過濾海水+0.8%NaOH、鉆井水+3%～4%PF-MOCLEAN；③搬土漿。

表3 清洗劑配方Tab.3 Cleaning agent formula

下入刮管清洗井管柱時(shí)采用鉆桿+多功能井筒過濾器+套管刷+強(qiáng)磁鐵+刮管器+牙輪鉆頭的組合方式，首先采用30 m3搬土漿(如果平臺(tái)鉆井液池受限，則也可不用)+20 m3隔離液+海水組合，循環(huán)出井筒中的油基鉆井液并回收；其次利用15 m3隔離液+20 m3油基鉆井液套管清洗液+15 m3隔離液+海水洗井液組合，將油基鉆井液套管清洗液在環(huán)空上下頂替三遍；最后反循環(huán)清洗井筒直至工作液濁度小于30，并在封隔器坐封位置上100 m下50 m、原鉆水泥塞位置、尾管掛頂部等關(guān)鍵位置重點(diǎn)清洗。

2.3 抗磨減阻劑

在大位移井完井中，套管內(nèi)摩阻是作業(yè)的一大難點(diǎn)，因此如何有效地降低摩阻也是作業(yè)的一個(gè)重點(diǎn)。根據(jù)東海地層的配伍性情況，常用的完井液體系有甲酸鹽體系、隱形酸體系以及有機(jī)鹽體系，且均為水基完井液體系。相較于鉆井用的油基鉆井液體系，摩阻較大。因此尋找合適的抗磨減阻劑成為關(guān)鍵。通過實(shí)踐證明，在隱形酸體系中使用一種稱為CX-300-SWC的潤(rùn)滑劑，可以有效降低管柱摩阻，且和完井液具有較好的配伍性，在井17″尾管海水洗井過程中，原上提、下放懸重分別為260 t、 64 t，替入低摩阻完井液后，上提、下放懸重分別為178 t、 96 t，上提懸重降低31.5%，下放懸重增加50%，通過全井筒摩阻系數(shù)反演計(jì)算，摩阻系數(shù)由0.36降為0.24，下降33.3%，潤(rùn)滑劑明顯改善了井筒中完井液的潤(rùn)滑性。但該種潤(rùn)滑劑在甲酸鹽體系中，效果不顯著，而在有機(jī)鹽體系中，更存在不配伍的情況。因此，如果能夠找到既能和完井液配伍，又能有效降低摩阻的潤(rùn)滑劑，那么對(duì)完井作業(yè)十分有利。井1使用潤(rùn)滑劑前后管柱懸重對(duì)比如表4所示。

表4 井1使用潤(rùn)滑劑前后管柱懸重對(duì)比

3 大位移井射孔工藝

射孔是連通井筒與儲(chǔ)層的關(guān)鍵作業(yè)，射孔的精確度將直接影響投產(chǎn)后的產(chǎn)量。因此要求射孔管柱既要能夠精準(zhǔn)射孔，又要能夠保障井筒安全。

3.1 LWD校深方式

由于大位移井井身結(jié)構(gòu)等因素，常規(guī)的電纜校深無(wú)法滿足大位移井射孔的需求。因此通過在射孔管柱上攜帶隨鉆LWD工具，測(cè)量地層伽馬和套管同位素標(biāo)記的位置，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)精確丈量射孔槍的第一發(fā)彈到伽馬定位儀的距離，以實(shí)現(xiàn)管柱的精確定位，消除電纜測(cè)井工具無(wú)法到位的問題。LWD的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸以井筒內(nèi)工作液為載體，將LWD工具下至套管同位素以下，開泵并控制排量在儀器適用范圍內(nèi)，勻速緩慢上提管柱測(cè)量，對(duì)比獲得校深結(jié)果。如圖4所示。

圖4 校深對(duì)比曲線Fig.4 School depth curve comparison

在LWD校深時(shí)，為避免校深時(shí)循環(huán)壓力過高，對(duì)射孔槍安全起爆產(chǎn)生影響，因此在LWD校深時(shí)，需要控制循環(huán)壓力使其不能過高。而在大位移井中，超長(zhǎng)的管柱及復(fù)雜的井身情況，導(dǎo)致即使在較小的排量下，也具有較高的循環(huán)壓力，若在安全壓力限制下，達(dá)不到LWD儀器工作的排量，則將無(wú)法使用LWD儀器。因此，為避免發(fā)生上述情況，在刮管清洗井管柱時(shí)(刮管洗井時(shí)泵壓不受限制)，帶隨鉆LWD儀器，提前進(jìn)行管柱預(yù)校深作業(yè)，測(cè)得管柱的拉伸量以及尾管掛的頂部深度，并在管柱上做好標(biāo)記。在下射孔管柱時(shí)，保持射孔槍以上的管柱與刮管時(shí)預(yù)校深的管柱一致，這樣即使在射孔校深時(shí)無(wú)法使用LWD，也可以根據(jù)預(yù)校深結(jié)果對(duì)射孔管柱進(jìn)行校深，此方法的精確度滿足射孔需求。在預(yù)校深時(shí)應(yīng)注意，在替入完井液后進(jìn)行預(yù)校深，應(yīng)保持與射孔校深時(shí)的井筒內(nèi)工作液狀態(tài)一致。

對(duì)于使用LWD儀器校深的射孔管柱，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下三點(diǎn)： ①LWD設(shè)計(jì)位置在套管同位素以上5 m左右為佳，校深時(shí)將LWD下至套管同位素以下，開泵上提進(jìn)行校深，當(dāng)測(cè)出套管同位素后，繼續(xù)上提即可到達(dá)預(yù)定位置，不用改變管柱上行、下行狀態(tài)；②射孔管柱大小鉆具變扣接頭，與尾管掛距離以20 m以內(nèi)為最佳，既能保證LWD校深時(shí)管柱的下放距離，又可以通過變扣定位尾管掛輔助校深；③射孔管柱設(shè)計(jì)的最大下放距離，要在井筒口袋的范圍內(nèi)。

3.2 射孔管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)射孔需求，如果有尺寸合適的LWD儀器，可以在尾管中使用，則攜帶隨鉆LWD儀器的射孔管柱組合為： 槍頭+下部壓力延時(shí)點(diǎn)火頭+射孔槍+上部壓力延時(shí)點(diǎn)火頭+盲堵加壓接頭+循環(huán)接頭+減震管柱+LWD工具+濾網(wǎng)接頭+震擊器+小鉆具+變扣接頭+大鉆具。

如果沒有小套管內(nèi)可使用的LWD儀器，則可在上一層套管內(nèi)使用大尺寸的LWD儀器，射孔管柱組合為： 槍頭+下部壓力延時(shí)點(diǎn)火頭+射孔槍+上部壓力延時(shí)點(diǎn)火頭+盲堵加壓接頭+循環(huán)接頭1#+減震管柱+小鉆具+循環(huán)接頭2#+變扣接頭+大鉆具+LWD工具+濾網(wǎng)接頭+震擊器+大鉆具。

為保障射孔管柱的安全，在大位移井射孔管柱中，設(shè)計(jì)了多道安全保險(xiǎn)。一方面，射孔點(diǎn)火頭采用上下兩級(jí)點(diǎn)火頭，以保障射孔引爆的成功率，如果射孔跨度較大，則可以設(shè)計(jì)多級(jí)射孔，將長(zhǎng)的夾層段隔開，降低斷爆風(fēng)險(xiǎn)。另一個(gè)方面，在LWD工具下連接減震管柱，降低射孔瞬間管柱震動(dòng)，保護(hù)LWD儀器，并在LWD工具上方連接濾網(wǎng)接頭，避免大的碎屑和編織物等雜質(zhì)進(jìn)入LWD儀器，影響工具性能。此外，對(duì)于使用大尺寸LWD儀器的管柱，由于LWD儀器工作排量較高，因此將循環(huán)孔上提至尾管以上，以有效降低循環(huán)泵壓。

3.3 井控安全作業(yè)方式

大位移井的井控難度要高于常規(guī)井，一旦發(fā)生井控問題，則需要較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行起下鉆等作業(yè)。為了兼顧LWD儀器工作，將循環(huán)孔上提到尾管以上，會(huì)導(dǎo)致循環(huán)通道離射孔段較遠(yuǎn)，使得井控風(fēng)險(xiǎn)較高。為保障射孔后起鉆作業(yè)的安全，在射孔后循環(huán)壓井期間充分循環(huán)，并根據(jù)需要進(jìn)行短起下作業(yè)，短起下時(shí)間不能少于4 h，起鉆速度控制在30 m/h以內(nèi)，監(jiān)測(cè)氣全量在3%以內(nèi)。起出射孔管柱后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，可以再單獨(dú)下入一趟循環(huán)排氣管柱，對(duì)射孔段進(jìn)行充分循環(huán)排氣，為后期下生產(chǎn)管柱提供穩(wěn)定的井筒條件。

4 優(yōu)化生產(chǎn)管柱，保障管柱完整性

完井生產(chǎn)管柱的完整性，是保障井筒長(zhǎng)期安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。在完井管柱設(shè)計(jì)和施工中，要充分考慮配產(chǎn)、攜液、氣舉誘噴和井筒完整等方面。

4.1 管柱結(jié)構(gòu)選擇

根據(jù)油藏開發(fā)需求和鋼絲作業(yè)能力等，選擇合適的工具優(yōu)化完井生產(chǎn)管柱。若油藏要求后期需要進(jìn)行修井等措施，則提前考慮修井可行性方案，使用插入式回接生產(chǎn)管柱，管柱組合為： 導(dǎo)向引鞋+油管+插入式封隔器+定位插入密封總成+油管+氣舉閥+井下安全閥+油管+油管掛，分兩趟下入生產(chǎn)管柱，通過可回收插入式封隔器回接。

為驗(yàn)證下入油管的密封性，在生產(chǎn)管柱下入過程中需要鋼絲投堵，對(duì)油管試壓。由于鋼絲作業(yè)下深安全井斜在55°以內(nèi)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)一趟鋼絲作業(yè)下堵塞器至管柱底部。進(jìn)行試壓作業(yè)時(shí)，需要考慮分段鋼絲作業(yè)投堵試壓。為解決大井斜段造成的鋼絲作業(yè)難的問題，有兩種解決方案。一種是在封隔器以上分段安裝尺寸逐級(jí)變化的坐落接頭，通過下管柱期間，在各級(jí)坐落接頭上投堵試壓。另一種是使用油管內(nèi)封隔器，鋼絲作業(yè)投油管內(nèi)封隔器至預(yù)定深度，坐封后進(jìn)行油管試壓，油管試壓后取出油管內(nèi)封隔器。

一趟管柱下至井底的生產(chǎn)管柱，使用V0級(jí)別的油管攜帶式永久封隔器作為生產(chǎn)封隔器，以確保油套環(huán)空密封性。封隔器坐封采用投球打壓方式作業(yè)，主方案采用剪切球座+不可溶球，并備用固定球座+可溶球，以確保封隔器能夠有效坐封。

4.2 油管的選擇

選擇油管尺寸時(shí)，根據(jù)油藏配產(chǎn)要求以及地層流體性質(zhì)，通過軟件校核確認(rèn)管柱尺寸和鋼級(jí)。通過地層流體性質(zhì)分析以及地層溫壓情況，確定管材的防磨材質(zhì)，選擇合適的管材材質(zhì)。同時(shí)考慮管材成本、安全余量、井筒復(fù)雜性和管材庫(kù)存情況等，最終確定管柱尺寸。

4.3 油管的下入

為保障生產(chǎn)管柱的質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控氣密油管的下入質(zhì)量。為此在東海總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，形成了一套現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程，以保障氣密油管的下入質(zhì)量。氣密油管下入作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程前后效果對(duì)比如表5所示。

下入氣密油管作業(yè)前，召集相關(guān)單位人員召開技術(shù)協(xié)調(diào)會(huì)，安排相關(guān)單位和人員分工作業(yè)。

生產(chǎn)管柱的下入程序如下：

(1) 油管吊裝，就位至鉆臺(tái)。提前在坡道上鋪設(shè)油管位置的橡膠墊，吊裝所用配套工具，且不能損傷油管本體、外涂層及標(biāo)記，吊裝時(shí)確保所有油管公扣、母扣端帶有螺紋保護(hù)器；使用長(zhǎng)度大于1 m的標(biāo)準(zhǔn)塑質(zhì)通徑規(guī)，對(duì)單根氣密油管進(jìn)行通徑，卸掉螺紋保護(hù)器后，使用干凈的棉布擦凈公扣端，檢查公扣端螺紋，螺紋及密封面上不能有手指可碰到的毛刺、劃痕、腐蝕坑及肉眼明顯可見的刀痕、磨痕和微裂紋等缺陷，若有以上缺陷，則須更換，否則不能入井。

(2) 涂抹絲扣油、對(duì)扣。使用軟毛刷，沿螺紋方向均勻涂抹滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的氣密性油管螺紋脂。對(duì)扣前檢查吊卡是否與井口對(duì)中，對(duì)扣時(shí)，在母扣端安裝對(duì)扣器，使用對(duì)扣器對(duì)扣。

(3) 引扣、手動(dòng)旋扣、緊扣。使用皮帶鉗對(duì)氣密性油管人工引扣，引扣后正轉(zhuǎn)至產(chǎn)生扭矩；使用無(wú)牙痕鉗牙的油管鉗，在鉗牙與油管的接觸部位墊220目硅絲網(wǎng)，對(duì)氣密性油管上扣；氣密性油管的上扣扭矩值要與油管廠家推薦的標(biāo)準(zhǔn)相匹配；上扣扭矩采用時(shí)間-扭矩、圈數(shù)-扭矩兩種方式同時(shí)監(jiān)控。

(4) 生產(chǎn)管柱通徑試壓。管柱在下入過程中或者到位后應(yīng)做正壓試驗(yàn)。在管柱下入過程中或到位后，應(yīng)對(duì)井下管柱進(jìn)行鋼絲作業(yè)通徑。

(5) 生產(chǎn)管柱下放。生產(chǎn)管柱上提、下放應(yīng)平穩(wěn)，上提高度以剛好打開吊卡(提出卡瓦)為宜，下放卡瓦時(shí)應(yīng)減少?zèng)_擊載荷。控制生產(chǎn)管柱的下放速度，并以管柱自動(dòng)灌液速度和井下工具承壓能力等參數(shù)確定。下油管過程中，應(yīng)派專人觀察和記錄井口完井液返出情況，記錄管柱排代量和懸重變化情況，如果發(fā)現(xiàn)異常情況，則應(yīng)采取相應(yīng)措施。油管下井的深度須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，復(fù)查油管下井與未下井根數(shù)與送井油管總數(shù)是否相符。

表5 氣密油管下入作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程前后效果對(duì)比

5 結(jié) 語(yǔ)

通過理論和實(shí)踐的雙重標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證了東海三口大位移井以及大位移井完井技術(shù)的可行性，滿足了井筒清潔、射孔安全、管柱可靠的要求。

(1) 大位移、大斜度、長(zhǎng)穩(wěn)斜、低返速井段，宜采用高效清潔工具，并分趟完成全井筒的刮管洗井，滿足井筒的清潔要求。針對(duì)油基鉆井液的井筒，使用專用的油基鉆井液套管清洗劑以降低油基鉆井液的清洗難度。根據(jù)井筒摩阻情況，選擇合適的、配伍良好的完井液潤(rùn)滑劑，可以較好地改善井筒摩阻條件。

(2) 根據(jù)井筒情況，在無(wú)法使用電纜校深時(shí)，可通過射孔管柱攜帶LWD儀器，進(jìn)行隨鉆校深，也可精確定位。射孔管柱采用LWD校深，不僅要在LWD工作排量下考慮泵壓對(duì)射孔點(diǎn)火的影響，還要考慮井控安全和管柱安全。

(3) 通過油管的分段鋼絲作業(yè)試壓，確保管柱密封性、采用V0級(jí)別的油管攜帶式封隔器保障油套環(huán)空密封、通過剪切球座+不可溶球與固定球座+可溶球配合保障封隔器坐封安全。以此保障管柱的完整性，為大位移井長(zhǎng)期的安全生產(chǎn)提供保障。