側鉆小井眼裸眼封隔器完井的技術改進

2022-05-18 06:30:58張承武王興建李文彬黃永章蘇偉東

鉆采工藝 2022年2期

張承武，王興建，李文彬，黃永章，蘇偉東

1中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院 2低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室

0 引言

對于小井眼的概念,不同油田的定義各不相同。有的定義為裸眼尺寸小于等于215.9 mm，間隙值小于等于19.05 mm的井[1]；有的定義為90%以上井段小于?177.8 mm的井眼；有的定義為比常規井眼小的井眼；有的定義為小于?152.4 mm的井眼。不同油田儲層埋藏深度不同，巖性差別較大，適合的井眼尺寸各不相同，比如?139.7 mm套管對于長慶油田就是常規套管完井，對于塔里木油田則屬于小套管完井[2]。因此，小井眼是個相對概念，“比常規井眼小的井眼”這種說法比較合理。

單純小井眼一般是為了降低開發成本，比如蘇南道達爾采用?152.4 mm的小井眼，下?88.9 mm油管固井完井[3]，施工難度較小。而側鉆小井眼一般用于老井剩余油氣挖潛，利用老井井筒和現有井場設備，避免征用新井場，鉆完井難度比常規側鉆井和單純小井眼要大很多。長慶區域油井一般側鉆為大斜度定向井，固井質量可以保證[4]；長慶區域氣井一般側鉆為水平井，由于小井眼環空間隙小，尾管不居中，不能保證固井質量。如果采用篩管礫石充填的完井方式[5]，只適合于籠統改造。要想充分挖潛產能，實現儲層均衡改造，需要實施分段壓裂。

裸眼封隔器完井對于常規水平井是一項成熟技術，但對于側鉆小井眼水平井，由于側鉆井眼尺寸過小，老套管側鉆偏磨，給裸眼封隔器完井工具的入井、坐掛和回接均帶來較大的風險[6]，因此側鉆小井眼水平井裸眼封隔器完井在國內外仍處于試驗階段。為挖潛氣田的剩余產能，節約開發成本，蘇里格氣田開展了側鉆水平井裸眼封隔器完井技術的現場試驗。針對首批2口井在試驗過程中出現的復雜情況，提出了改進措施，完善了完井工具管柱結構，優化了完井作業的施工方案，取得了預期的改進效果，為側鉆小井眼裸眼封隔器完井技術的推廣試驗積累了經驗。

1 技術分析

1.1 小井眼裸眼封隔器完井技術難點

相對于常規裸眼封隔器完井，側鉆小井眼水平井裸眼封隔器完井具有以下技術難點[7]：①井眼小、環空間隙小、工具入井難度大。蘇里格氣田常規裸眼封隔器完井裸眼尺寸不小于152.4 mm，完井工具外徑不大于142 mm，環空間隙則不小于5.2 mm。蘇里格氣田側鉆小井眼是采用?118 mm鉆頭在老井?139.7 mm套管內開窗側鉆的裸眼水平井，工具外徑為111 mm，環空間隙只有3.5 mm，給完井工具的入井帶來很大難度;②受老套管腐蝕變形和側鉆偏磨等因素的影響，懸掛封隔器坐封的居中度難以保證，給上部回接管柱的對接帶來較大風險;③對于老井側鉆，由于地層壓力、巖石應力等地質特性發生了變化，地層可能出現壓力異常，對地層壓力的預測難以掌控, 給懸掛封隔器的坐封、脫手和驗封增加了風險。

1.2 完井工藝

1.2.1 完井方式

在老井?139.7 mm的生產套管內側鉆?118 mm的裸眼水平井，采用裸眼封隔器分段壓裂工具完井。裸眼內下入?88.9 mm NU油管工具串，懸掛器坐掛在窗口以上150 m左右的老套管內，懸掛器以上回接?88.9 mm EU油管[8]。

1.2.2 管柱結構

回接上部工具串的管柱結構如圖1。

1.2.3 作業流程

開窗側鉆→原鉆具通井→單銑柱通井→套管刮壁→雙銑柱通井→送入下部完井管柱→替完井液至懸掛器→坐封懸掛器和裸眼封隔器→懸掛器脫手→起出送入鉆桿→下上部回接管柱→替出剩余完井液→回插驗封→裝采氣井口[9]。

2 復雜處理及改進措施

本次共開展4口氣井側鉆水平井的裸眼封隔器完井現場試驗。首批2口井均出現了復雜事故：1#試驗井完井管柱第一次下入遇阻，二次入井成功后壓差滑套被意外打開；2#試驗井第一次回接失敗，回插管無法插進回接筒。針對出現的問題，優化了管柱結構和施工參數，在后續試驗的2口井上順利的完成了完井作業。

2.1 完井管柱入井問題

由于裸眼封隔器完井管柱工具較多,工具與裸眼井筒的環形空間較小，完井管柱入井時容易遇阻。由于1#試驗井通井不順，導致完井管柱第一次下入失敗，原因分析及改進措施如下。

2.1.1 完井管柱入井前通井不暢

由于1#試驗井鉆遇的泥巖較多，鉆井液性能與地層不夠匹配，井壁穩定性較差，井眼軌跡和井眼尺寸不夠規則，導致不能順利實現單銑柱通井，雙銑柱通井則更加困難，沒有實現通井到底。在雙銑柱通井沒有達標的情況下讓完井柱入井，導致了第一次下入失敗。所幸的是，由于嚴格控制管柱入井速度和下壓噸位，完井管柱未被卡死，能夠起出管柱。

改進措施：調整鉆井液性能，完善雙銑柱通井鉆具組合，進行二次通井，確保雙銑柱通井過程中全井段沒有明顯遇阻顯示。

2.1.2 完井管柱結構不夠合理

完井管柱中引鞋的前端倒圓尺寸太小，當井眼存在較大的臺階，管柱工具就很難通過(圖2)。加上引鞋與隔絕閥直接連接，長度達到5.2 m，整體剛性較大，更增加了管柱通過的難度。

圖2 引鞋倒圓太小不能越過臺階

改進措施：加大引鞋前端的引導尺寸，前端采用大倒圓或大倒角的方式，見圖3；同時在引鞋與隔絕閥之間增加1～2根油管以降低入井管柱的剛性。經過改進后，成功實現了完井管柱的二次入井。

圖3 引鞋前端改進對比圖

2.2 懸掛器坐封脫手問題

裸眼封隔器和懸掛器坐封后繼續加大井口壓力以脫開懸掛器的送入工具。前端壓差滑套的開啟壓力比懸掛器的脫手壓力高8 MPa左右，當管柱內外液體性質一致，且壓差滑套處的地層無壓力虧空時，8 MPa的壓力空間可以保證懸掛器的脫手操作。但是，由于項目建設方要求采用半替漿法，即先用完井液正替鉆井液，從環空上返至懸掛器處，進行裸眼封隔器和懸掛器的坐封和脫手，在回接管柱與懸掛器對接之前再將懸掛器之上的鉆井液替換成完井液。

鉆井液密度為1.32 g/cm3，完井液密度為1.04 g/cm3，管柱內外液體密度差為-0.28 g/cm3。懸掛器內外由液體密度差造成的壓力差達-7.5 MPa，因此，懸掛器實際脫手壓力需要比設計值高7.5 MPa才能保證脫手，使得壓差滑套接近了開啟壓力，增大了意外打開壓差滑套的可能性，如果壓差滑套處的地層壓力有虧空，則意外打開的風險更大(圖4)。1#試驗井懸掛器脫手后井口起壓，說明壓差滑套被意外打開了，實施壓井后完成回接作業。

圖4 完井管柱內外密度差

改進措施：①將懸掛器的坐掛位置提高，由原來開窗點之上150 m改為開窗點之上200 m，減小懸掛器內外由液體密度差造成的壓力差，從而降低懸掛器的脫手壓力，降低壓差滑套意外開啟的風險；②嚴格控制懸掛器脫手壓力，逐步緩慢提升壓力，如果壓力接近壓差滑套的開啟壓力仍不能脫手，則采取機械方法進行脫手。

2.3 懸掛器的回接問題

2#試驗井套管柱采用進口的懸掛器，丟手方式具有液壓、機械和投球三重保障[10-11]，功能多就意味著結構更復雜，勢必增加施工風險。該井在進行回接作業時不密封，不同角度轉動管柱，進行了多次回插均不成功，第一次回接失敗。起出回接管柱檢查，回插管下端有嚴重的錯口損傷(圖5)。

圖5 回插管端部錯口損傷

由于回接筒上端面有三個開口鍵槽(圖6)，從回插管端部的損傷劃痕可以看出，錯口損傷應該是因為回插管與回接筒不對中，回插管偏向了回接筒的一側，卡進了回接筒的鍵槽里，被鍵槽剪切錯裂而成。回插管損傷劃痕的縱向深度和內外劃痕的周向距離與回接筒鍵槽的深度和寬帶一致，從而驗證了上述分析的正確性。

圖6 回接筒上端口的開口鍵槽

根據回插管的損傷變形情況來看，回接筒的上端口也會發生相應的變形。為了探究回接筒上端口的變形情況和不影響二次回插作業，進行了回接筒的取印整形作業(圖7)。

圖7 取印整形錐對回接筒的取印結果

從取印結果可見，取印錐面上有一個幾乎整圈的壓痕和一處尖銳壓痕。懸掛器回接筒的內徑正常為92.14 mm，倒角大端直徑為95.58 mm，取印錐面上幾乎整圈的壓痕直徑為94 mm，應該是回接筒倒角大端棱邊壓出的，受回接筒鍵槽尖角內翻變形的

干擾，直徑比95.58 mm稍小。取印錐面上尖銳壓痕處的直徑為89 mm，是回接筒鍵槽的尖角內翻變形壓出的。分析原因為：①工具結構不合理。該懸掛器的回接筒外徑較小(104 mm)，與?124 mm套管的環空間隙較大。假定回接筒對套管絕對居中，如果回插管沒有加工引導斜面，回插管是不會卡進回接筒鍵槽的，正是因為回插管斜切了半邊引導斜面，致使回插管可以順利進入回接筒鍵槽，加上回插管和回接筒端口內外均設計有倒角或倒圓，使得回插管卡進回接筒鍵槽變得更加容易(圖8);②回接筒上端與懸掛器的錨定點距離較遠(2.7 m)，容易導致回接筒上端偏心；回插管的下端與回插管的扶正部位距離也較遠(2.8 m)，加上回插管為三段密封組合，管柱累計偏差較大，更容易導致回插管的前端偏心，這也是造成回插管與回接筒不對中的因素，從而導致回插管卡進回接筒鍵槽；③懸掛器坐掛位置為老套管，套管腐蝕較大，可能引起套管內徑增大變形，套管經過側鉆后，套管出現偏磨現象，影響回接筒和回插管對套管的居中度。2#試驗井還經過了2次側鉆，套管偏磨可能非常嚴重，更不能保證回插管對中插入回接筒，以致造成第一次回接失敗。

圖8 回插管與回接筒的位置關系

改進措施：①為了不影響二次回插，首先對回接筒上端口進行了修磨，恢復回接筒上端口的引導性能；②改變回插管引導結構，以保證二次回接的成功插入。將回插管的內徑適當減小，就可以加大回插管的引導尺寸。因為壓裂時通過的壓裂球最大直徑為60.3 mm，所以回插管的內徑由76 mm減小至63 mm，內徑減小了13 mm;外倒角小端直徑就可以由82 mm減小至68 mm，顯著改善了回插管的引導性能；同時去掉引導斜面，避免回插管再次卡進回接筒的鍵槽(圖9)。