宋本嶺， 黃志剛， 張　偉， 王　振， 史為紀(jì)

(中國石油海洋工程有限公司渤星公司，天津 300451)

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免鉆免撈篩管頂部固井工藝研究與現(xiàn)場試驗(yàn)

宋本嶺， 黃志剛， 張偉， 王振， 史為紀(jì)

(中國石油海洋工程有限公司渤星公司，天津 300451)

常規(guī)篩管頂部固井工藝兼有篩管和尾管固井工藝的優(yōu)點(diǎn)，但是固井后需要鉆除管內(nèi)附件。為提高篩管頂部固井工藝效率，優(yōu)化了內(nèi)、外管柱的結(jié)構(gòu)，使用皮碗封隔器和滑套式分級箍代替常規(guī)篩管頂部固井工藝中的盲板和壓差式分級箍，通過移動(dòng)內(nèi)管柱位置實(shí)現(xiàn)坐掛、注水泥、循環(huán)等操作，固井后提出內(nèi)管柱時(shí)將殘留附件一次帶出，套管內(nèi)不會(huì)殘留盲板和分級箍內(nèi)套，通徑滿足后續(xù)作業(yè)需要，實(shí)現(xiàn)了固井后免鉆免撈，并可通過調(diào)整皮碗封隔器尺寸實(shí)現(xiàn)不同復(fù)合尺寸套管篩管完井。該工藝在渤海灣海上合作區(qū)塊的X井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，完成了φ177.8 mm尾管+φ139.7 mm篩管復(fù)合管柱的篩管頂部尾管注水泥固井作業(yè)，固井候凝后直接投產(chǎn)，無需鉆塞，節(jié)約了鉆機(jī)時(shí)間。

篩管；固井；尾管；免鉆塞

篩管頂部尾管注水泥固井工藝組合了篩管頂部注水泥與尾管注水泥工藝，將篩管+套管復(fù)合管柱通過尾管懸掛器懸掛于技術(shù)套管上，對管串中的套管部分通過注水泥進(jìn)行封固。該工藝兼具篩管完井和尾管完井的優(yōu)點(diǎn)：篩管段泄油面積大、對產(chǎn)層污染小，尾管段封固上部非產(chǎn)層段或進(jìn)行射孔分段開采[1-4]；采用尾管懸掛方式可節(jié)約大量套管，降低注水泥過程中環(huán)空流動(dòng)摩阻；在油井投產(chǎn)后可根據(jù)需要將套管回接至井口，以延長生產(chǎn)周期。該固井工藝在深井篩管完井中應(yīng)用較多，但是存在一些缺點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)：使用的特殊工具多、液壓操作壓力級別多，容易出現(xiàn)誤剪切銷釘導(dǎo)致固井失?。挥捎诓荒芴崆按蜷_分級箍，無法中途循環(huán)，對井身質(zhì)量要求高；固井后需要鉆除管內(nèi)殘留部件，不僅增加生產(chǎn)成本，且鉆除過程中易造成套管內(nèi)壁磨損、產(chǎn)生毛刺，井底沉積的金屬碎塊也會(huì)給后期投產(chǎn)作業(yè)造成安全隱患[5-6]。目前，主要是通過優(yōu)化所使用特殊工具的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)篩管頂部注水泥免鉆的目的，但要下入專用工具打撈井下部件。為此，筆者對常規(guī)篩管頂部固井管柱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，替換部分常規(guī)工具，以真正實(shí)現(xiàn)篩管頂部固井后免鉆免撈的目的。

1　免鉆免撈篩管頂部固井管柱結(jié)構(gòu)

常規(guī)篩管頂部固井管柱結(jié)構(gòu)為：送入工具+尾管懸掛器+尾管串+分級箍+管外封隔器+盲板+篩管串。固井前將管外封隔器脹封，然后打開分級箍建立注水泥通道，最后用膠塞將分級箍關(guān)閉候凝。候凝結(jié)束后，需要下入小尺寸鉆具組合，將膠塞、分級箍內(nèi)套和盲板一并鉆除，實(shí)現(xiàn)整個(gè)管串通徑。為節(jié)省鉆塞時(shí)間，多將其中的分級箍、封隔器和盲板3個(gè)附件進(jìn)行了整合改進(jìn)[7-15]，固井后下入配套的打撈工具將內(nèi)套和盲板等附件打撈出井，免鉆但不免撈。

為了真正實(shí)現(xiàn)篩管頂部固井免鉆免撈，必須解決固井后管內(nèi)附件殘留的問題，并且不能影響工藝實(shí)施效果。通過對常規(guī)篩管頂部固井管柱的結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵工具進(jìn)行優(yōu)化組合，將固井后管內(nèi)殘余附件一次提出，并且注替水泥時(shí)的局部密封、分級箍操作不受影響。免鉆免撈篩管頂部固井管柱組合由內(nèi)管柱和外管柱兩部分組成。

1.1內(nèi)管柱結(jié)構(gòu)

常規(guī)篩管頂部固井管柱組合的內(nèi)管柱只有懸掛器中心管和空心膠塞，鉆桿膠塞與空心膠塞復(fù)合后下行至分級箍憋壓關(guān)閉分級箍，膠塞留在分級箍處，必需鉆除2個(gè)膠塞和盲板。免鉆免撈篩管頂部固井管柱組合的內(nèi)管柱結(jié)構(gòu)為：鉆桿+尾管中心管+皮碗封隔器(上)+配長油管+剪切式循環(huán)閥+皮碗封隔器(中)+配長油管+分級箍打開工具+傳壓孔短節(jié)+配長油管+皮碗封隔器(下)+內(nèi)管球座+配長油管+插入管。其中，插入頭延長后插入引鞋，建立內(nèi)管至裸眼環(huán)空的循環(huán)通道。懸掛器中心管密封芯與皮碗封隔器組合實(shí)現(xiàn)懸掛器的液壓坐掛和液壓丟手操作(簡稱懸掛器操作)，其基本管柱結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1　尾管懸掛器操作的基本管柱結(jié)構(gòu)Fig.1　Basic pipe string structure of liner hanger

皮碗封隔器(中)+配長油管+分級箍打開工具+傳壓孔短節(jié)+配長油管+皮碗封隔器(下)的組合實(shí)現(xiàn)管外封隔器脹封、滑套式分級箍打開關(guān)閉、建

立注水泥通道等(簡稱分級箍操作)，其基本管柱結(jié)構(gòu)見圖2。皮碗封隔器組具有單向密封特性，與內(nèi)管循環(huán)閥配合可實(shí)現(xiàn)固井后沖洗循環(huán)套管內(nèi)和懸掛

圖2　分級箍操作的基本管柱結(jié)構(gòu)Fig.2　Basic pipe string structure of a staged collar

器頂?shù)某邓酀{。

1.2外管柱結(jié)構(gòu)

常規(guī)篩管頂部固井管柱組合的外管柱結(jié)構(gòu)為尾管懸掛器+套管+壓差式分級箍+管外封隔器+盲板+篩管+引鞋。為了能夠與免鉆免撈篩管頂部固井管柱組合的內(nèi)管柱配合、減少液壓操作，對外管柱進(jìn)行了以下改進(jìn)：取消盲板，將壓差式分級箍替換為滑套式分級箍(MPC)，引鞋替換為插入式引鞋。改進(jìn)后的外管柱結(jié)構(gòu)為懸掛器+套管+滑套式分級箍(MPC)+管外封隔器+1～2根過渡套管+篩管串+插入式引鞋。滑套分級箍(MPC)采用專用工具打開和關(guān)閉，減少了一次液壓操作。為實(shí)現(xiàn)篩管頂部固井的目的，尾管懸掛器、滑套式分級箍、管外封隔器的通徑需滿足內(nèi)管柱安全通過和投產(chǎn)作業(yè)的要求。

2　固井工藝流程

與常規(guī)篩管頂部固井管柱組合相比，免鉆免撈篩管頂部固井管柱組合有很大變動(dòng)，因而其操作流程也有相應(yīng)的改變，內(nèi)管柱和外管柱工具相互配合實(shí)現(xiàn)固井工藝的安全實(shí)施，具體操作步驟可分為下入管柱，坐掛尾管、脹封封隔器和打開分級箍，注替水泥漿，關(guān)閉分級箍循環(huán)和起鉆候凝。

1) 下入管柱。按順序下入外管柱：引鞋、篩管串、過渡套管、管外封隔器、滑套式分級箍和套管，然后在外管柱中依次下入內(nèi)管柱，最終通過懸掛器將內(nèi)外管柱組合成一體。應(yīng)確保內(nèi)外管柱組合后內(nèi)管插入頭能夠插入引鞋，分級箍操作部分位于過渡套管中。用鉆具將復(fù)合管柱下至設(shè)計(jì)井深，由于內(nèi)管柱延伸至套管鞋處，可實(shí)現(xiàn)從套管鞋處循環(huán)洗井及下套管時(shí)中途循環(huán)。

2) 坐掛尾管、脹封封隔器和打開分級箍。從鉆桿內(nèi)投球至內(nèi)管球座處，憋壓使懸掛器坐掛及丟手，通過上提內(nèi)管柱將懸掛器內(nèi)部的密封解封并封閉中心管上的傳壓孔，繼續(xù)上提使皮碗封隔器(中)-皮碗封隔器(下)部分處于管外封隔器和分級箍的位置，再次憋壓脹封封隔器，然后利用內(nèi)管柱上的操作工具打開滑套式分級箍，建立注替水泥漿的通道。

3) 注替水泥漿。根據(jù)固井設(shè)計(jì)注入前置液和水泥漿，為實(shí)現(xiàn)膠塞免鉆，不使用空心膠塞和鉆桿膠塞，需要通過定量頂替的方式將水泥漿頂替到位。與常規(guī)篩管頂部固井工藝相比，由于鉆桿和油管的內(nèi)徑小使頂替量大大減少，并且能夠保證頂替水泥漿時(shí)摻混較少。

4) 關(guān)閉分級箍、循環(huán)。利用內(nèi)管柱上的分級箍操作工具永久關(guān)閉滑套式分級箍，防止水泥漿倒返，如果懸掛器有頂部封隔器，此時(shí)可對懸掛器封隔器進(jìn)行壓脹。通過憋壓將內(nèi)管循環(huán)閥打開，建立超返水泥漿的循環(huán)通道，將超返水泥漿循環(huán)出井。

5) 起鉆、候凝。將內(nèi)管柱起出，內(nèi)管柱上的工具一起被提出，外管柱內(nèi)沒有任何殘留附件，候凝結(jié)束后即可投產(chǎn)作業(yè)。

3　固井工藝特點(diǎn)

1) 內(nèi)管插入套管鞋后建立了篩管管鞋處的循環(huán)通道。內(nèi)管柱插入引鞋后建立了與裸眼環(huán)空的通道，可實(shí)現(xiàn)井口至裸眼全環(huán)空循環(huán)，下套管過程中出現(xiàn)遇阻等井下復(fù)雜情況時(shí)，可進(jìn)行中途循環(huán)，提高下套管作業(yè)的安全性。管串下到位后循環(huán)鉆井液，篩管段的裸眼環(huán)空得到凈化，有效防止投產(chǎn)后出現(xiàn)篩管堵塞。

2) 實(shí)現(xiàn)了免鉆免撈。內(nèi)管柱密封都通過皮碗封隔器完成，起出內(nèi)管柱后外管柱內(nèi)沒有需要鉆除的部分，不需打撈或鉆附件，真正實(shí)現(xiàn)了免鉆免撈，節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間，也避免了對后續(xù)作業(yè)造成的風(fēng)險(xiǎn)。

3) 不使用膠塞。通過內(nèi)管柱注替水泥漿，頂替量小，減少了管內(nèi)摻混，實(shí)現(xiàn)了定量頂替，避免了常規(guī)篩管頂部固井工藝使用復(fù)合膠塞造成的膠塞復(fù)合不好過量頂替、無碰壓顯示、卡膠塞等風(fēng)險(xiǎn)。通過皮碗封隔器實(shí)現(xiàn)分段壓力操作，避免了空心膠塞與分級箍尺寸的配合問題，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合尺寸套管+篩管條件下的篩管頂部固井施工。

4) 固井成功率高。懸掛器與封隔器通過2套內(nèi)管封隔器組合獨(dú)立操作，實(shí)現(xiàn)了壓力操作互不影響，大大降低了同一管柱壓力級別過多、銷釘質(zhì)量不穩(wěn)定引起的工具誤響應(yīng)的概率，保證了復(fù)雜固井工藝的安全實(shí)施?；资椒旨壒啃柰ㄟ^內(nèi)管串上的專用工具打開和關(guān)閉，并且具有鎖定機(jī)構(gòu)，避免了壓差式分級箍提打開或到位后無法打壓開的風(fēng)險(xiǎn)。該工藝具有能夠建立環(huán)空循環(huán)通道的優(yōu)勢，增加了下篩管時(shí)遇阻的處理手段，極大地提高了下篩管的安全性，可廣泛應(yīng)用于水平井、分支井、長裸眼井、井壁不穩(wěn)定條件下的固井作業(yè)等[16]。

由于免鉆免撈篩管頂部固井管柱組合較為復(fù)雜，特殊工具多，施工步驟繁瑣，也存在一些技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)：1)由于不能碰壓，有替空和留塞的風(fēng)險(xiǎn)，也會(huì)在管柱內(nèi)產(chǎn)生混漿；2)有皮碗脹封失靈的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)產(chǎn)生注水泥“短路”或倒流；3)滑套式分級箍有滑套關(guān)不上的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)發(fā)生倒流。因此，在現(xiàn)場固井施工過程中需要做好準(zhǔn)備工作，盡可能規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)。

4　現(xiàn)場試驗(yàn)

免鉆免撈篩管頂部固井工藝在渤海灣海上合作區(qū)塊成功應(yīng)用2井次，其中X井是“大肚子”井眼條件下應(yīng)用“φ177.8 mm尾管+φ139.7 mm篩管”的復(fù)合管柱完井，成功解決了“大肚子”井眼條件下單一尺寸套管完井的難題，下面以該井為例詳細(xì)介紹固井施工情況。

X井設(shè)計(jì)為四開井身結(jié)構(gòu)，目的層段采用篩管完井，目的層段以上采用尾管固井。該井三開φ311.1 mm井眼井深2 452.00 m，φ244.5 mm技術(shù)套管下至井深1 903.00 m遇阻，隨即固井，四開使用φ215.9 mm鉆頭鉆至完鉆井深2 932.00 m。完井要求封隔器下至井深2 679.00 m，采用“φ177.8 mm尾管+φ139.7 mm篩管”的復(fù)合管柱完井，封隔器以下篩管完井，封隔器以上套管注水泥封固。該井井身結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3　渤海灣海上合作區(qū)塊X井井身結(jié)構(gòu)Fig.3　Casing program of Well X in the offshore cooperation block of Bohai Bay

由于分級箍位于四開φ215.9 mm井眼內(nèi)，如使用φ177.8 mm壓差式分級箍，其外徑約210.0 mm，環(huán)空間隙小，常規(guī)篩管頂部固井工藝難以實(shí)現(xiàn)。與φ139.7 mm套管通徑的滑套式分級箍外徑168.4 mm，內(nèi)通徑124.2 mm，φ244.5 mm×φ177.8 mm尾管懸掛器空心膠塞與φ139.7 mm分級箍無法配套使用，常規(guī)篩管頂部固井工藝難以實(shí)施，最終采用免鉆免撈篩管頂部固井工藝。

該井免鉆免撈篩管頂部固井管柱組合的外管柱結(jié)構(gòu)為φ177.8 mm懸掛器+φ177.8 mm套管+φ177.8 mm×φ139.7 mm變徑接頭+滑套式分級箍(外徑168.4 mm)+管外封隔器(最大外徑177.8 mm)+φ139.7 mm套管+φ139.7 mm篩管+φ139.7 mm插入式浮鞋(包括密封)；內(nèi)管柱結(jié)構(gòu)為φ139.7 mm鉆桿+ 懸掛器送入工具+皮碗封隔器總成(上)+φ101.6 mm鉆桿+φ88.9 mm油管+皮碗封隔器總成(中)+分級箍打開工具+皮碗封隔器總成(下)+旁通球座(帶循環(huán)閥)+φ73.0 mm油管+密封式插入管。注替水泥漿完成后上提中心管，皮碗封隔器(中)和皮碗封隔器(下)提至φ177.8 mm套管內(nèi)，將超返水泥漿沖洗干凈，然后起出全部內(nèi)管串，候凝后外管柱內(nèi)沒有附件殘留，可以直接轉(zhuǎn)入投產(chǎn)作業(yè)。與采用常規(guī)篩管頂部固井工藝相比，節(jié)省了組合小鉆具、起下鉆、鉆除附件的時(shí)間和鉆塞的相關(guān)費(fèi)用，并節(jié)省了鉆除附件占用鉆井平臺(tái)的日費(fèi)，也避免了鉆塞時(shí)震動(dòng)破壞水泥環(huán)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

5　結(jié)　論

1) 免鉆免撈篩管頂部固井工藝通過改進(jìn)、優(yōu)化內(nèi)外管柱結(jié)構(gòu)，使用皮碗封隔器、滑套式分級箍實(shí)現(xiàn)了固井后免鉆免撈，并且通過調(diào)整封隔器尺寸可實(shí)現(xiàn)復(fù)合尺寸套管固井。

2) 免鉆免撈篩管頂部固井工藝定量頂替水泥漿時(shí)存在替空、注水泥短路、水泥漿倒返等風(fēng)險(xiǎn)，需要通過優(yōu)化工具結(jié)構(gòu)、提高工具可靠性進(jìn)行解決。

3) 現(xiàn)場試驗(yàn)表明，免鉆免撈篩管頂部固井工藝節(jié)省了固井后鉆水泥塞和管內(nèi)附件的鉆機(jī)占用時(shí)間，可提高海上鉆完井生產(chǎn)時(shí)效，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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[編輯滕春鳴]

Study and Field Testing on the Top Cementing Technology of Screen Pipe Free from Drilling and Fishing

SONG Benling, HUANG Zhigang, ZHANG Wei, WANG Zhen, SHI Weiji

(BoxingBranch,CNPCOffshoreEngineeringCo.Ltd.,Tianjin, 300451,China)

Top cementing technology with conventional screen pipes can combine advantages of the screen pipe and liner cementing, but internal accessories need to be removed upon completion of cementing operations. To improve the top cementing efficiency of the screen pipe, the internal and external pipe string structure was optimized with a rubber cup packer and a sliding sleeve staged collar. They were used to replace the blind plate and differential-pressure type staged collar in the top cementing with conventional screen pipe. The internal pipe string was moved to achieve setting, cementing, circulation and other process operations and all the residual accessories were brought out when the internal pipe string was lifted after cementing. Thus, the blind plate and staged collar would not be retained in the casing and the diameter could meet requirements for follow-up operation to avoid drilling and fishing after cementing. At the same time, screen pipe completion of different composite casings could be performed by adjusting the sizes of rubber cup packers. This technology has been used for field tests in Well X in the offshore cooperation block of Bohai Bay to complete top cementing operation withφ177.8 mm liner +φ139.7 mm screen pipe. The well can be directly put into production after waiting on cement setting. Without the need for plug drilling, the drilling time can be effectively minimized.

screen pipe; cementing; liner; drill-free plug

2016-03-25；改回日期：2016-06-30。

宋本嶺(1964—)，男，山東無棣人，1984年畢業(yè)于勝利石油學(xué)校鉆井專業(yè)，2007年獲中國石油大學(xué)(華東)工業(yè)工程專業(yè)工程碩士學(xué)位，高級工程師，主要從事固井技術(shù)研究及應(yīng)用相關(guān)工作。E-mail：songbl001@cnpc.com.cn。

doi:10.11911/syztjs.201604013

TE256+.4

A

1001-0890(2016)04-0072-05

?鉆井完井?