肖 勇， 李丹陽(yáng)， 牛 閣， 張建軍， 楊 川

(1中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司 2中國(guó)石油塔里木油田公司)

一、塔里木尾管固井難點(diǎn)分析

尾管固井由于其低廉的作業(yè)成本、顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益業(yè)已成為深井、超深井固井施工的常用工藝技術(shù)。但是，該技術(shù)也是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)高、技術(shù)復(fù)雜、施工難度大及質(zhì)量要求高的固井工藝技術(shù)，在尾管固井施工中也會(huì)出現(xiàn)一些諸如替空、固井后起鉆困難與留高塞、地層漏封等事故[1-3]。

而塔里木油田由于高溫、高壓等復(fù)雜井況，一直是固井工藝技術(shù)的難點(diǎn)地區(qū)。尤其是隨著塔里木盆地石油勘探開(kāi)發(fā)的進(jìn)一步深入，鉆井開(kāi)發(fā)中側(cè)鉆大斜度井、水平井的數(shù)量逐漸增多，而這些井大部分采用深井小間隙尾管固井。針對(duì)深井小間隙尾管固井作業(yè)的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)踐分析認(rèn)為塔里木地區(qū)深井小間隙井存在的主要問(wèn)題有：

(1)井眼條件復(fù)雜，井深、環(huán)空間隙窄，高溫高壓、窄安全密度窗口，油氣活躍。

(2)側(cè)鉆井鉆井過(guò)程中，井身控制較困難，容易出現(xiàn)狗腿度較大的情況，并且塔里木地區(qū)地層應(yīng)力復(fù)雜，鹽層蠕變縮徑，造成后期套管管串下入困難，這對(duì)尾管懸掛器在下入過(guò)程中應(yīng)對(duì)復(fù)雜狀況的能力提出了較高的要求[4-6]。

(3)固井施工泵壓高，注替過(guò)程中易誘發(fā)井漏而影響施工安全。

(4)工具易失效，在高溫、高壓、高含硫的情況下對(duì)固井工具(包括附件)的可靠性要求非常高。

(5)側(cè)鉆井中深井或超深井小間隙固井?dāng)?shù)量較多，尤其是在尾管懸掛器懸掛位置，其窄環(huán)空間隙極易出現(xiàn)橋堵。

(6)因該地區(qū)地層較不穩(wěn)定，循環(huán)過(guò)程中，鉆井液攜砂較多，容易在懸掛器坐掛機(jī)構(gòu)位置沉積，形成橋堵，或在懸掛器回接筒位置沉積造成固井后起鉆困難。

二、工具的工藝改進(jìn)措施

近年來(lái),塔里木油田分公司開(kāi)展包括尾管懸掛器在內(nèi)的固井工具國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。

1.反扣、滾柱軸承加強(qiáng)設(shè)計(jì)

為應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的遇阻問(wèn)題，特將反扣螺距加強(qiáng)，增強(qiáng)抗拉能力，并對(duì)反扣軸承進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將小尺寸尾管懸掛器滾珠軸承改進(jìn)為滾柱軸承，從而將滾珠軸承抗沖擊載荷20 t提高至滾柱軸承的50 t。

2.新型流道設(shè)計(jì)

塔里木地區(qū)近年發(fā)生多起尾管固井結(jié)束后起鉆困難的問(wèn)題，經(jīng)分析認(rèn)為因環(huán)空鉆井液在上返過(guò)程中，從回接筒外部窄環(huán)空間隙(?127 mm尾管懸掛器，回接筒位置最小間隙僅為4.4 mm)過(guò)渡到上部懸掛器提升短接的超徑段，流體返速將大幅降低，流體無(wú)法達(dá)到紊流，容易造成沉砂在該處沉積，形成砂橋。為降低該風(fēng)險(xiǎn)，特在懸掛器提升短接位置增加一旋流扶正塊，使環(huán)空流體改變流速剖面而做螺旋運(yùn)動(dòng)，在軸向驅(qū)替的同時(shí)增加一周向剪切驅(qū)動(dòng)力，從而有利于將回接筒上部滯留沉砂驅(qū)替，降低沉砂風(fēng)險(xiǎn)，具體模型如圖1所示。

圖1 提升短接旋流扶正塊

3.回接筒及防砂帽防沉砂優(yōu)化

大井深小間隙尾管固井，尤其是坐掛位置在大斜度段或水平井段，送入鉆具摩阻較大，尾管懸掛器丟手判斷困難，為準(zhǔn)確判斷工具是否丟手成功，往往需要加大提升距離，按照常規(guī)工具尺寸結(jié)構(gòu)，即回接筒1.1 m，插入中心管2.8 m，則在上提管柱判斷丟手情況過(guò)程，上提距離超過(guò)1.1 m，防砂帽將被送入工具反扣軸承帶離回接筒，從而引起環(huán)空沉砂進(jìn)入回接筒引起卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。為有效降低該風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)塔里木油田應(yīng)用情況，特將尾管懸掛器回接筒長(zhǎng)度從1.1 m調(diào)整為2.6 m，即保證丟手判斷過(guò)程中，在最大上提距離2.5 m以內(nèi)，防砂帽均不會(huì)脫離回接筒，并相應(yīng)的選取組合式固定防砂器，保證在整個(gè)丟手判斷過(guò)程中，防砂帽不會(huì)因?yàn)槟ψ璧惹闆r脫離回接筒喇叭口，杜絕沉砂進(jìn)入回接筒風(fēng)險(xiǎn)。組合式固定防砂器模型如圖2所示。

圖2 組合式固定防砂器

4.稱重方式改進(jìn)

鉆桿膠塞主要由導(dǎo)向頭、鋁制桿和膠盤(pán)組合而成，膠盤(pán)組合根據(jù)鉆具內(nèi)徑而定，一般為4～5個(gè)，由2～3種直徑膠盤(pán)組成。每種直徑膠盤(pán)針對(duì)不同鉆具及鉆具接頭內(nèi)徑而設(shè)計(jì)，使鉆桿膠塞在每種內(nèi)徑段均有密封與刮刷作用，且確保在鉆桿接頭位置膠盤(pán)不被剪切。為使膠盤(pán)具有密封、刮刷及液壓推動(dòng)功能，將其設(shè)計(jì)成碗狀，但是此形狀易夾藏固體顆粒，阻礙皮碗通過(guò)鉆桿接頭位置時(shí)收縮。鉆桿膠塞由含固相的替漿液推動(dòng)在內(nèi)徑不同的鉆具內(nèi)運(yùn)行。上述兩方面因素可導(dǎo)致替漿液內(nèi)固相顆粒沉淀物或鉆桿內(nèi)壁附著物落入皮碗內(nèi); 隨著落物增多，皮碗收縮難度增大，下行阻力增大。當(dāng)鉆桿膠塞通過(guò)較小內(nèi)徑時(shí)，易在變徑處或較小通徑內(nèi)產(chǎn)生橋堵現(xiàn)象[7-8]。而塔里木油田尾管懸掛器一直以來(lái)均采用進(jìn)口工具，相應(yīng)的也秉承了國(guó)外施工流程，即在套管下入前階段進(jìn)行刮管稱重作業(yè)，而未試通膠塞，僅在送入鉆具入井過(guò)程中，使用外徑大于膠塞導(dǎo)向頭的通徑規(guī)通鉆桿內(nèi)徑。但常用通徑規(guī)對(duì)鉆具內(nèi)壁無(wú)刮刷功能，無(wú)法去除鉆桿內(nèi)壁附著物，不能完整模擬膠塞入井過(guò)程，為確保完整模擬固井過(guò)程鉆桿膠塞運(yùn)行，確保鉆桿內(nèi)壁干凈，檢驗(yàn)循環(huán)液中固相顆粒對(duì)膠塞運(yùn)行影響。特設(shè)計(jì)研發(fā)稱重、刮壁連作篩管工具，確保在不增加鉆井方工作量的情況下，進(jìn)行上層套管刮壁、稱重、過(guò)膠塞等工作連作。捉塞裝置改進(jìn)方案如圖3所示。

圖3 捉塞裝置改進(jìn)方案

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2017年該型國(guó)產(chǎn)尾管懸掛器工具技術(shù)服務(wù)在塔里木油田全面采取上述改進(jìn)措施，全年在塔里木油田累計(jì)應(yīng)用40余井次(其規(guī)格尺寸包括?244.5 mm×?177.8 mm、?177.8 mm×?127 mm、?206.38 mm×?127 mm、?206.38 mm×?139.7 mm 等)，最大井深7 832 m、懸掛器位置最高溫度141℃、最大鉆井液密度1.51 g/cm3，最大套管下入井斜91.6°、最長(zhǎng)封固段1 154 m、最小浮重9 t，成功率100%。

以YMxx井為例，該井中完井深5 139 m，懸掛器下深4 451 m，?177.8 mm套管下深4 601 m，?127 mm尾管長(zhǎng)度668 m。鉆井液采用聚磺鉆井液體系，鉆井液密度1.16 g/cm3，井底溫度108℃，最大井斜91.67°，平均井徑159.34 mm，擴(kuò)大率4.55%，最大井徑238.481 mm/4 933 m，最小井徑146.787 mm/5 095 m。YMxx井膠塞使用前后圖如圖4所示。該井施工難點(diǎn)有如下4點(diǎn)：

(1)該井為側(cè)鉆水平井，浮箍、浮鞋、碰壓總成均位于水平段，對(duì)工具可靠性要求較高。

(2)該井屬于小間隙尾管固井，循環(huán)洗井及固井期間存在憋高壓、井漏和留高塞的風(fēng)險(xiǎn)，這對(duì)于尾管懸掛器坐掛前后過(guò)流面積要求較高。

(3)該井造斜段狗腿度較大，工具下入困難，對(duì)懸掛器處理復(fù)雜情況能力要求較高。

(4)該井井底沉砂較多，如不能較好的控制沉沙在懸掛器位置堆積，極易造成固井后送入工具起出困難。

圖4 YMxx膠塞使用前后圖

施工流程如下：

(1)下入連作工具，進(jìn)行稱重，過(guò)膠塞作業(yè)。

(2)原鉆具通井。通井過(guò)程，尤其是在水平段階段遇阻困難，經(jīng)稠漿舉砂發(fā)現(xiàn)，井底沉砂嚴(yán)重，通過(guò)后期調(diào)整鉆井液性能，有所改善。

(3)按照設(shè)計(jì)管串，下入管柱。在下最后1柱時(shí)出現(xiàn)遇阻，反復(fù)活動(dòng)(可上提)、循環(huán)，多次下放阻點(diǎn)均未發(fā)生改變，最大下壓懸重低于“中和點(diǎn)” 懸重52 t，活動(dòng)時(shí)間14 h，經(jīng)討論就地完鉆。

(4)小排量循環(huán)2.5周，投球、坐掛、丟手，固井作業(yè)，固井作業(yè)過(guò)程壓力穩(wěn)定、鉆桿膠塞與尾管膠塞復(fù)合順利，準(zhǔn)確碰壓。固井施工壓力曲線如圖5所示。

圖5 YMxx井固井施工曲線

(5)固井完成，起鉆順利，無(wú)阻卡，丟手工具起出，完好無(wú)損。

(6)后期探下塞，塞面距碰壓座僅10余米。

四、結(jié)束語(yǔ)

(1)鉆井液性能對(duì)尾管固井的成敗有重要影響。

(2)套管下入前最后一次通井，需盡可能減小裸眼沉砂情況及后期固井鉆井液固相顆粒含量。

(3)稱重過(guò)程進(jìn)行過(guò)膠塞作業(yè)，較好模擬固井過(guò)程膠塞運(yùn)行，可在固井前改善膠塞應(yīng)用環(huán)境，防止膠塞在替漿過(guò)程中損傷或失效，造成“灌香腸”、憋高壓等惡性事故。

(4)適當(dāng)加強(qiáng)丟手工具反扣承壓能力，對(duì)于處理復(fù)雜情況提供了較大處置空間。

(5)新型流道設(shè)計(jì)及回接筒、防砂帽的改進(jìn)對(duì)于防止固井后丟手工具起鉆困難有較好效果。

(6)對(duì)于不同區(qū)域、不同井況，對(duì)工具及其施工工藝進(jìn)行必要的適應(yīng)性研究及改進(jìn)對(duì)于工具的成功應(yīng)用必不可少。

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