周瑞立

(中國石化華北油氣分公司 石油工程技術(shù)研究院，河南 鄭州 450006)

鄂爾多斯盆地柳楊堡氣田，緊鄰蘇里格氣田西南側(cè)，地理位置上位于陜、蒙、甘三省交界處。柳楊堡氣藏疊合發(fā)育多套氣層，主力氣層為盒1和太2，縱向上交錯疊置[1-4]。氣田尚處于評價開發(fā)初期，前期直井評價太2儲層為整裝氣田，為加快評價步伐，采用水平井進(jìn)行評價，采用預(yù)置管裸眼完井壓裂共施工6井，壓裂試氣均無工業(yè)氣流，且產(chǎn)水大，日均產(chǎn)液85m3/d，經(jīng)分析認(rèn)為水層。而同期評價的5口盒1段氣井，平均無阻2.2×104m3/d，產(chǎn)液5.03m3/d，經(jīng)評價為工業(yè)氣層，為加快盒1的評價步伐，提高氣井利用率，針對疊合發(fā)育盒1的太2水平井(LP1T、LP4T和LP7T井)采取上返壓裂評價盒1的儲量。

氣田水平井均采用預(yù)置管裸眼完井，永久式懸掛器深度3 737～3 811 m，而盒1段平均埋深在3 827～3 901 m，因此改造盒1需鉆磨處理懸掛器，打撈部分41/2＂套管。由于懸掛器所在造斜位置，所處井斜角40°左右。其中鉆磨懸掛器成為施工重點與難點。因為鉆磨過程，受重力及自身重量影響，鉆磨工具靠近套管底部，易導(dǎo)致鉆磨損傷套管，影響盒1段后期改造。為降低施工風(fēng)險及難度，需要細(xì)化方案設(shè)計、優(yōu)選工具、優(yōu)化施工作業(yè)參數(shù)才能保證鉆磨作業(yè)安全順利的完成。

1 水平井造斜段鉆磨懸掛器大修難點分析

水平井受井眼軌跡影響，相對于常規(guī)井具有井斜角大，連續(xù)增斜井段長等特點。由于水平井井眼軌跡的特殊性，致使造斜段鉆磨、鉆磨工具串與管柱發(fā)生變化，作業(yè)時井口施加的扭矩和拉力很難傳遞到魚頂位置，常規(guī)鉆磨措施無法實施。因井眼軌跡影響，鉆頭及鉆磨工具串易靠近低部位，采取磨銑工藝時，地面的扭矩很大，環(huán)空縫隙小，磨銑工具易損傷套管。因此要完成水平井造斜段磨銑工藝的實現(xiàn)，必須對鉆磨工具施力方式和鉆頭進(jìn)行設(shè)計和改進(jìn)。綜合以上分析修井難點表現(xiàn)以下方面：

1)受井眼軌跡限制，常規(guī)井下工具、管柱難以滿足水平井造斜段修井要求；2)水平井摩阻大，扭矩、拉力和鉆壓傳遞損失大；3)鉆磨工藝難度大，套管磨損問題突出，套管保護(hù)難度大[5,6]。

2 水平井鉆磨懸掛器鉆磨工具優(yōu)化及施工參數(shù)優(yōu)化研究

2.1 磨銑的工具選擇與改進(jìn)

在預(yù)置管完井上返處理井下復(fù)雜情況過程中，因懸掛器為永久性封隔器，無法解封提出，只能采取鉆磨或套銑方式解封后提出來，由于該工具處于40°井斜角，而鉆磨處理井內(nèi)懸掛器成為本次修井的關(guān)鍵技術(shù)。

1)破損套管

水平井造斜段井況變化比較大，磨鞋工具貼近套管的底邊工作，因此，在造斜段使用磨銑工具，其側(cè)面不能有硬質(zhì)合金，磨鞋邊部的硬質(zhì)合金應(yīng)小于其本體，防止工具在旋轉(zhuǎn)作業(yè)過程中損傷套管。

2)磨偏

偏磨是在大斜度段中普遍表現(xiàn)中的一個問題，鉆具靠在下井壁上，鉆磨時容易產(chǎn)生偏磨，使被磨的落魚磨偏，留下大塊鐵皮，又無法通過強磁，沉淀杯撈獲。大量雜物堆積，形成鐵片之間的互相研磨，極大地影響后期鉆磨效率。

為降低鉆磨懸掛器過程中磨鞋對套管磨損，防止因井斜工具下沉，鉆磨懸掛器時，磨損7＂套管影響后期盒1層壓裂改造，優(yōu)化領(lǐng)眼磨鞋的領(lǐng)眼外徑95 mm，略小于懸掛器內(nèi)通徑98 mm；同時優(yōu)化高效領(lǐng)眼磨鞋側(cè)面不能有硬質(zhì)合金，且磨鞋邊部的硬質(zhì)合金應(yīng)小于其本體，見圖1。

2.2 造斜段鉆磨工藝施工參數(shù)的優(yōu)化

2.2.1 鉆壓工作參數(shù)的確定

磨鞋工作時有許用鉆壓，主要保證鉆磨時切削合金的受力控制在一定強度內(nèi)。許用鉆壓的確定與合金性能和磨鞋的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。由于磨銑復(fù)雜，許用鉆壓并非有一個固定的值,通常由實踐數(shù)據(jù)中獲得。一般采用高效磨鞋推薦的許用鉆壓推薦為25～30 KN,使用過高的鉆壓除了可能造成合金研磨損壞外，還會產(chǎn)生較大的連續(xù)鐵屑,引發(fā)循環(huán)攜帶問題。同時在大鉆壓下，被磨銑的油管一部分不是被磨掉，而是大塊地撕掉，由此產(chǎn)生大量大塊鐵屑。這些鐵屑由于無法正常循環(huán)出井聚集在磨鞋中心，加劇磨鞋中心的磨損，直至形成深坑或是將磨鞋中心掏空,大量鐵屑參與重復(fù)磨銑，還使磨銑工況變得不穩(wěn)定，出現(xiàn)鱉跳鉆現(xiàn)象，合金沖擊變大，合金被擊碎脫落，使磨鞋表面形成鏡面。

由圖2可以看出，隨著鉆壓的增加，磨銑速度也隨之增加，鉆壓的增加，會使磨鞋磨損老化加快。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)磨銑鉆壓為3T時，磨銑速度最快。研究認(rèn)為：選取鉆壓為3T，考慮到造斜段井身軌跡特點，磨鞋易磨損，開鉆前半小時鉆壓應(yīng)控制在2T以內(nèi)，然后平緩增加到3T，無進(jìn)尺也無扭矩時，可適當(dāng)增加至4T。

2.2.2 循環(huán)排量工作參數(shù)的確定[7,8]

鉆磨作業(yè)時，為了保證循環(huán)效果，應(yīng)合理選擇循環(huán)修井液密度和粘度等，滿足循環(huán)條件，使鉆磨作業(yè)以便造成鐵屑的充分?jǐn)y帶。因為太2層位非有效儲層，后期不再開發(fā)，為降低成本，采用清水作為修井液，為防止大塊落物不能返排出來，影響鉆進(jìn)，在優(yōu)化鉆具組合時鉆鋌下部增加沉淀杯，采用沉淀杯輔助打撈在一定程度可彌補這個缺陷。

由圖3可以看出，排量增加，磨銑速度也增加，是因為在磨銑施工中由于低排量造成磨銑產(chǎn)生的碎屑不能及時返離井底，導(dǎo)致重復(fù)磨銑，降低了磨銑進(jìn)度，嚴(yán)重的可導(dǎo)致金屬碎塊卡鉆事故發(fā)生，排量達(dá)到500 L/min時，增加排量對磨銑速度貢獻(xiàn)不大。由于施工過程中采用清水作為修井液，在磨銑時，在設(shè)備額定工況許可下盡可能提高排量，所以循環(huán)排量為600～900 L/min比較合理。

2.2.3 鉆速工作參數(shù)的確定

磨鞋工作時存在一個推薦轉(zhuǎn)速，試驗數(shù)據(jù)表明，轉(zhuǎn)速增加，磨銑速度將同步增加。磨銑轉(zhuǎn)速不影響合金性能，不影響循環(huán)的效果，使用較高轉(zhuǎn)速有利于提高磨銑速度。在同樣磨銑速度下，提高轉(zhuǎn)速可以相應(yīng)降低鉆壓，以保持良好的磨銑工況。

由圖4可以看出，鉆速增加，磨銑速度也隨之增加，當(dāng)鉆速達(dá)70～80 r/min時，鉆速增加，磨銑速度增加變緩，考慮到設(shè)備承受能力以及防止造斜段鉆具磨損套管等因素。研究認(rèn)為：轉(zhuǎn)速在有蹩跳的情況下，應(yīng)控制在50 r/min以內(nèi)；在無蹩跳的情況下，可適當(dāng)提高至60～70 r/min，尤其是高效磨鞋，盡量低鉆壓高鉆速，以提高鉆磨效率。

綜上所述，柳楊堡氣田鉆磨懸掛器過程中，因井下工具的可鉆性差，而造成磨銑速度低，且效果差。采用優(yōu)質(zhì)高效領(lǐng)眼磨鞋，該磨鞋壽命是普通磨鞋的3倍，磨銑鉆壓為3T，循環(huán)排量為600～900 L/min，鉆速控制在50 r/min以內(nèi)效果較佳。

3 LP1T井實施情況與效果

3.1 概況

LP1T井是柳楊堡氣田一口評價水平井，該井完鉆深度5 126 m(垂深3 920.43 m)，評價層位石炭系太原組太2段，采用預(yù)制管裸眼完井，經(jīng)儲層改造后測試2 339.33 m3/d，日產(chǎn)液83.8m3/d，累排液5217.42 m3，返排率147.71%。因產(chǎn)液較大，無法達(dá)到經(jīng)濟開發(fā)。該井疊合發(fā)育的盒1段，埋深382～3 835 m和3 866～3 874 m，經(jīng)預(yù)測為Ⅱ類儲層，預(yù)計日產(chǎn)氣約0.4×104m3/d，滿足評價要求。

表1 LP1T盒1段儲層地質(zhì)及預(yù)測情況

3.2 鉆磨進(jìn)尺的確定

預(yù)置管裸眼完井壓裂與尾管固井作業(yè)不同，在分段壓裂作業(yè)中，壓裂管柱入井后，不僅需要懸掛器將其懸掛在井內(nèi)某一預(yù)定位置，還需在壓裂過程中防止井底高壓推動整個管柱上行發(fā)生軸向穿動。懸掛器要求具備對壓裂管柱的雙向錨定能力，使得懸掛器在坐封后，整個管柱不再發(fā)生任何軸向移動。因此，懸掛器設(shè)計上下不同朝向的上、下卡瓦，實現(xiàn)雙向錨定；同時在上、下卡瓦之間增加不同硬度膠筒，實現(xiàn)密封作用。因此，鉆磨懸掛器時，需處理掉上卡瓦和膠筒密封裝置，一旦上部錨定失效后，打撈時下卡瓦錨定功能自動失效，可實現(xiàn)倒扣打撈作業(yè)。為防止套磨進(jìn)尺過長，導(dǎo)致懸掛器下部組件解體，增加打撈作業(yè)難度。為此，鉆磨懸掛器進(jìn)尺在膠筒下部和懸掛器下卡瓦下，鉆磨進(jìn)尺約0.64 m～1 m。由于懸掛器坐封過程中，部分下卡瓦一般都呈破碎狀態(tài)，為防止落魚，鉆磨需鉆至下卡瓦下總進(jìn)尺約1 m(鉆至點2)；若落魚不影響后期的作業(yè)，為節(jié)省時間降低套管磨損風(fēng)險，建議鉆磨進(jìn)尺為0.65 m(鉆至點1)，見圖5。LP1T井下部太2儲層壓裂后不能有效評價產(chǎn)能，落魚不影響后期施工，因此本方案建議鉆磨進(jìn)尺為0.65 m。

3.3 鉆頭優(yōu)選及鉆磨工具串確定

LP1T井懸掛器頂深3 781.16 m，所處井斜角40°左右，懸掛器長1.4 m，最大外徑149.5 mm，內(nèi)徑為98 mm。根據(jù)懸掛器規(guī)格優(yōu)化高效領(lǐng)眼磨鞋為MX-L94×152。由于進(jìn)尺不足1 m，且相對井斜角不大，采用常規(guī)轉(zhuǎn)盤提供動力。優(yōu)化鉆具組合為管柱結(jié)構(gòu)(自下而上)：高效領(lǐng)眼磨鞋MX-L92 mm×152 mm×640 mm+撈杯1.7 m+120 mm鉆鋌10根+89 mm正扣鉆桿379根+方鉆桿。其中，高效磨鞋尺寸：外徑152 mm，引錐90 mm×92 mm；撈杯：筒體外徑140 mm，內(nèi)徑112 mm。

3.4 應(yīng)用效果

LP1T井懸掛器材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)合金鋼，施工鉆壓3～7T，轉(zhuǎn)速50～70 r/min，排量900～1 050 L/min，泵壓8～12 MPa，鉆磨井段3 810.13～3 810.78 m，進(jìn)尺0.65 m，總鉆磨時間1.5小時，返出物為鐵屑約有4L和部分膠皮，說明上卡瓦已完全磨掉。施工作業(yè)結(jié)束后，打水泥塞試壓25 MPa，穩(wěn)壓30 min，試壓合格，證明采用高效領(lǐng)眼磨鞋在鉆磨過程中起到保護(hù)套管的作用，證明該井鉆磨工具選用合理，技術(shù)措施得當(dāng)，為今后類似預(yù)置管完井儲層上返處理懸掛器作業(yè)積累了經(jīng)驗。

4 結(jié)論與建議

1)明確了水平井鉆磨懸掛器作業(yè)施工管柱設(shè)計組合以及相關(guān)工具選擇優(yōu)化，基本滿足水平井處理懸掛器修井作業(yè)的需要。2)形成了大井斜(40°)鉆磨懸掛器技術(shù)，采用優(yōu)化后高效領(lǐng)眼磨鞋，在保護(hù)套管磨損方面起到較大優(yōu)勢，適宜在疊合發(fā)育預(yù)置管完井中有較大推廣應(yīng)用價值，能有效的降低老井利用成本。