李 寧， 胡光輝， 黎 強， 艾正青， 李早元

(1.中國石油塔里木油田分公司油氣工程研究院，新疆庫爾勒 841000；2.中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，四川廣漢 618300；3.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(西南石油大學(xué))，四川成都 610500)

塔里木油田碳酸鹽巖油氣藏豐富，碳酸鹽巖儲層是塔里木油田快速上產(chǎn)的重要區(qū)域[1]。水平井是開發(fā)碳酸鹽巖區(qū)塊的有效方式，能夠大幅度提高油氣井產(chǎn)量。由于酸鹽巖儲層下部存在裂縫性漏失地層、油氣洞穴、水層等，常規(guī)的水平井固井方式無法滿足封隔漏失層段、保護(hù)油氣儲層不受水泥漿污染和長期分段開采的要求，嚴(yán)重制約了碳酸鹽巖儲層的規(guī)模開發(fā)進(jìn)程。國內(nèi)外一些油田采用“管外封隔器+液壓式分級箍”管串結(jié)構(gòu)的選擇性完井工藝,選擇性封固造斜段和水平段，封隔水層、漏失層及防止水泥漿下沉污染儲層[2-6]，但液壓式分級箍在超深水平井中存在循環(huán)孔不易打開關(guān)閉、密封不嚴(yán)，固井后套管內(nèi)留有水泥塞等問題。塔里木油田采用深井、超深水平井開發(fā)碳酸鹽巖儲層[7-9]，完井管柱下入最大深度超過7 000 m，井底最高溫度大于160 ℃，壓力超過70 MPa，完井作業(yè)受到井底高溫高壓、井身結(jié)構(gòu)、井眼條件等因素的影響，因此對完井操作流程及工具可靠性提出了更高要求。筆者通過前期技術(shù)研究，提出在碳酸鹽巖儲層采用“篩管+盲板+管外封隔器+固井開孔短節(jié)”的不鉆塞選擇性完井工藝，固井開孔短節(jié)采用金屬密封，其循環(huán)孔通過內(nèi)管工具可以反復(fù)打開關(guān)閉，固井后套管內(nèi)不留水泥塞，降低了施工成本，縮短了完井周期，提高了完井施工的安全性和經(jīng)濟性。

1 碳酸鹽巖儲層水平井完井設(shè)計

塔里木盆地包含多套含油層系，是典型的疊合盆地，具有多期構(gòu)造疊加、多期改造的特點，其中奧陶系古潛山碳酸鹽巖是油氣富集的含油層系之一，也是勘探的主要目的層系[8-9]。在早期成巖作用和后期構(gòu)造破裂作用共同控制下，該地區(qū)形成了一套非均質(zhì)性極強的碳酸鹽巖縫洞型儲層結(jié)構(gòu)，儲層類型為溶洞裂縫體系，其中以裂縫性儲層為主，孔洞型儲層次之。該類儲層是由多個縫洞體在空間上疊加形成的復(fù)合油氣藏，具有多重孔隙特征、非均質(zhì)性、成藏復(fù)雜等特點，有利于油氣的運移、成藏和保存，易形成高產(chǎn)油氣井[10-13]，目前已基本形成輪古、英買力、塔中和哈拉哈塘等4個碳酸鹽巖主力區(qū)塊。但由于碳酸鹽巖儲層結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，常規(guī)的固井完井工藝難以滿足儲層保護(hù)、多層系油氣藏開發(fā)及后期多段改造等要求。

1.1 水平井完井工藝設(shè)計

水平井是提高單井產(chǎn)量的重要手段。為了最大限度地增大儲層油氣滲流面積，提高單井產(chǎn)量，碳酸鹽巖儲層主要采用水平井進(jìn)行開發(fā)[14-15]。為了滿足多種生產(chǎn)措施的要求，提高綜合效益，前期開發(fā)碳酸鹽巖儲層時采用了裸眼完井工藝、“篩管+盲板+旋流短節(jié)”的完井工藝及“篩管+盲板+管外封隔器+固井開孔短節(jié)”的不鉆塞選擇性完井工藝等(見圖1)。3種完井工藝對比(見表1)表明，不鉆塞選擇性完井工藝不僅可以在A點以上注水泥，也可以防止水泥漿下沉污染儲層，還可以選擇封固部分水平段，從而實現(xiàn)分段酸化，同時為后期找水、堵水留下了作業(yè)通道。

圖1 塔里木碳酸鹽巖水平井完井藝Fig.1 Horizontal well completion in carbonate reservoir in the Tarim Oilfield

完井工藝封固層段工藝特點裸眼完井封固A點以上的套管層段 儲層不受水泥漿污染,裂縫性灰?guī)r儲層投產(chǎn)或改造后裸眼易垮塌,不能實現(xiàn)封隔水層、漏失層、分段開采及分段酸化“篩管+盲板+旋流短節(jié)”完井封固A點上部的井段 水泥漿封固的層段不具備選擇性,存在水泥漿下沉污染儲層堵死篩管的風(fēng)險,不能實現(xiàn)封隔水層、漏失層、分段開采及分段酸化“篩管+盲板+管外封隔器+固井開孔短節(jié)”完井封固A點上部井段、封固水平井段 水泥漿封固層段具備了選擇性,可以防止水泥漿下沉污染儲層,可以實現(xiàn)封隔水層、漏失層、分段開采及分段酸化

1.2 選擇性完井工藝滿足不同開發(fā)模式需求

選擇性完井設(shè)計可以選擇封固復(fù)雜層段，避開水層對主力儲層的影響，實現(xiàn)復(fù)雜儲層的選擇性開采。在鉆井過程中，若在封堵目的層上部或A點附近鉆遇水層，其后在水平段鉆遇油氣時，管外封隔器可以安放在水層與油層之間，采取選擇性完井進(jìn)行篩管頂部注水泥作業(yè)，封堵水層，油氣顯示井段不固井(見圖2(a)和(b))；在B點附近鉆遇水層時，管外封隔器通常安放在水層的頂部，選擇性完井封固油氣顯示井段，隔開后部水層，后期射開油氣顯示段進(jìn)行開采(見圖2(c))；水平段內(nèi)整體油氣顯示活躍，而尾部進(jìn)入油氣洞穴，管外封隔器可以安放在洞穴上部(或前部)，選擇封固前部油層，后部采用篩管完井(見圖2(d))。

圖2 選擇性完井開發(fā)模式Fig.2 Development mode with selective completion technology

2 選擇性完井工藝

2.1 選擇性完井工藝管柱設(shè)計

選擇性完井工藝是將在篩管上部依次連接盲板、管外封隔器、固井開孔短節(jié)和尾管懸掛器的尾管串下至設(shè)計位置，利用加壓設(shè)備依次坐掛尾管懸掛器及脹封管外封隔器，然后起出下入管柱，下入內(nèi)管工具操作固井開孔短節(jié)開關(guān)，對水平段注水泥漿，封固管外封隔器上部井段。典型的選擇性固井工藝完井管柱組合為：篩管+盲板+套管+管外封隔器+短套管+固井開孔短節(jié)+套管+尾管懸掛器+鉆柱(見圖3)。

2.2 主要工具的工作原理

2.2.1 液壓式尾管懸掛器

液壓式尾管懸掛器主要用于尾管懸掛及定位。

圖3 選擇性完井管柱示意Fig.3 Diagram of selective completion string

尾管懸掛器連接尾管串下至坐掛位置，利用下入管柱從井口憋壓，管內(nèi)與管外形成壓差，推動活塞下行剪斷液缸銷釘，帶動卡瓦沿錐體上行、并貼近上層套管內(nèi)壁，此時下放管柱使卡瓦卡在套管壁上，實現(xiàn)尾管懸掛。液壓式尾管懸掛器的主要優(yōu)點是可以在大斜度井或超深井內(nèi)實現(xiàn)尾管坐掛。

2.2.2 管外封隔器

管外封隔器主要由橡膠筒、中心管、閥箍等組成，用于封隔水層、漏失層或者進(jìn)行分段開采和分段壓裂等。其工作原理是：下放到位后，利用地面加壓設(shè)備小排量憋壓，達(dá)到開啟壓力時剪斷進(jìn)液閥的銷釘，高壓流體介質(zhì)打開單流關(guān)閉閥，經(jīng)關(guān)閉閥進(jìn)入膠筒的膨脹腔內(nèi)；在壓力作用下，管外封隔器膠筒膨脹變形與井壁緊密接觸形成密封，待膨脹腔內(nèi)壓力達(dá)到關(guān)閉閥關(guān)閉壓力時，關(guān)閉閥的銷釘剪斷，回壓推動關(guān)閉閥將進(jìn)液孔堵死，實現(xiàn)永久坐封。

2.2.3 固井開孔短節(jié)

固井開孔短節(jié)主要由本體、滑套、循環(huán)孔等組成。滑套可以上下活動，利用內(nèi)管工具上的鎖塊下壓或者上提滑套內(nèi)壁的凸塊來打開或關(guān)閉循環(huán)孔。它與管外封隔器一起使用，形成固井作業(yè)時的循環(huán)通道。

與液壓控制的分級箍相比，固井開孔短節(jié)具有不受井斜角的限制、可安放在大斜度井段以及水平井段的特點；滑套為金屬密封，可以更好地保證套管的氣密性，特別是氣密封套管的固井；循環(huán)孔利用內(nèi)管工具進(jìn)行開關(guān)控制，安全可靠性高；循環(huán)孔關(guān)閉后即可試壓，避免了循環(huán)孔關(guān)閉不嚴(yán)的問題；施工結(jié)束后套管內(nèi)不留水泥塞，節(jié)省了掃塞時間。

2.2.4 內(nèi)管工具

內(nèi)管工具主要由皮碗、鎖緊滑塊、球座、鋪球短節(jié)、循環(huán)孔等部分組成。內(nèi)管工具是固井開孔短節(jié)配套工具，用其鎖緊滑塊控制固井開孔短節(jié)的滑套，打開或關(guān)閉循環(huán)孔。打開固井開孔短節(jié)的循環(huán)孔時，鎖塊的凹槽掛住開孔短節(jié)內(nèi)壁上的凸塊，下壓50 kN，滑套下行，循環(huán)孔打開；關(guān)閉固井開孔短節(jié)的循環(huán)孔時上提50 kN，滑套上行，循環(huán)孔關(guān)閉。

在下入內(nèi)管工具的過程中可循環(huán)鉆井液，內(nèi)管工具下放到位后，投球坐落在鋪球短節(jié)，可利用皮碗和內(nèi)管工具循環(huán)孔的配合，在內(nèi)管工具與固井開孔短節(jié)之間建立密封空間，通過內(nèi)管工具與環(huán)空之間的循環(huán)通道進(jìn)行固井作業(yè)。

3 工藝流程

選擇性完井工藝需要兩趟鉆完成操作，第一趟下入尾管，利用送入管柱坐掛尾管懸掛器、脹封管外封隔器；第二趟下入內(nèi)管工具，通過內(nèi)管工具打開和關(guān)閉固井開孔短節(jié)，進(jìn)行施工作業(yè)。

3.1 第一趟鉆

利用送入管柱將“篩管+盲板+套管+管外封隔器+短套管+固井開孔短節(jié)+套管+尾管懸掛器”的管串組合下至預(yù)定位置。由于設(shè)定的管外封隔器的脹封壓力高于液壓式尾管懸掛器的坐掛壓力，因此可以利用加壓設(shè)備(如水泥車或壓裂車)緩慢加壓，依次坐掛尾管懸掛器和脹封管外封隔器，具體施工步驟為：

1) 地面管線試壓合格后，先緩慢加壓至尾管懸掛器坐掛壓力的50%，穩(wěn)壓2 min，加壓至尾管懸掛器的坐掛壓力坐掛尾管懸掛器，然后，鉆具下放至中和點位置，進(jìn)行泄壓；

2) 再加壓至管外封隔器開啟壓力的50%，然后階梯加壓，每加2 MPa穩(wěn)壓2 min，直至壓力達(dá)到進(jìn)液閥的開啟壓力，關(guān)泵，觀察壓力變化，若壓力下降說明液體開始進(jìn)入膠筒的膨脹腔，此時開泵緩慢加壓至關(guān)閉壓力，停泵，觀察進(jìn)液量(進(jìn)液量需達(dá)到膠筒部位與裸眼井段環(huán)形空間體積的80%)，完成脹封；

3) 為驗證管外封隔器的進(jìn)液閥組是否鎖死，可將加壓設(shè)備泄壓至0 MPa，再緩慢加壓至關(guān)閉壓力，觀察是否有進(jìn)液現(xiàn)象；

4) 在液壓式尾管懸掛器成功坐掛和管外封隔器脹封后，完成倒扣作業(yè)，起出送入管柱。

3.2 第二趟鉆

將連接“鉆桿+內(nèi)管工具”管串組合下入井內(nèi)，利用內(nèi)管工具控制固井開孔短節(jié)打開關(guān)閉循環(huán)孔，完成固井作業(yè)，具體施工步驟為：

1) 在內(nèi)管工具接近固井開孔短節(jié)前一根套管時先小排量(0.5 m3/min)開泵，沖洗球座15 min；

2) 投球，等球入座或球被泵送入座后，憋壓至7 MPa對內(nèi)管工具的皮碗進(jìn)行試壓，試壓合格后泄壓；

3) 緩慢下探至固井開孔短節(jié)位置(如沒有過壓則上提2 m正轉(zhuǎn)一定圈數(shù)直至有過壓顯示)，下壓50 kN打開固井開孔短節(jié)的循環(huán)孔，循環(huán)孔打開后上提1 m左右正轉(zhuǎn)一定圈數(shù)，使內(nèi)管工具能順利通過固井開孔短節(jié)；

4) 內(nèi)管工具通過固井開孔短節(jié)后，下放管柱，保證內(nèi)管工具的循環(huán)孔與固井開孔短節(jié)的循環(huán)孔連通，開泵循環(huán)(排量小于0.5 m3/min，循環(huán)時監(jiān)測氣測值，以判斷皮碗是否密封)，一切正常后進(jìn)行固井作業(yè)(排量小于0.5 m3/min，替漿過程中要注入高密度鉆井液平衡管內(nèi)外壓差，以免關(guān)閉循環(huán)孔困難或循環(huán)孔關(guān)閉不嚴(yán)影響起鉆)；

5) 固井施工完成后緩慢上提關(guān)閉循環(huán)孔，對固井開孔短節(jié)加壓至7 MPa，驗證密封性；

6) 起鉆反循環(huán)或正循環(huán)出管內(nèi)殘余水泥漿，起出內(nèi)管開關(guān)工具。

4 現(xiàn)場施工效果

LG41C井是一口側(cè)鉆水平井，造斜點井深5 395.00 m，完鉆井深5 712.26 m，裸眼段井徑152.4 mm，最大井斜角89.5°，井底溫度130 ℃，固井開孔短節(jié)位于井深5 590.00 m處，該處井斜角78.0°，管外封隔器位于井深5 606.80 m處，該處井斜角83.0°，采用不鉆塞選擇性完井工藝封堵產(chǎn)層上部水層。該井采用的尾管串結(jié)構(gòu)為：φ114.3 mm引鞋+φ114.3 mm篩管+盲板+φ114.3 mm管外封隔器+φ114.3 mm固井開孔短節(jié)+φ127.0 mm套管+φ127.0 mm液壓式尾管懸掛器。

尾管串下至預(yù)定位置后，利用固井泵進(jìn)行加壓，成功坐掛液壓式懸掛器和脹封管外封隔器后，起出送入鉆具，下入內(nèi)管工具，打開固井開孔短節(jié)的循環(huán)孔進(jìn)行固井作業(yè)，施工結(jié)束后利用內(nèi)管工具順利關(guān)閉循環(huán)孔。試壓結(jié)果表明，固井開孔短節(jié)密封性良好，井口無返出，整個固井過程施工順利。

現(xiàn)場試驗獲得成功后，2012年在塔里木油田碳酸鹽巖區(qū)塊5口井進(jìn)行了不鉆塞選擇性完井工藝施工，具體施工情況見表2。

現(xiàn)場嚴(yán)格按照上述操作程序施工，作業(yè)順利且安全可靠，滿足了生產(chǎn)作業(yè)需求。選擇性完井不鉆塞篩管頂部注水泥工藝在現(xiàn)場成功應(yīng)用，達(dá)到了有效封隔水層、漏失層以及碳酸鹽巖分段開采、分段酸化等目的，滿足了碳酸鹽巖儲層的開發(fā)需求。

5 結(jié)論與建議

1) 塔里木油田碳酸鹽巖儲層復(fù)雜多樣，選擇性完井工藝能夠選擇封固井段，能滿足碳酸鹽巖水平井多種開發(fā)模式的需求，可為碳酸鹽巖油氣藏的開發(fā)及產(chǎn)能挖潛提供技術(shù)方案。

表2不鉆塞選擇性完井工藝施工情況

Table2Applicationofplug-drilling-freeselectivecompletiontechnology

井號井深/m管串結(jié)構(gòu)施工結(jié)果YM2-H306 637.00 盲板+固井開孔短節(jié)+管外封隔器+管外封隔器+固井開孔短節(jié)+管外封隔器+管外封隔器+尾管懸掛器成功YM322-4CH5 572.00 篩管+盲板+管外封隔器+短套管+固井開孔短節(jié)+尾管懸掛器成功YM321-7H5 574.00 盲板+管外封隔器+短套管+固井開孔短節(jié)+尾管懸掛器成功RP702C7 079.00 盲板+管外封隔器+短套管+固井開孔短節(jié)+尾管懸掛器成功YM7-14CH5 508.00 盲板+管外封隔器+短套管+固井開孔短節(jié)+尾管懸掛器成功

2) 不鉆塞選擇性完井采用“盲板+管外封隔器+固井開孔短節(jié)”的管串結(jié)構(gòu)，工藝操作精度要求高，需要嚴(yán)格按照操作程序進(jìn)行，才能保證各個工具均能正常工作，發(fā)揮選擇性完井的技術(shù)優(yōu)勢。

3) 選擇性完井工藝在施工過程中需兩趟鉆完成固井施工作業(yè)，影響了施工進(jìn)度，因此建議進(jìn)一步開展施工工具及工序的優(yōu)化研究和現(xiàn)場試驗。

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