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(shù)研究院 2低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)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(guī)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(guī)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(guī)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(fā)成本，比如蘇南道達(dá)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(cè)鉆小井眼一般用于老井剩余油氣挖潛，利用老井井筒和現(xiàn)有井場設(shè)備，避免征用新井場，鉆完井難度比常規(guī)側(cè)鉆井和單純小井眼要大很多。長慶區(qū)域油井一般側(cè)鉆為大斜度定向井，固井質(zhì)量可以保證[4]；長慶區(qū)域氣井一般側(cè)鉆為水平井，由于小井眼環(huán)空間隙小，尾管不居中，不能保證固井質(zhì)量。如果采用篩管礫石充填的完井方式[5]，只適合于籠統(tǒng)改造。要想充分挖潛產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)儲層均衡改造，需要實(shí)施分段壓裂。

裸眼封隔器完井對于常規(guī)水平井是一項(xiàng)成熟技術(shù)，但對于側(cè)鉆小井眼水平井，由于側(cè)鉆井眼尺寸過小，老套管側(cè)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(fēng)險[6]，因此側(cè)鉆小井眼水平井裸眼封隔器完井在國內(nèi)外仍處于試驗(yàn)階段。為挖潛氣田的剩余產(chǎn)能，節(jié)約開發(fā)成本，蘇里格氣田開展了側(cè)鉆水平井裸眼封隔器完井技術(shù)的現(xiàn)場試驗(yàn)。針對首批2口井在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的復(fù)雜情況，提出了改進(jìn)措施，完善了完井工具管柱結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了完井作業(yè)的施工方案，取得了預(yù)期的改進(jìn)效果，為側(cè)鉆小井眼裸眼封隔器完井技術(shù)的推廣試驗(yàn)積累了經(jīng)驗(yàn)。

1 技術(shù)分析

1.1 小井眼裸眼封隔器完井技術(shù)難點(diǎn)

相對于常規(guī)裸眼封隔器完井，側(cè)鉆小井眼水平井裸眼封隔器完井具有以下技術(shù)難點(diǎn)[7]：①井眼小、環(huán)空間隙小、工具入井難度大。蘇里格氣田常規(guī)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(huán)空間隙則不小于5.2 mm。蘇里格氣田側(cè)鉆小井眼是采用?118 mm鉆頭在老井?139.7 mm套管內(nèi)開窗側(cè)鉆的裸眼水平井，工具外徑為111 mm，環(huán)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(cè)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(fēng)險;③對于老井側(cè)鉆，由于地層壓力、巖石應(yīng)力等地質(zhì)特性發(fā)生了變化，地層可能出現(xiàn)壓力異常，對地層壓力的預(yù)測難以掌控, 給懸掛封隔器的坐封、脫手和驗(yàn)封增加了風(fēng)險。

1.2 完井工藝

1.2.1 完井方式

在老井?139.7 mm的生產(chǎn)套管內(nèi)側(cè)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(nèi)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(nèi)，懸掛器以上回接?88.9 mm EU油管[8]。

1.2.2 管柱結(jié)構(gòu)

回接上部工具串的管柱結(jié)構(gòu)如圖1。

1.2.3 作業(yè)流程

開窗側(cè)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(yàn)封→裝采氣井口[9]。

2 復(fù)雜處理及改進(jìn)措施

本次共開展4口氣井側(cè)鉆水平井的裸眼封隔器完井現(xiàn)場試驗(yàn)。首批2口井均出現(xiàn)了復(fù)雜事故：1#試驗(yàn)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(yàn)井第一次回接失敗，回插管無法插進(jìn)回接筒。針對出現(xiàn)的問題，優(yōu)化了管柱結(jié)構(gòu)和施工參數(shù)，在后續(xù)試驗(yàn)的2口井上順利的完成了完井作業(yè)。

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(huán)形空間較小，完井管柱入井時容易遇阻。由于1#試驗(yàn)井通井不順，導(dǎo)致完井管柱第一次下入失敗，原因分析及改進(jìn)措施如下。

2.1.1 完井管柱入井前通井不暢

由于1#試驗(yàn)井鉆遇的泥巖較多，鉆井液性能與地層不夠匹配，井壁穩(wěn)定性較差，井眼軌跡和井眼尺寸不夠規(guī)則，導(dǎo)致不能順利實(shí)現(xiàn)單銑柱通井，雙銑柱通井則更加困難，沒有實(shí)現(xiàn)通井到底。在雙銑柱通井沒有達(dá)標(biāo)的情況下讓完井柱入井，導(dǎo)致了第一次下入失敗。所幸的是，由于嚴(yán)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(jìn)措施：調(diào)整鉆井液性能，完善雙銑柱通井鉆具組合，進(jìn)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(jié)構(gòu)不夠合理

完井管柱中引鞋的前端倒圓尺寸太小，當(dāng)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(dá)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(jìn)措施：加大引鞋前端的引導(dǎo)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(jīng)過改進(jìn)后，成功實(shí)現(xiàn)了完井管柱的二次入井。

圖3 引鞋前端改進(jìn)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(xù)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(dāng)管柱內(nèi)外液體性質(zhì)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(xiàng)目建設(shè)方要求采用半替漿法，即先用完井液正替鉆井液，從環(huán)空上返至懸掛器處，進(jìn)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(nèi)外液體密度差為-0.28 g/cm3。懸掛器內(nèi)外由液體密度差造成的壓力差達(dá)-7.5 MPa，因此，懸掛器實(shí)際脫手壓力需要比設(shè)計(jì)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(fēng)險更大(圖4)。1#試驗(yàn)井懸掛器脫手后井口起壓，說明壓差滑套被意外打開了，實(shí)施壓井后完成回接作業(yè)。

圖4 完井管柱內(nèi)外密度差

改進(jìn)措施：①將懸掛器的坐掛位置提高，由原來開窗點(diǎn)之上150 m改為開窗點(diǎn)之上200 m，減小懸掛器內(nèi)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(fēng)險；②嚴(yán)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(jī)械方法進(jìn)行脫手。

2.3 懸掛器的回接問題

2#試驗(yàn)井套管柱采用進(jìn)口的懸掛器，丟手方式具有液壓、機(jī)械和投球三重保障[10-11]，功能多就意味著結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，勢必增加施工風(fēng)險。該井在進(jìn)行回接作業(yè)時不密封，不同角度轉(zhuǎn)動管柱，進(jìn)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(yán)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(yīng)該是因?yàn)榛夭骞芘c回接筒不對中，回插管偏向了回接筒的一側(cè)，卡進(jìn)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(nèi)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(yàn)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(jù)回插管的損傷變形情況來看，回接筒的上端口也會發(fā)生相應(yīng)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(yè)，進(jìn)行了回接筒的取印整形作業(yè)(圖7)。

圖7 取印整形錐對回接筒的取印結(jié)果

從取印結(jié)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(nèi)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(yīng)該是回接筒倒角大端棱邊壓出的，受回接筒鍵槽尖角內(nèi)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(nèi)翻變形壓出的。分析原因?yàn)椋孩俟ぞ呓Y(jié)構(gòu)不合理。該懸掛器的回接筒外徑較小(104 mm)，與?124 mm套管的環(huán)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(dǎo)斜面，回插管是不會卡進(jìn)回接筒鍵槽的，正是因?yàn)榛夭骞苄鼻辛税脒呉龑?dǎo)斜面，致使回插管可以順利進(jìn)入回接筒鍵槽，加上回插管和回接筒端口內(nèi)外均設(shè)計(jì)有倒角或倒圓，使得回插管卡進(jìn)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(diǎn)距離較遠(yuǎn)(2.7 m)，容易導(dǎo)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(yuǎn)(2.8 m)，加上回插管為三段密封組合，管柱累計(jì)偏差較大，更容易導(dǎo)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(dǎo)致回插管卡進(jìn)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(nèi)徑增大變形，套管經(jīng)過側(cè)鉆后，套管出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象，影響回接筒和回插管對套管的居中度。2#試驗(yàn)井還經(jīng)過了2次側(cè)鉆，套管偏磨可能非常嚴(yán)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(guān)系

改進(jìn)措施：①為了不影響二次回插，首先對回接筒上端口進(jìn)行了修磨，恢復(fù)回接筒上端口的引導(dǎo)性能；②改變回插管引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，以保證二次回接的成功插入。將回插管的內(nèi)徑適當(dāng)減小，就可以加大回插管的引導(dǎo)尺寸。因?yàn)閴毫褧r通過的壓裂球最大直徑為60.3 mm，所以回插管的內(nèi)徑由76 mm減小至63 mm，內(nèi)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(dǎo)性能；同時去掉引導(dǎo)斜面，避免回插管再次卡進(jìn)回接筒的鍵槽(圖9)。

圖9 回插管結(jié)構(gòu)改進(jìn)對比圖

經(jīng)過修磨回接筒上端口和改進(jìn)回插管結(jié)構(gòu),二次回接順利插入,取得了精準(zhǔn)的改進(jìn)效果。

3 效果分析

針對前2口井試驗(yàn)存在的問題，改進(jìn)了完井管柱結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了完井作業(yè)的工藝參數(shù)。在后2口井的試驗(yàn)過程中采取了針對性的改進(jìn)措施和優(yōu)化方案，順利完成了施工作業(yè)(表1)，后期壓裂改造也取得了理想的開發(fā)效果。

表1 現(xiàn)場試驗(yàn)效果

4 結(jié)論與建議

針對氣井側(cè)鉆小井眼裸眼封隔器完井作業(yè)前期試驗(yàn)出現(xiàn)的問題，采取了有效的改進(jìn)措施，后期試驗(yàn)取得了良好的效果，總結(jié)如下：

(1)鉆井液性能是決定完鉆井眼質(zhì)量和井壁穩(wěn)定性的關(guān)鍵，也是保證順利通井和下鉆的前提。

(2)保證通井質(zhì)量，尤其是雙銑柱通井，必須達(dá)到通井順暢，全井段無明顯遇阻顯示，才能確保完井管柱順利入井。

(3)在裸眼井內(nèi)下入完井管柱，必須充分考慮裸眼井壁的不規(guī)則性，引鞋的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)保證管柱能夠越過明顯的臺階。

(4)壓差滑套開啟壓力和懸掛器脫手壓力的差值設(shè)定偏小，沒有充分考慮鉆井液與完井液密度差造成的壓力差，是導(dǎo)致懸掛器脫手時壓差滑套被意外打開的主要原因。

(5)懸掛器的尺寸參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮老套管側(cè)鉆對套管磨損變形的影響，確保回接筒和回插管的居中性。

鑒于本次試驗(yàn)井的復(fù)雜情況，給出以下建議：

(1)管柱工具的剛性比油管大得多，兩個以上工具直接相連會明顯增加管柱的剛性，影響管柱通過井眼，建議工具之間用整根油管隔開。

(2)回接時回插管卡進(jìn)回接筒鍵槽暴露了該懸掛器的設(shè)計(jì)缺陷，建議帶引導(dǎo)斜面的回插管和帶端口鍵槽的回接筒結(jié)構(gòu)不能配套使用。