柳志翔 李會(huì)會(huì) 鄒偉 萬(wàn)小勇 王沖 馬丁

為應(yīng)對(duì)順北斷控油氣藏支撐完井管柱無(wú)法穿越破碎帶難題，研發(fā)了以高抗扭油管、酸溶開(kāi)孔篩管和高抗扭液壓丟手為關(guān)鍵技術(shù)的“酸溶開(kāi)孔篩管”支撐完井工藝。設(shè)計(jì)的高抗扭油管和丟手器，滿(mǎn)足下入期間旋轉(zhuǎn)、鉆磨對(duì)管柱抗扭能力的要求；設(shè)計(jì)的酸溶開(kāi)孔篩管，初始狀態(tài)管體完全密封，完井液可循環(huán)至底端鉆頭，滿(mǎn)足鉆磨時(shí)沖洗鉆頭的要求，而注酸溶解可溶塞后管體變成帶孔的篩管，又可滿(mǎn)足儲(chǔ)層改造和生產(chǎn)時(shí)大排量通道要求。通過(guò)開(kāi)展一系列承壓、耐鹽、耐堿和酸溶等試驗(yàn)驗(yàn)證了工藝的可靠性。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，酸溶開(kāi)孔篩管支撐完井工藝有效解決了破碎帶難以穿越的問(wèn)題，已在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用6井次，支撐管柱到位率100%。該工藝簡(jiǎn)單可靠、便于現(xiàn)場(chǎng)操作，且與傳統(tǒng)工藝相比，單井提高時(shí)效53.6%，節(jié)約費(fèi)用90.0%。該成果可為其他類(lèi)似井選擇完井工藝提供參考。

破碎帶；支撐完井；高抗扭；酸溶開(kāi)孔篩管；可溶塞

TE257

Research and Application of Acid Soluble Tapping Screen

Support Completion Technology

In order to solve the problem that the support completion string cannot pass through the broken zone in the Shunbei fault-controlled reservoir，an “acid soluble tapping screen” support completion technology taking high torsional tubing，acid soluble tapping screen and high torsional hydraulic release as key technologies was developed.The designed high torsional tubing and releaser meet the requirements for the rotation and milling on the torsional resistance of string during RIH；the designed acid soluble tapping screen is completely sealed at initial state，the completion fluid can be circulated to the bit at bottom hole and meet the requirements of flushing bit during milling，while the screen becomes perforated screen after the soluble plugs have been dissolved by acid injection，which meets the requirements of large displacement channel during reservoir transformation and production.By means of conducting a series of pressure bearing，salinity tolerance，alkali resistance and acid soluble tests，the reliability of the technology has been verified.Field application shows that the acid soluble tapping screen support completion technology effectively solves the problem of difficult passage through the broken zone；and the in-position rate of support string is 100% in field application of 6 wells/times.This technology is simple，reliable and easy to operate on site；furthermore，compared with traditional technology，it improves time efficiency of single well by 53.6% and saves cost by 90.0%，so it provides reference for the selection of completion technology for other similar wells.

broken zone；support completion；high torsional；acid soluble tapping screen；soluble plug

0 引 言

順北超深碳酸鹽巖油氣藏不僅具有超深（7 500～9 000 m）、超高溫（157～180 ℃）、超高壓（86～100 MPa）特征，而且是典型的斷溶體結(jié)構(gòu)，斷裂帶可以劃分為中心破碎區(qū)（斷層核）、包圍破碎帶周邊裂縫帶（斷層角礫帶和裂縫儲(chǔ)集體）及外部基質(zhì)巖石帶（圍巖區(qū)）［1-2］。

近年來(lái)，隨著井眼軌跡設(shè)計(jì)理念逐漸向穿斷層核部轉(zhuǎn)變，油氣井鉆遇破碎帶概率大大提高。鉆遇破碎帶的油氣井，采用裸眼完井工藝時(shí)井壁會(huì)發(fā)生垮塌、掉塊［3-6］，不僅給完井作業(yè)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，而且會(huì)造成開(kāi)井測(cè)試期間井筒堵塞，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致油氣井停產(chǎn)。例如，X4-1H井試油期間井筒垮塌，被迫提出完井管柱，重新下鉆具處理井筒時(shí)又發(fā)生卡鉆，導(dǎo)致該井眼最終報(bào)廢，只能進(jìn)行側(cè)鉆，造成建產(chǎn)時(shí)間滯后約89 d、建設(shè)成本增加約1 500萬(wàn)元、油氣產(chǎn)能損失約2.85萬(wàn)t，嚴(yán)重阻礙順北油氣田規(guī)?；_(kāi)發(fā)進(jìn)程。雖然采用支撐完井工藝可以有效保證井壁完整性［7-12］，但常規(guī)支撐完井工藝下部支撐管柱的管體為普通的套管或油管，包括常用丟手器在內(nèi)，抗扭能力僅9 860 N·m，無(wú)法實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、沖劃功能。鉆遇破碎帶井不僅通井時(shí)頻繁遇阻，耗時(shí)長(zhǎng)、卡鉆風(fēng)險(xiǎn)高，而且即使經(jīng)過(guò)多次通井仍無(wú)法保證完井管柱能順利到位。為了解決這個(gè)技術(shù)難題，先后提出了“打孔鉆桿+機(jī)械丟手器”和“鉆具鉆磨至井底+穿孔+切割”2種方案，但這2種方案分別存在到位率低，穿孔、切割作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，費(fèi)用高等問(wèn)題。

因此，亟需研發(fā)一種適用于穿破碎帶的新型支撐完井工藝，要求管柱不僅可完成下入期間的旋轉(zhuǎn)、沖劃作業(yè)，而且又滿(mǎn)足儲(chǔ)層改造和生產(chǎn)期間大排量通道的需求。為此，筆者研發(fā)了以高抗扭油管、酸溶開(kāi)孔篩管和高抗扭液壓丟手器為關(guān)鍵技術(shù)的“酸溶開(kāi)孔篩管”支撐完井工藝。研究結(jié)果可為其他類(lèi)似井選擇完井工藝提供參考。

1 酸溶開(kāi)孔篩管支撐完井工藝原理

酸溶開(kāi)孔篩管支撐完井工藝的核心技術(shù)是高抗扭液壓丟手器、高抗扭油管和酸溶開(kāi)孔篩管，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)管柱下入期間具備旋轉(zhuǎn)、沖劃功能以及滿(mǎn)足儲(chǔ)層改造和測(cè)試生產(chǎn)時(shí)對(duì)流動(dòng)通道的需求。管柱結(jié)構(gòu)從下到上依次是鉆頭+酸溶開(kāi)孔篩管+高抗扭油管+高抗扭液壓丟手器+送入鉆具。管柱下入期間，一方面高抗扭油管和高抗扭液壓丟手器的抗扭能力滿(mǎn)足旋轉(zhuǎn)、沖劃處理井筒要求；另一方面，初始狀態(tài)酸溶開(kāi)孔篩管孔眼完全封堵，又滿(mǎn)足鉆磨時(shí)完井液循環(huán)沖洗鉆頭要求。這2方面保證了支撐管柱可順利下至設(shè)計(jì)位置，如圖1a所示。管柱到位后，注酸溶解篩管孔眼內(nèi)的可溶塞后又可建立井筒和地層間的流動(dòng)通道，滿(mǎn)足后期大排量?jī)?chǔ)層改造和生產(chǎn)需求，如圖1b所示。溶塞成功后，投球至高抗扭液壓丟手內(nèi)部球座上，井口加壓實(shí)現(xiàn)丟手，將上部送放鉆具提出井筒，如圖1c所示。

酸溶開(kāi)孔篩管支撐完井工藝關(guān)鍵工具性能要求如下：

（1）為了實(shí)現(xiàn)管柱下入過(guò)程可旋轉(zhuǎn)或沖劃處理井筒內(nèi)遇阻點(diǎn)，高抗扭油管和高抗扭液壓丟手器的抗扭能力應(yīng)不低于鉆具鉆井時(shí)的旋轉(zhuǎn)扭矩值12 000 N·m。

（2）為了保證鉆磨時(shí)完井液可循環(huán)沖洗至鉆頭位置，要求酸溶開(kāi)孔篩管孔眼在注酸前應(yīng)處于封堵?tīng)顟B(tài)，且根據(jù)鉆頭鉆進(jìn)時(shí)壓降0.15～5.00 MPa，安全系數(shù)設(shè)為2，整個(gè)管柱內(nèi)部承壓應(yīng)不低于10 MPa。

（3）完井時(shí)作業(yè)環(huán)境為鉆井液或鹽水，根據(jù)順北超深井下支撐管柱所用時(shí)間，要求可溶塞在鉆井液和鹽水中性能穩(wěn)定應(yīng)不少于7 d；考慮到后期儲(chǔ)層改造和生產(chǎn)對(duì)大流動(dòng)通道的需求，要求可溶塞在酸液中可快速溶解。

2 關(guān)鍵技術(shù)及可靠性試驗(yàn)評(píng)價(jià)

2.1 高抗扭油管

由于特殊的螺紋齒形、扭矩臺(tái)肩和螺紋結(jié)構(gòu)，BGTS螺紋的抗扭能力超過(guò)20 000 N·m，所以選擇BGTS螺紋的油管作為下部支撐管柱的管體，具體性能參數(shù)如表1所示。

2.2 酸溶開(kāi)孔篩管

2.2.1 酸溶開(kāi)孔篩管孔眼設(shè)計(jì)

酸溶開(kāi)孔篩管以高抗扭油管為本體，孔眼設(shè)計(jì)：孔徑8.3 mm、相位90°、10孔/m，每根螺旋分布80孔。為了使酸溶開(kāi)孔篩管的過(guò)流面積與管體全通徑過(guò)流面積相當(dāng)，余量系數(shù)為0.6時(shí)，建議單井次作業(yè)最少配3根酸溶開(kāi)孔篩管。

2.2.2 酸溶開(kāi)孔篩管可溶塞設(shè)計(jì)

魏波等［13-15］設(shè)計(jì)的可溶篩管的可溶塞在鉆井液和鹽水中穩(wěn)定時(shí)間較短，且依靠橡膠件密封，不適用順北作業(yè)環(huán)境。因此，開(kāi)展了可溶塞材質(zhì)優(yōu)選和密封結(jié)構(gòu)、溶解液配方設(shè)計(jì)等工作。

（1）材質(zhì)優(yōu)選。對(duì)比鉻鉬鋼、鎂合金、鋁合金等材質(zhì)，發(fā)現(xiàn)鋁合金滿(mǎn)足耐堿（鉆井液）、耐鹽和快速酸溶的要求，如表2所示，且通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證鋁合金滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

試驗(yàn)1：分別將鎂合金和鋁合金放在密度1.45 g/m3的鉆井液中加熱至180 ℃，鎂合金恒溫5 d基本溶解，而鋁合金恒溫10 d質(zhì)量基本沒(méi)變，證實(shí)鋁合金材質(zhì)滿(mǎn)足耐堿（鉆井液）性要求。

試驗(yàn)2：將鋁合金放在密度1.35 g/m3的CaCl2鹽水中加熱至180 ℃并恒溫10 d，質(zhì)量仍未發(fā)生變化，證實(shí)其滿(mǎn)足耐鹽性要求。

試驗(yàn)3：常溫下將鋁合金放入交聯(lián)酸中，發(fā)現(xiàn)其腐蝕速度為8.15%/h，證實(shí)其滿(mǎn)足可酸溶要求，如圖2所示。

（2）溶解液配方設(shè)計(jì)?？扇苋诮宦?lián)酸中完全溶解時(shí)間較長(zhǎng)，不滿(mǎn)足高效完井要求，需對(duì)溶解液配方進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。常溫下，開(kāi)展鋁合金可溶塞在20%鹽酸、20%鹽酸+1%鐵離子穩(wěn)定劑溶劑和20%鹽酸+2%緩蝕劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑溶劑中的溶解試驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鐵離子穩(wěn)定劑溶劑對(duì)酸溶速度影響較小，可忽略不計(jì)；而緩蝕劑對(duì)其影響較大，但完全溶解時(shí)間仍不超過(guò)3 h，如圖3所示。因此，為了同時(shí)保證完井時(shí)效和井筒完整性，溶解液的配方定為20%鹽酸+2%緩蝕劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑。

（3）密封結(jié)構(gòu)優(yōu)選。對(duì)比金屬錐面密封、密封圈密封和螺紋密封（見(jiàn)表3），發(fā)現(xiàn)螺紋密封在密封可靠性和加工操作上優(yōu)于其他密封結(jié)構(gòu)，且無(wú)橡膠密封件，不受溫度限制。因此，選擇螺紋（1/8 in的NPT）扣作為密封結(jié)構(gòu)，且通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)證實(shí)其密封可靠性。

將安裝可溶塞的酸溶開(kāi)孔篩管加熱至204 ℃并恒溫，內(nèi)部分級(jí)加壓至51.8 MPa穩(wěn)壓15 min，壓降小于3%，承壓試驗(yàn)合格，如圖4所示。

2.3 高抗扭液壓丟手器

2.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高抗扭液壓丟手器結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要由扭矩傳遞機(jī)構(gòu)、浮閥和丟手機(jī)構(gòu)組成。

高抗扭液壓丟手器兩端的扣型可根據(jù)實(shí)際需求加工為BGTS或鉆桿等高抗扭螺紋。止轉(zhuǎn)環(huán)與下部凸耳組成花鍵結(jié)構(gòu)，不僅將上部管柱的扭矩傳遞給下部管柱且抗扭能力可達(dá)20 000 N·m，完全滿(mǎn)足管柱處理井筒時(shí)的旋轉(zhuǎn)和沖劃需求。除此之外，該丟手器設(shè)計(jì)了“上球座，下浮閥”結(jié)構(gòu)，球座與球配合實(shí)現(xiàn)憋壓、丟手，且丟手后仍可持續(xù)密封傳壓，直至將下接頭完全推離，大大增強(qiáng)丟手的可靠性；浮閥為單流閥，在送放管柱下入和丟手后上提期間均能起到內(nèi)防噴作用，大大提高井控安全性。

2.3.2 工作原理

（1）下入過(guò)程若管柱遇阻，上接頭的扭矩通過(guò)花鍵結(jié)構(gòu)傳遞給下接頭，并帶動(dòng)下部管柱一起轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鉆頭沖劃處理井筒；而浮閥可有效防止油氣進(jìn)入管柱內(nèi)部，有效保證了高風(fēng)險(xiǎn)井的井控安全，如圖6a所示。

（2）到位注酸溶塞后，投球入座。井口加壓推動(dòng)球座下行，并帶動(dòng)閥座、限位環(huán)等一起下行，剪斷丟手剪切銷(xiāo)釘后繼續(xù)下行；當(dāng)限位環(huán)抵達(dá)下接頭內(nèi)筒臺(tái)階時(shí)，棘爪解鎖釋放并與下接頭分離，實(shí)現(xiàn)丟手，如圖6b所示。

（3）液壓推動(dòng)球座繼續(xù)下行，當(dāng)上部密封件下行到外套擴(kuò)徑處密封性失效，同時(shí)C型環(huán)釋放，防止球座回退；不僅將下接頭完全推離，且地面可通過(guò)壓力突降確認(rèn)丟手成功，如圖6c所示。

（4）丟手后浮閥隨送放管柱提出，再次保證井控安全；留井部分為規(guī)則圓筒，方便后期打撈或回插，如圖6d所示。

2.3.3 主要技術(shù)參數(shù)

高抗扭液壓丟手器的主要技術(shù)參數(shù)如表4所示。

2.3.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)1：液壓丟手器反向承壓試驗(yàn)。

204 ℃高溫環(huán)境下，試壓介質(zhì)為導(dǎo)熱油，內(nèi)部反向分級(jí)加壓至51.7 MPa，穩(wěn)壓15 min，壓降小于3%，反向承壓合格，如圖7所示。

試驗(yàn)2：液壓丟手器抗扭矩試驗(yàn)。

常溫下，將花鍵結(jié)構(gòu)上下部分用扭力機(jī)施加扭矩至20 000 N·m，連續(xù)3次，止轉(zhuǎn)環(huán)、釋放爪和花鍵均無(wú)損壞，承扭矩試驗(yàn)合格。

試驗(yàn)3：液壓丟手器丟手試驗(yàn)。

204 ℃高溫下，導(dǎo)熱油為介質(zhì)，提前置入鋼球（直徑44.45 mm），內(nèi)部加壓至21.9 MPa，壓力突降確認(rèn)丟手，且降溫后取出工具檢查進(jìn)一步證實(shí)丟手成功，功能試驗(yàn)合格，如圖8所示。

3 工藝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 X5CH井應(yīng)用情況

X5CH井完鉆井深7 389 m，鉆井過(guò)程中出現(xiàn)多次漏失、放空等鉆遇破碎帶顯示，且井口出現(xiàn)溢流、見(jiàn)油氣等井控高風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)象。該井6 600 m以后狗腿度和井徑擴(kuò)大率變化頻繁，且存在33 m泥巖裸露段，電測(cè)和通井作業(yè)中多次遇阻，故選擇酸溶開(kāi)孔篩管支撐完井工藝。井身結(jié)構(gòu)如圖9所示。

下部支撐管柱組合：高抗扭液壓丟手器+高抗扭油管+酸溶開(kāi)孔篩管（開(kāi)孔位置：6 440～7 040 m）+鉆頭。下至6 800 m遇阻，開(kāi)泵沖劃至設(shè)計(jì)井深7 041 m，排量0.39 m3/min、泵壓8 MPa、轉(zhuǎn)速20 r/min、鉆磨扭矩6 000～7 000 N·m。循環(huán)排后效后管柱內(nèi)正注前置液5 m3+酸液4 m3+隔離液5 m3+密度1.26 g/cm3的鉆井液32.5 m3（泵壓18 MPa，排量1.02 m3/min），酸液所在位置6 440～7 040 m。關(guān)井觀察80 min后進(jìn)行吸水測(cè)試，顯示相同排量下泵壓明顯降低，判斷可溶塞溶解，如圖10所示。投45 mm鋼球，候球入座后加壓至19 MPa突降至0，同時(shí)懸重從186 t降至173 t，判斷丟手，送放管柱提出地面后進(jìn)一步證實(shí)丟手成功。該井穩(wěn)產(chǎn)期獲124 t/d的高產(chǎn)。

3.2 不同破碎帶支撐完井工藝對(duì)比

目前，酸溶開(kāi)孔篩管支撐完井工藝在順北油氣田累計(jì)應(yīng)用6井次，到位率由73.7%提升至100%，且與“打孔鉆桿+機(jī)械丟手器”和“鉆具穿孔+切割鉆桿”等傳統(tǒng)工藝相比，單井作業(yè)時(shí)間節(jié)約53.6%，施工費(fèi)用降低90.0%，如表5所示。

4 結(jié) 論

（1）酸溶開(kāi)孔篩管支撐完井工藝依靠高抗扭油管、高抗扭丟手和酸溶開(kāi)孔篩管技術(shù)，成功解決襯管穿越破碎帶的難題，下入成功率100%。

（2）可溶塞材質(zhì)選擇鋁合金，滿(mǎn)足耐堿（鉆井液）、耐鹽水、可酸溶的要求，且為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)可溶塞快速溶解和井筒完整，溶解液配方為20%鹽酸+2%緩蝕劑+1%鐵離子穩(wěn)定劑溶液。

（3）高抗扭液壓丟手器不僅抗扭能力高，滿(mǎn)足管柱旋轉(zhuǎn)、沖劃處理井筒要求，且內(nèi)帶浮閥，同時(shí)保證油氣活躍高風(fēng)險(xiǎn)井起下鉆期間的井控安全。

（4）酸溶開(kāi)孔篩管支撐完井工藝不僅到位率高、作業(yè)周期短、施工費(fèi)用低，且操作方便，可在國(guó)內(nèi)同類(lèi)型油氣田推廣應(yīng)用。

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