水平井裸眼分層酸化管柱嚴(yán)重堵塞的解除方法——以華淶1井為例

陳國(guó)慶 駱 進(jìn) 張 平 付建華 陳友斌

1．中國(guó)石油川慶鉆探工程公司川西鉆探公司 2．中國(guó)石油川慶鉆探工程公司工程技術(shù)處

水平井裸眼分段改造是近幾年發(fā)展的一項(xiàng)新型增產(chǎn)工藝措施，其特點(diǎn)是下入帶多個(gè)分層封隔器的管柱，酸化時(shí)，從下至上分別投球，逐層打開(kāi)滑套、逐層酸化［1］。由于這種試油工藝的目的層是直接暴露的裸眼，因此管串下入時(shí)均是在鉆井液中進(jìn)行，管柱下完后再用清水或保護(hù)液替出鉆井液［2］，替出鉆井液時(shí)，井下清水與鉆井液不可避免地要發(fā)生混合，或者替出鉆井液不及時(shí)、循環(huán)不徹底等原因，80%以上的這種管串中或多或少均會(huì)發(fā)生鉆井液固相物沉淀而堵塞管串內(nèi)徑，致使投球無(wú)法到位或球座密封不嚴(yán)，不能打開(kāi)滑套，直接影響酸化分層。一般情況下，這種沉淀物堵塞均比較輕微，采用連續(xù)油管沖洗即可解除［3］，但由于受到連續(xù)油管強(qiáng)度有限、循環(huán)泵壓很高，排量較小的局限性［4］，對(duì)于堵塞嚴(yán)重，堵塞段深度超過(guò)5 000m的水平井，就會(huì)力不從心，極大地增加了堵塞處理的難度，一旦處理不好會(huì)使井下更加復(fù)雜化，甚至油氣井瀕臨報(bào)廢的危險(xiǎn)。華淶1井就是一口典型的水平井裸眼分段改造工具管串嚴(yán)重堵塞的例子，該井以鉆磨為主、多種方式交替的方法有效地解除管內(nèi)嚴(yán)重堵塞，取得了大量經(jīng)驗(yàn)。

1 管柱堵塞情況

1．1 酸化管柱結(jié)構(gòu)

華淶1井是華鎣山構(gòu)造帶西部的一口預(yù)探水平井，完鉆日期2011年10月4日，177．8mm油層套管下至井深5 109．65m，完井井深5 656．00m，裸眼水平段長(zhǎng)度達(dá)546m。

按照試油設(shè)計(jì)要求，該井采用88．9mm油管帶8個(gè)永久分層酸化封隔器［5］，懸掛于井深4 895．08m，上部為帶插管的88．9mm復(fù)合油管，插管座頂界井深4 890．19m，設(shè)計(jì)分5段酸化，共下入裸眼封隔器7套、懸掛封隔器1套、投球滑套4套、壓差滑套1套、水力錨1套和回接密封插管1套，上部第一個(gè)滑套位置在井深5 185m附近（管柱結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1）。

1．2 酸化管柱堵塞狀況

該井在準(zhǔn)備酸化時(shí)，井口加壓90MPa未能打開(kāi)底部壓差滑套，下入連續(xù)油管至井深4 889m遇阻，發(fā)現(xiàn)管柱堵塞。堵塞頂界井深4 889m，井斜角64°，為懸掛封隔器上的插管座位置，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，初步認(rèn)為是單純的鉆井液沉淀堵塞，但經(jīng)連續(xù)油管多次沖洗、酸浸的方式不能解除油管堵塞［6］，后采用文丘里打撈筒打撈出堵塞物證實(shí)：堵塞物為大顆粒水泥塊、巖屑、鐵屑、重晶石等混合物且堆積緊密，堵塞段長(zhǎng)度未知，堵塞極其嚴(yán)重。

圖1 分層酸化管柱示意圖

1．3 堵塞沉淀物的處理難點(diǎn)

該井存在影響連續(xù)油管作業(yè)處理堵塞的兩個(gè)致命缺陷，一是酸化管串插管的內(nèi)徑上部為70mm，堵塞段內(nèi)徑為76mm，而井口的懸掛短節(jié)內(nèi)徑僅為59．5 mm，形成了一個(gè)上小下大的“瓶頸”，因此限制了入井工具的尺寸，最大也僅能下入54mm的處理工具；二是該井為超深水平井，堵塞段井深超過(guò)了5 000m，堵塞段井斜角已大于64°，起下管柱摩阻大，致使連續(xù)油管處理深度受到限制，剩余安全負(fù)荷很小，一旦遇卡，將會(huì)無(wú)法解卡，或連續(xù)油管斷落，會(huì)導(dǎo)致井下更加復(fù)雜化。

2 采用連續(xù)油管初步處理堵塞沉淀物

介于該井處理堵塞的風(fēng)險(xiǎn)及難度情況，結(jié)合目前現(xiàn)有的連續(xù)油管作業(yè)能力，初步擬定先按常規(guī)的連續(xù)油管沖洗的方法進(jìn)行試探性處理。

2．1 初期處理

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，初步認(rèn)為是單純的鉆井液沉淀堵塞，因此，在2011年12月1—10日，采用了31．75 mm連續(xù)油管作業(yè)車(chē)進(jìn)行循環(huán)沖洗。主要處理過(guò)程為：

1）下入38．1mm筆尖式?jīng)_洗頭至井深4 889m遇阻，反復(fù)上提下放多次循環(huán)沖洗，無(wú)進(jìn)展。

2）注酸液0．5m3浸泡后仍無(wú)法沖動(dòng)，關(guān)井14．50 h，井口起壓：油壓由0上升至32．0MPa，套壓23．7 MPa。

3）用2000型壓裂車(chē)逐次提高泵壓進(jìn)行試擠，最高泵壓90MPa，反復(fù)3次，未擠入地層，下連續(xù)油管沖洗遇阻深度仍為4 889m，沖洗無(wú)效果。

4）液氮?dú)馀e［7－8］兩次，掏空至井深4 800m，放噴解堵無(wú)效，下連續(xù)油管沖洗，遇阻深度仍為4 889m。

5）下入47mm鉛印打印，起出鉛印檢查下端面無(wú)壓痕，側(cè)面周長(zhǎng)約為15mm的邊緣在約40°方向被切去7mm。

由此確定遇阻位置為插管座臺(tái)階及沉淀的致密堵塞物。

2．2 中期處理

根據(jù)初期處理情況綜合分析，管串堵塞并不是想象的較疏松的單純鉆井液固相物，而是非常致密的沉淀物，或者插管座處存在有變形等，否則循環(huán)沖洗是能達(dá)到目的的，為此加大連續(xù)油管尺寸，采用以鉆磨的方式處理，證實(shí)了井下堵塞物為大顆粒狀的硬質(zhì)物且沉淀致密。

2011年12月10—19日，采用了31．75mm連續(xù)油管作業(yè)車(chē)進(jìn)行循環(huán)沖洗、鉆磨處理。主要處理過(guò)程如下：

1）下入38．1mm筆尖沖洗頭，反復(fù)沖洗仍然無(wú)效。

2）下入48mm螺桿馬達(dá)帶57mm平底磨鞋至4 889m遇阻，鉆磨至4 900m時(shí)（總進(jìn)尺11m），出現(xiàn)遇阻憋泵現(xiàn)象，隨即上提發(fā)現(xiàn)遇卡，解卡后，分別下探兩次上提，均有卡掛現(xiàn)象，起出連續(xù)油管檢查，發(fā)現(xiàn)磨鞋無(wú)明顯磨損，螺桿馬達(dá)密封件已經(jīng)損壞。

3）下38．1mm 球形沖洗頭至井深4 900m 遇阻，反復(fù)沖洗無(wú)進(jìn)尺。

4）分別下入56mm球面鉛印、48mm平底鉛印打印，起出鉛印檢查均發(fā)現(xiàn)底面明顯有數(shù)個(gè)不規(guī)則形狀的坑狀壓痕，如圖2所示。

圖2 鉛印上的坑狀壓痕圖

5）用液氮?dú)馀e掏空至井深4 900m放噴，無(wú)異物返出，微氣。

根據(jù)循環(huán)沖洗、鉆磨處理情況及關(guān)井顯示，基本確定堵塞管柱的情況。

1）井口關(guān)井后，油管起壓，放噴見(jiàn)微氣，證實(shí)壓差滑套已經(jīng)開(kāi)啟，懸掛封隔器坐封良好，套管環(huán)空也有壓力，說(shuō)明插管與插管座有輕微竄漏。

2）沉淀物堵塞段在插管座以下，該段通徑為76 mm，上部管串通徑分別為70mm、59．5mm的小井徑。

3）“沉淀物”不單純，是粒徑較大、質(zhì)地較硬的“異物”，繼續(xù)采用連續(xù)油管鉆磨，卡鉆風(fēng)險(xiǎn)極高。

4）上部?jī)商幮【畯绞倾@磨卡鉆的另一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)和選擇處理工具的一個(gè)限制點(diǎn)。

3 鉆磨處理沉淀物

設(shè)計(jì)了兩套處理方案：①采用38．1mm連續(xù)油管帶文丘里打撈筒，打撈顆粒沉積物，然后帶磨鞋鉆磨至管串最上一個(gè)滑套位置，試放噴，以解除堵塞；②為提高作業(yè)管柱抗拉安全系數(shù)，先用優(yōu)質(zhì)的鉆井液壓井，起出插管管柱，再換用88．9mm＋48．26mm復(fù)合油管帶鉆頭的鉆磨工藝，以解除堵塞。

3．1 文丘里打撈筒打撈

按照方案一的思路，為降低顆粒物卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)，先采用文丘里撈筒打撈出堵塞段頂部的大顆粒沉積物，以便下一步的鉆磨解堵處理，下入處理管柱為38．1 mm連續(xù)油管＋54mm文丘里撈筒，打撈2次，打撈深度4 899～4 906m。第一次撈獲水泥質(zhì)碎塊約300 cm3，鐵屑約100cm3，第二次撈獲水泥質(zhì)碎塊約195 cm3，鐵屑約30cm3。水泥碎塊形狀不規(guī)則，其中最大的一塊為水泥環(huán)碎塊，厚度11．5mm，呈三角形狀，三邊長(zhǎng)分別為29．0mm、28．1mm、寬32．3mm，鐵屑呈魚(yú)鱗片狀，撈獲物如圖3所示。

圖3 撈獲的顆粒沉淀物圖

為保證打撈效果，下入54mm螺桿馬達(dá)＋54mm文丘里撈筒＋54mm銑筒進(jìn)行套銑打撈，打撈深度為4 906．00～4 909．00m，起出后發(fā)現(xiàn)銑筒從上接頭根部斷落，井下情況變得更加復(fù)雜。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析、研究落魚(yú)的特點(diǎn)，決定用120t作業(yè)機(jī)進(jìn)行處理，先鉆井液壓井，起出井內(nèi)插管，采用48．26mm油管帶打撈工具，打撈出斷落的銑筒，然后再解除井下油管內(nèi)的堵塞物。現(xiàn)場(chǎng)自行設(shè)計(jì)了一種可鉆可撈的35mm鉆銑內(nèi)打撈工具，利用螺桿馬達(dá)，經(jīng)過(guò)兩次鉆銑，成功地鉆至井深4 905．93m，鉆通落魚(yú)內(nèi)腔，再設(shè)計(jì)一種35mm的彈片式插入打撈矛，開(kāi)泵下放至井深4 905．60m遇阻，加壓打撈上提，成功撈獲落魚(yú)銑筒。

3．2 鉆磨處理

根據(jù)連續(xù)油管的處理證實(shí)：嚴(yán)重堵塞的管串采用簡(jiǎn)單的沖洗方法是無(wú)效的。該井打撈出斷落的銑筒后，經(jīng)過(guò)大排量循環(huán)沖砂至4 907．91m無(wú)進(jìn)展，返出物為部分水泥顆粒及類(lèi)似砂巖的細(xì)粒，然后下入57．5mm鉛印至4 905．85m 遇阻，分析起出的鉛印，說(shuō)明堵塞段上部經(jīng)過(guò)鉆銑撈矛鉆銑后，在內(nèi)壁上已經(jīng)形成有較結(jié)實(shí)的砂環(huán)。因此只有采取鉆磨的方式才能有效解除沉淀堵塞，處理經(jīng)過(guò)如下：

1）作業(yè)設(shè)備換用120t作業(yè)機(jī)，作業(yè)管柱采用48．26mm油管。

2）在鉆銑撈矛上接頭鑲上銑刃，下入至井深4 906．24m遇阻，反復(fù)鉆銑至井深4 910．63m。

3）下入60mm平底磨鞋至井深4 906．58m遇阻，然后反復(fù)磨銑至井深4 940．8m，其中4 906．58～4 911．50m井段鉆磨較慢，證實(shí)了砂環(huán)的存在，其后的鉆磨中有間斷放空現(xiàn)象。

4）根據(jù)鉆磨過(guò)程中存在間斷放空現(xiàn)象，說(shuō)明下部井段基本暢通，因此下入48．26mm光油管帶筆尖大排量沖砂，至井深5 029．65m遇阻后無(wú)進(jìn)展，經(jīng)分析認(rèn)為5 025～5 050m井段存在狗腿度變化較大，可能形成有較致密砂床。

5）再次下入60mm平底磨鞋，至井深5 029m遇阻后，隨后開(kāi)泵鉆磨通過(guò)，然后繼續(xù)鉆磨至井深5 183．00m（中途有間斷放空）時(shí)，停泵下探至井深5 185m遇阻5kN，探到第一個(gè)滑套。

6）為了保證井筒及封隔器管串充分暢通，下入48．26mm光油管帶筆尖循環(huán)沖洗至井深5 187．00 m，順利通過(guò)第一個(gè)滑套。

7）恢復(fù)井內(nèi)插管管柱及采油樹(shù)井口，利用38．1 mm連續(xù)油管作業(yè)車(chē)帶錐形沖洗頭，于4月19日順利、成功地通井至井深5 530．00m無(wú)遇阻現(xiàn)象，穿過(guò)管串中的所有滑套，全部解除油管堵塞。

4 經(jīng)驗(yàn)與建議

1）分層改造工具管串內(nèi)的堵塞有時(shí)是非常嚴(yán)重的，簡(jiǎn)單的循環(huán)沖洗往往不能徹底解除，因此加強(qiáng)水平井裸眼分段作業(yè)工藝安全分析［9］，優(yōu)化水平井裸眼分段壓裂工具的替漿、洗井等作業(yè)工藝，以降低沉淀物的產(chǎn)生是避免管串堵塞的根本方法。

2）改進(jìn)水平井裸眼分段工具結(jié)構(gòu)，分層工具的結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)應(yīng)考慮具備鉆磨工具通過(guò)的能力，封隔器中心管內(nèi)徑應(yīng)不小于油管內(nèi)徑，以提高小井徑內(nèi)的復(fù)雜情況處理能力。

3）一旦發(fā)生堵塞，需要對(duì)井下堵塞狀況有準(zhǔn)確的判斷，以便為制定后續(xù)措施提供了正確的依據(jù)。油管內(nèi)有堵塞物時(shí)，一般不宜采用憋壓方式解除，可能導(dǎo)致更加復(fù)雜化，嚴(yán)重堵塞時(shí)應(yīng)采用鉆磨為主、沖洗為輔的處理手段。

4）認(rèn)真識(shí)別、削減工藝風(fēng)險(xiǎn)，細(xì)化解堵工藝措施，對(duì)小螺桿馬達(dá)的使用、壓井液性能、鉆磨工具結(jié)構(gòu)、接頭外徑大小、管柱結(jié)構(gòu)、循環(huán)排量、循環(huán)時(shí)間、鉆磨進(jìn)尺把握等方面進(jìn)行認(rèn)真分析，穩(wěn)打穩(wěn)扎、步步為營(yíng)，減少次生事故的發(fā)生，對(duì)順利完成解堵作業(yè)具有積極作用，也是成功解除嚴(yán)重堵塞的先決因素。

5）制訂嚴(yán)密的措施，合理選擇、使用井下工具是安全成功地解除沉淀物堵塞的關(guān)鍵。華淶1井的解堵作業(yè)為成功處理這類(lèi)復(fù)雜井取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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