免鉆免撈篩管頂部固井工藝研究與現(xiàn)場試驗

宋本嶺， 黃志剛， 張　偉， 王　振， 史為紀

(中國石油海洋工程有限公司渤星公司，天津 300451)

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免鉆免撈篩管頂部固井工藝研究與現(xiàn)場試驗

宋本嶺， 黃志剛， 張偉， 王振， 史為紀

(中國石油海洋工程有限公司渤星公司，天津 300451)

常規(guī)篩管頂部固井工藝兼有篩管和尾管固井工藝的優(yōu)點，但是固井后需要鉆除管內附件。為提高篩管頂部固井工藝效率，優(yōu)化了內、外管柱的結構，使用皮碗封隔器和滑套式分級箍代替常規(guī)篩管頂部固井工藝中的盲板和壓差式分級箍，通過移動內管柱位置實現(xiàn)坐掛、注水泥、循環(huán)等操作，固井后提出內管柱時將殘留附件一次帶出，套管內不會殘留盲板和分級箍內套，通徑滿足后續(xù)作業(yè)需要，實現(xiàn)了固井后免鉆免撈，并可通過調整皮碗封隔器尺寸實現(xiàn)不同復合尺寸套管篩管完井。該工藝在渤海灣海上合作區(qū)塊的X井進行了現(xiàn)場試驗，完成了φ177.8 mm尾管+φ139.7 mm篩管復合管柱的篩管頂部尾管注水泥固井作業(yè)，固井候凝后直接投產(chǎn)，無需鉆塞，節(jié)約了鉆機時間。

篩管；固井；尾管；免鉆塞

篩管頂部尾管注水泥固井工藝組合了篩管頂部注水泥與尾管注水泥工藝，將篩管+套管復合管柱通過尾管懸掛器懸掛于技術套管上，對管串中的套管部分通過注水泥進行封固。該工藝兼具篩管完井和尾管完井的優(yōu)點：篩管段泄油面積大、對產(chǎn)層污染小，尾管段封固上部非產(chǎn)層段或進行射孔分段開采[1-4]；采用尾管懸掛方式可節(jié)約大量套管，降低注水泥過程中環(huán)空流動摩阻；在油井投產(chǎn)后可根據(jù)需要將套管回接至井口，以延長生產(chǎn)周期。該固井工藝在深井篩管完井中應用較多，但是存在一些缺點和風險：使用的特殊工具多、液壓操作壓力級別多，容易出現(xiàn)誤剪切銷釘導致固井失敗；由于不能提前打開分級箍，無法中途循環(huán)，對井身質量要求高；固井后需要鉆除管內殘留部件，不僅增加生產(chǎn)成本，且鉆除過程中易造成套管內壁磨損、產(chǎn)生毛刺，井底沉積的金屬碎塊也會給后期投產(chǎn)作業(yè)造成安全隱患[5-6]。目前，主要是通過優(yōu)化所使用特殊工具的結構來實現(xiàn)篩管頂部注水泥免鉆的目的，但要下入專用工具打撈井下部件。為此，筆者對常規(guī)篩管頂部固井管柱的結構進行了優(yōu)化，替換部分常規(guī)工具，以真正實現(xiàn)篩管頂部固井后免鉆免撈的目的。

1　免鉆免撈篩管頂部固井管柱結構

常規(guī)篩管頂部固井管柱結構為：送入工具+尾管懸掛器+尾管串+分級箍+管外封隔器+盲板+篩管串。固井前將管外封隔器脹封，然后打開分級箍建立注水泥通道，最后用膠塞將分級箍關閉候凝。候凝結束后，需要下入小尺寸鉆具組合，將膠塞、分級箍內套和盲板一并鉆除，實現(xiàn)整個管串通徑。為節(jié)省鉆塞時間，多將其中的分級箍、封隔器和盲板3個附件進行了整合改進[7-15]，固井后下入配套的打撈工具將內套和盲板等附件打撈出井，免鉆但不免撈。

為了真正實現(xiàn)篩管頂部固井免鉆免撈，必須解決固井后管內附件殘留的問題，并且不能影響工藝實施效果。通過對常規(guī)篩管頂部固井管柱的結構和關鍵工具進行優(yōu)化組合，將固井后管內殘余附件一次提出，并且注替水泥時的局部密封、分級箍操作不受影響。免鉆免撈篩管頂部固井管柱組合由內管柱和外管柱兩部分組成。

1.1內管柱結構

常規(guī)篩管頂部固井管柱組合的內管柱只有懸掛器中心管和空心膠塞，鉆桿膠塞與空心膠塞復合后下行至分級箍憋壓關閉分級箍，膠塞留在分級箍處，必需鉆除2個膠塞和盲板。免鉆免撈篩管頂部固井管柱組合的內管柱結構為：鉆桿+尾管中心管+皮碗封隔器(上)+配長油管+剪切式循環(huán)閥+皮碗封隔器(中)+配長油管+分級箍打開工具+傳壓孔短節(jié)+配長油管+皮碗封隔器(下)+內管球座+配長油管+插入管。其中，插入頭延長后插入引鞋，建立內管至裸眼環(huán)空的循環(huán)通道。懸掛器中心管密封芯與皮碗封隔器組合實現(xiàn)懸掛器的液壓坐掛和液壓丟手操作(簡稱懸掛器操作)，其基本管柱結構見圖1。

圖1　尾管懸掛器操作的基本管柱結構Fig.1　Basic pipe string structure of liner hanger

皮碗封隔器(中)+配長油管+分級箍打開工具+傳壓孔短節(jié)+配長油管+皮碗封隔器(下)的組合實現(xiàn)管外封隔器脹封、滑套式分級箍打開關閉、建

立注水泥通道等(簡稱分級箍操作)，其基本管柱結構見圖2。皮碗封隔器組具有單向密封特性，與內管循環(huán)閥配合可實現(xiàn)固井后沖洗循環(huán)套管內和懸掛

圖2　分級箍操作的基本管柱結構Fig.2　Basic pipe string structure of a staged collar

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1.2外管柱結構

常規(guī)篩管頂部固井管柱組合的外管柱結構為尾管懸掛器+套管+壓差式分級箍+管外封隔器+盲板+篩管+引鞋。為了能夠與免鉆免撈篩管頂部固井管柱組合的內管柱配合、減少液壓操作，對外管柱進行了以下改進：取消盲板，將壓差式分級箍替換為滑套式分級箍(MPC)，引鞋替換為插入式引鞋。改進后的外管柱結構為懸掛器+套管+滑套式分級箍(MPC)+管外封隔器+1～2根過渡套管+篩管串+插入式引鞋。滑套分級箍(MPC)采用專用工具打開和關閉，減少了一次液壓操作。為實現(xiàn)篩管頂部固井的目的，尾管懸掛器、滑套式分級箍、管外封隔器的通徑需滿足內管柱安全通過和投產(chǎn)作業(yè)的要求。

2　固井工藝流程

與常規(guī)篩管頂部固井管柱組合相比，免鉆免撈篩管頂部固井管柱組合有很大變動，因而其操作流程也有相應的改變，內管柱和外管柱工具相互配合實現(xiàn)固井工藝的安全實施，具體操作步驟可分為下入管柱，坐掛尾管、脹封封隔器和打開分級箍，注替水泥漿，關閉分級箍循環(huán)和起鉆候凝。

1) 下入管柱。按順序下入外管柱：引鞋、篩管串、過渡套管、管外封隔器、滑套式分級箍和套管，然后在外管柱中依次下入內管柱，最終通過懸掛器將內外管柱組合成一體。應確保內外管柱組合后內管插入頭能夠插入引鞋，分級箍操作部分位于過渡套管中。用鉆具將復合管柱下至設計井深，由于內管柱延伸至套管鞋處，可實現(xiàn)從套管鞋處循環(huán)洗井及下套管時中途循環(huán)。

2) 坐掛尾管、脹封封隔器和打開分級箍。從鉆桿內投球至內管球座處，憋壓使懸掛器坐掛及丟手，通過上提內管柱將懸掛器內部的密封解封并封閉中心管上的傳壓孔，繼續(xù)上提使皮碗封隔器(中)-皮碗封隔器(下)部分處于管外封隔器和分級箍的位置，再次憋壓脹封封隔器，然后利用內管柱上的操作工具打開滑套式分級箍，建立注替水泥漿的通道。

3) 注替水泥漿。根據(jù)固井設計注入前置液和水泥漿，為實現(xiàn)膠塞免鉆，不使用空心膠塞和鉆桿膠塞，需要通過定量頂替的方式將水泥漿頂替到位。與常規(guī)篩管頂部固井工藝相比，由于鉆桿和油管的內徑小使頂替量大大減少，并且能夠保證頂替水泥漿時摻混較少。

4) 關閉分級箍、循環(huán)。利用內管柱上的分級箍操作工具永久關閉滑套式分級箍，防止水泥漿倒返，如果懸掛器有頂部封隔器，此時可對懸掛器封隔器進行壓脹。通過憋壓將內管循環(huán)閥打開，建立超返水泥漿的循環(huán)通道，將超返水泥漿循環(huán)出井。

5) 起鉆、候凝。將內管柱起出，內管柱上的工具一起被提出，外管柱內沒有任何殘留附件，候凝結束后即可投產(chǎn)作業(yè)。

3　固井工藝特點

1) 內管插入套管鞋后建立了篩管管鞋處的循環(huán)通道。內管柱插入引鞋后建立了與裸眼環(huán)空的通道，可實現(xiàn)井口至裸眼全環(huán)空循環(huán)，下套管過程中出現(xiàn)遇阻等井下復雜情況時，可進行中途循環(huán)，提高下套管作業(yè)的安全性。管串下到位后循環(huán)鉆井液，篩管段的裸眼環(huán)空得到凈化，有效防止投產(chǎn)后出現(xiàn)篩管堵塞。

2) 實現(xiàn)了免鉆免撈。內管柱密封都通過皮碗封隔器完成，起出內管柱后外管柱內沒有需要鉆除的部分，不需打撈或鉆附件，真正實現(xiàn)了免鉆免撈，節(jié)約了生產(chǎn)時間，也避免了對后續(xù)作業(yè)造成的風險。

3) 不使用膠塞。通過內管柱注替水泥漿，頂替量小，減少了管內摻混，實現(xiàn)了定量頂替，避免了常規(guī)篩管頂部固井工藝使用復合膠塞造成的膠塞復合不好過量頂替、無碰壓顯示、卡膠塞等風險。通過皮碗封隔器實現(xiàn)分段壓力操作，避免了空心膠塞與分級箍尺寸的配合問題，實現(xiàn)了復合尺寸套管+篩管條件下的篩管頂部固井施工。

4) 固井成功率高。懸掛器與封隔器通過2套內管封隔器組合獨立操作，實現(xiàn)了壓力操作互不影響，大大降低了同一管柱壓力級別過多、銷釘質量不穩(wěn)定引起的工具誤響應的概率，保證了復雜固井工藝的安全實施?；资椒旨壒啃柰ㄟ^內管串上的專用工具打開和關閉，并且具有鎖定機構，避免了壓差式分級箍提打開或到位后無法打壓開的風險。該工藝具有能夠建立環(huán)空循環(huán)通道的優(yōu)勢，增加了下篩管時遇阻的處理手段，極大地提高了下篩管的安全性，可廣泛應用于水平井、分支井、長裸眼井、井壁不穩(wěn)定條件下的固井作業(yè)等[16]。

由于免鉆免撈篩管頂部固井管柱組合較為復雜，特殊工具多，施工步驟繁瑣，也存在一些技術風險：1)由于不能碰壓，有替空和留塞的風險，也會在管柱內產(chǎn)生混漿；2)有皮碗脹封失靈的風險，會產(chǎn)生注水泥“短路”或倒流；3)滑套式分級箍有滑套關不上的風險，會發(fā)生倒流。因此，在現(xiàn)場固井施工過程中需要做好準備工作，盡可能規(guī)避施工風險。

4　現(xiàn)場試驗

免鉆免撈篩管頂部固井工藝在渤海灣海上合作區(qū)塊成功應用2井次，其中X井是“大肚子”井眼條件下應用“φ177.8 mm尾管+φ139.7 mm篩管”的復合管柱完井，成功解決了“大肚子”井眼條件下單一尺寸套管完井的難題，下面以該井為例詳細介紹固井施工情況。

X井設計為四開井身結構，目的層段采用篩管完井，目的層段以上采用尾管固井。該井三開φ311.1 mm井眼井深2 452.00 m，φ244.5 mm技術套管下至井深1 903.00 m遇阻，隨即固井，四開使用φ215.9 mm鉆頭鉆至完鉆井深2 932.00 m。完井要求封隔器下至井深2 679.00 m，采用“φ177.8 mm尾管+φ139.7 mm篩管”的復合管柱完井，封隔器以下篩管完井，封隔器以上套管注水泥封固。該井井身結構見圖3。

圖3　渤海灣海上合作區(qū)塊X井井身結構Fig.3　Casing program of Well X in the offshore cooperation block of Bohai Bay

由于分級箍位于四開φ215.9 mm井眼內，如使用φ177.8 mm壓差式分級箍，其外徑約210.0 mm，環(huán)空間隙小，常規(guī)篩管頂部固井工藝難以實現(xiàn)。與φ139.7 mm套管通徑的滑套式分級箍外徑168.4 mm，內通徑124.2 mm，φ244.5 mm×φ177.8 mm尾管懸掛器空心膠塞與φ139.7 mm分級箍無法配套使用，常規(guī)篩管頂部固井工藝難以實施，最終采用免鉆免撈篩管頂部固井工藝。

該井免鉆免撈篩管頂部固井管柱組合的外管柱結構為φ177.8 mm懸掛器+φ177.8 mm套管+φ177.8 mm×φ139.7 mm變徑接頭+滑套式分級箍(外徑168.4 mm)+管外封隔器(最大外徑177.8 mm)+φ139.7 mm套管+φ139.7 mm篩管+φ139.7 mm插入式浮鞋(包括密封)；內管柱結構為φ139.7 mm鉆桿+ 懸掛器送入工具+皮碗封隔器總成(上)+φ101.6 mm鉆桿+φ88.9 mm油管+皮碗封隔器總成(中)+分級箍打開工具+皮碗封隔器總成(下)+旁通球座(帶循環(huán)閥)+φ73.0 mm油管+密封式插入管。注替水泥漿完成后上提中心管，皮碗封隔器(中)和皮碗封隔器(下)提至φ177.8 mm套管內，將超返水泥漿沖洗干凈，然后起出全部內管串，候凝后外管柱內沒有附件殘留，可以直接轉入投產(chǎn)作業(yè)。與采用常規(guī)篩管頂部固井工藝相比，節(jié)省了組合小鉆具、起下鉆、鉆除附件的時間和鉆塞的相關費用，并節(jié)省了鉆除附件占用鉆井平臺的日費，也避免了鉆塞時震動破壞水泥環(huán)，具有顯著的經(jīng)濟效益。

5　結　論

1) 免鉆免撈篩管頂部固井工藝通過改進、優(yōu)化內外管柱結構，使用皮碗封隔器、滑套式分級箍實現(xiàn)了固井后免鉆免撈，并且通過調整封隔器尺寸可實現(xiàn)復合尺寸套管固井。

2) 免鉆免撈篩管頂部固井工藝定量頂替水泥漿時存在替空、注水泥短路、水泥漿倒返等風險，需要通過優(yōu)化工具結構、提高工具可靠性進行解決。

3) 現(xiàn)場試驗表明，免鉆免撈篩管頂部固井工藝節(jié)省了固井后鉆水泥塞和管內附件的鉆機占用時間，可提高海上鉆完井生產(chǎn)時效，經(jīng)濟效益顯著。

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[編輯滕春鳴]

Study and Field Testing on the Top Cementing Technology of Screen Pipe Free from Drilling and Fishing

SONG Benling, HUANG Zhigang, ZHANG Wei, WANG Zhen, SHI Weiji

(BoxingBranch,CNPCOffshoreEngineeringCo.Ltd.,Tianjin, 300451,China)

Top cementing technology with conventional screen pipes can combine advantages of the screen pipe and liner cementing, but internal accessories need to be removed upon completion of cementing operations. To improve the top cementing efficiency of the screen pipe, the internal and external pipe string structure was optimized with a rubber cup packer and a sliding sleeve staged collar. They were used to replace the blind plate and differential-pressure type staged collar in the top cementing with conventional screen pipe. The internal pipe string was moved to achieve setting, cementing, circulation and other process operations and all the residual accessories were brought out when the internal pipe string was lifted after cementing. Thus, the blind plate and staged collar would not be retained in the casing and the diameter could meet requirements for follow-up operation to avoid drilling and fishing after cementing. At the same time, screen pipe completion of different composite casings could be performed by adjusting the sizes of rubber cup packers. This technology has been used for field tests in Well X in the offshore cooperation block of Bohai Bay to complete top cementing operation withφ177.8 mm liner +φ139.7 mm screen pipe. The well can be directly put into production after waiting on cement setting. Without the need for plug drilling, the drilling time can be effectively minimized.

screen pipe; cementing; liner; drill-free plug

2016-03-25；改回日期：2016-06-30。

宋本嶺(1964—)，男，山東無棣人，1984年畢業(yè)于勝利石油學校鉆井專業(yè)，2007年獲中國石油大學(華東)工業(yè)工程專業(yè)工程碩士學位，高級工程師，主要從事固井技術研究及應用相關工作。E-mail：songbl001@cnpc.com.cn。

doi:10.11911/syztjs.201604013

TE256+.4

A

1001-0890(2016)04-0072-05

?鉆井完井?