側(cè)鉆水平井固井充填防砂一體化工藝的應(yīng)用
——以曹妃甸11-2油田為例

韓耀圖，劉鵬，林家昱，王曉鵬，賈立新

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300459）

曹妃甸11-2油田是整體受前第三系潛山基底古地貌控制的大型披覆背斜構(gòu)造，沉積相以曲流河和辮狀河沉積為主，明化鎮(zhèn)組、館陶組及東營(yíng)組儲(chǔ)層均相當(dāng)發(fā)育，是一個(gè)層系多、復(fù)雜、非均質(zhì)性較強(qiáng)的底水油藏。隨著油田開發(fā)進(jìn)入中后期，因出砂和高含水導(dǎo)致油田減產(chǎn)停產(chǎn)的井越來越多，急需治理。老井側(cè)鉆是當(dāng)前渤海油田低效井治理和挖潛上產(chǎn)的重要手段。根據(jù)海上油田井網(wǎng)不規(guī)則、層系復(fù)雜、出砂嚴(yán)重、作業(yè)日費(fèi)高等特點(diǎn)，研發(fā)了一套適合海上油田的固井充填防砂一體化的新技術(shù)。該技術(shù)能一趟鉆將防砂管柱與固井管柱送入目的井段，通過在不同位置的操作，實(shí)現(xiàn)上部復(fù)雜井段的注水泥封固和下部油層段的礫石充填防砂，作業(yè)結(jié)束后無需鉆塞，避免了水泥對(duì)儲(chǔ)層的污染［1-3］。

1 固井充填防砂一體化完井技術(shù)

1.1 管柱結(jié)構(gòu)

固井充填防砂一體化工藝管柱主要由外管柱和內(nèi)管柱構(gòu)成。外管柱結(jié)構(gòu)如圖1所示。表1列出了該管柱幾個(gè)關(guān)鍵工具的功能。

圖1 φ244.5 mm套管側(cè)鉆水平井固井充填防砂一體化管柱

表1 固井充填防砂一體化完井管柱關(guān)鍵工具的作用

內(nèi)管柱主要由拋光桿、沖管、服務(wù)工具總成、開關(guān)工具總成、坐封工具組成，它通過坐封工具與外管柱中頂部封隔器總成相連。服務(wù)工具總成主要包括機(jī)械定位器、選擇性單流閥、滑套開關(guān)工具及相關(guān)密封短節(jié)。其中：機(jī)械定位器定位下入和充填定位接箍，確定下入位置和充填位置；而滑套開關(guān)工具則用來開關(guān)充填滑套和固井滑套［4-6］。

1.2 技術(shù)原理

固井充填防砂一體化完井技術(shù)是在分級(jí)注水泥固井技術(shù)、管外封隔器技術(shù)、裸眼井礫石充填技術(shù)基礎(chǔ)上研究而成的一種新型完井工藝技術(shù)。該技術(shù)一趟鉆將防砂管柱與固井管柱一起下入井內(nèi)目標(biāo)井段，首先完成頂部封隔器的坐封驗(yàn)封，然后再坐封管外封隔器。管外封隔器坐封完成后再進(jìn)行礫石充填作業(yè)，礫石充填作業(yè)時(shí)，砂漿通過充填轉(zhuǎn)換工具的充填孔再經(jīng)過充填滑套流向篩管與裸眼環(huán)空。充填結(jié)束后，上提內(nèi)管柱到反循環(huán)沖砂位置，反循環(huán)沖洗鉆桿內(nèi)多余礫石。反循環(huán)沖砂結(jié)束后，上提內(nèi)管柱至注水泥位置進(jìn)行注水泥作業(yè)，注水泥時(shí)水泥由固井滑套進(jìn)去裸眼段鉆井液從上部循環(huán)滑套返出，建立注水泥通道，注水泥作業(yè)結(jié)束后上提內(nèi)管柱到洗水泥位置，清洗鉆桿內(nèi)的殘余水泥。內(nèi)管柱在上提過程中，內(nèi)管柱上的滑套關(guān)閉工具會(huì)關(guān)閉充填滑套、循環(huán)滑套、固井滑套，保證外管柱的密封性。

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

1）固井管柱和防砂管柱一起一次性下入，施工過程簡(jiǎn)單、可靠。2）作業(yè)過程中沖管與套管環(huán)空連通，防砂段靜液柱壓力可控，防止泥餅坍塌［7-9］。3）生產(chǎn)層段下入防砂管柱，進(jìn)行礫石充填防砂，確保防砂的長(zhǎng)效性。4）砂漿充填過程由常規(guī)水平井充填α波與β波規(guī)律組成。5）上部復(fù)雜層位注水泥固井結(jié)束后無需鉆塞，避免了水泥對(duì)儲(chǔ)層的污染。6）完井后管柱通徑大，利于后期開采或修井作業(yè)。

2 固井充填防砂一體化配套關(guān)鍵技術(shù)

2.1 水平儲(chǔ)層段鉆開液

水平儲(chǔ)層段鉆進(jìn)時(shí)，鉆具受重力作用產(chǎn)生偏心，井眼下井壁環(huán)空返砂效果較差，摩阻扭矩增大。因此，鉆井液不僅要具有良好的攜巖、潤(rùn)滑性能，還應(yīng)考慮儲(chǔ)層保護(hù)，鉆井液中不能含有有害固相，故推薦無固相EZFLOW弱凝膠體系，同時(shí)加入適當(dāng)潤(rùn)滑劑減小鉆具摩阻，完鉆后循環(huán)清洗井眼，在裸眼段替入新配的無固相弱凝膠鉆井液，有效保護(hù)儲(chǔ)層。與其他體系相比，待固井充填防砂一體化管柱順利入井后，EZFLOW可逆弱凝膠體系能夠自然返排，無需浸泡破膠等工序，儲(chǔ)層保護(hù)效果好，能起到簡(jiǎn)化作業(yè)程序、節(jié)省時(shí)效和成本的目的［10］。

2.2 水泥漿配方優(yōu)化

固井充填防砂一體化工藝應(yīng)用于側(cè)鉆井，水泥漿需要流經(jīng)鉆桿、沖管，經(jīng)由打砂孔和固井滑套進(jìn)入環(huán)空，環(huán)空間隙小，循環(huán)摩阻大，環(huán)空壓耗的增大造成液柱當(dāng)量密度的增加，加之固井時(shí)水泥漿密度比鉆井液密度高，往往超過地層的破裂壓力，引發(fā)井漏；同時(shí)，頂替排量和合理流態(tài)使用受限制，為降低過高泵壓，只能小排量固井，導(dǎo)致頂替效率低［11-13］。

為提高固井質(zhì)量，結(jié)合地層壓力系數(shù)、巖性特點(diǎn)及地層溫度等因素，優(yōu)選出了適宜的水泥漿配方。該配方主要技術(shù)思路：1）采用低密度水泥漿，降低靜液柱壓力；2）優(yōu)化水泥漿性能，改善水泥漿的流變性能，降低環(huán)空流動(dòng)阻力；3）加入增韌堵漏材料，提高水泥膠結(jié)后的強(qiáng)度，降低漏失風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 油水層封隔

側(cè)鉆水平段后，固井充填防砂一體化管柱上的管外封隔器的卡封，能確保后續(xù)下部裸眼段的礫石充填防砂作業(yè)和上部尾管段的注水泥封固作業(yè)。通過分析封隔時(shí)效、封隔效果，結(jié)合海上作業(yè)條件，在綜合對(duì)比了遇油/遇水膨脹封隔器、膨脹管固井、水力擴(kuò)張式膨脹封隔器等多種裸眼完井技術(shù)后，最終確定采用水力擴(kuò)張式膨脹封隔器封隔，達(dá)到有效封隔的目的。

選取水平裸眼生產(chǎn)層位，在與其之上的固井段之間放置1～2個(gè)水力擴(kuò)張式膨脹封隔器。封隔器隨一體化管柱下入井中，在坐封頂部封隔器之后驗(yàn)封膠皮時(shí)，通過水力打壓將流體充填到膨脹封隔器的膠筒內(nèi)，使膠筒膨脹，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)層位與其上部油、水等復(fù)雜層位的封隔［14-16］。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 施工井況

A16H2井為曹妃甸11-2油田一口φ215.9 mm裸眼水平生產(chǎn)井，其井身結(jié)構(gòu)基本參數(shù)見表2。主要開發(fā)主力油層館陶組Ⅱ油組1-1382砂體，儲(chǔ)層巖性疏松，平均孔隙度為27%，原油黏度高，且平均泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)26.9%，測(cè)得的平均聲波時(shí)差值為3.44～4.10 μs/cm，遠(yuǎn)大于出砂臨界值，出砂可能性較大。投產(chǎn)以來，最高產(chǎn)液量在80 m3/d左右，生產(chǎn)壓差8～9 MPa，明顯異于鄰井生產(chǎn)狀態(tài)，且近一年來產(chǎn)液水平很低，多次電泵故障，分析為近井地帶堵塞導(dǎo)致生產(chǎn)壓差過大。為提高該砂體地質(zhì)儲(chǔ)量動(dòng)用程度，決定對(duì)A16H2井實(shí)施同層位側(cè)鉆并應(yīng)用固井充填防砂一體化工藝，完善動(dòng)用程度較差的砂體井網(wǎng)，從而達(dá)到挖潛剩余油，減緩油田產(chǎn)量遞減的目的。

表2 A16H2井身結(jié)構(gòu)基本數(shù)據(jù)

利用φ244.5 mm套管內(nèi)開窗側(cè)鉆水平井，完鉆后用鉆桿將固井充填防砂一體化完井工具管串送入目標(biāo)井段，然后通過內(nèi)管柱上的服務(wù)工具在不同位置的操作，實(shí)現(xiàn)上部問題井段的固井作業(yè)和下部油層段的防砂作業(yè)。

主要施工步驟：

1）下入固井充填防砂一體化工具串，灌液保持循環(huán)通道暢通。

2）投φ40 mm坐封球打壓坐封頂部封隔器；上提內(nèi)管柱上的服務(wù)工具將返出孔密封在管外封隔器下部密封筒，環(huán)空打壓17.225 MPa驗(yàn)封頂部封隔器并坐封管外封隔器。

3）內(nèi)管柱上的服務(wù)工具機(jī)械定位器定位在充填定位接箍上，將打砂孔置于MCS充填滑套上部延伸筒后進(jìn)行礫石充填作業(yè)。

4）上提內(nèi)管柱上服務(wù)工具，將工具定位在反循環(huán)位置，反循環(huán)1.08 g/cm3過濾KCl鹽水頂替出鉆桿內(nèi)陶粒。

5）打開上部循環(huán)滑套及下部固井滑套，服務(wù)工具保持固井注水泥定位接箍位置，將打砂孔置于固井滑套上部延伸筒開始注水泥作業(yè)。

6）上提內(nèi)管柱上的服務(wù)工具將打砂孔提出密封筒；在洗水泥位置清除鉆桿內(nèi)多余水泥，起鉆。

3.2 應(yīng)用效果分析

3.2.1 工期對(duì)比

利用老井φ244.5 mm套管內(nèi)開窗側(cè)鉆水平井的新舊兩種方案鉆完井施工工期對(duì)比如圖2所示。與舊方案相比，應(yīng)用固井充填防砂一體化工藝技術(shù)的新方案，一趟鉆完成固井作業(yè)與礫石充填防砂作業(yè)，大大提高了作業(yè)效率，工期明顯節(jié)省，實(shí)現(xiàn)了鉆完井整個(gè)工期的大幅減少。

3.2.2 生產(chǎn)效果對(duì)比

通過在曹妃甸11-2油田A16H2井應(yīng)用該技術(shù)，生產(chǎn)層段充填防砂效率達(dá)到110%；從表3中可以看出，A16H2井側(cè)鉆投產(chǎn)后產(chǎn)油量增加了297%，生產(chǎn)效果良好，達(dá)到了挖潛剩余油、增加產(chǎn)能的目的。

圖2 新舊兩種方案鉆完井施工工期對(duì)比

表3 A16H2井措施前后的生產(chǎn)效果對(duì)比

4 結(jié)論

1）側(cè)鉆水平井固井充填防砂一體化工藝的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，為渤海油田老區(qū)塊挖潛剩余油、油田增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支撐，具有廣泛的應(yīng)用前景。

2）固井充填防砂一體化技術(shù)通過一趟鉆完成固井作業(yè)和礫石充填防砂作業(yè)，具有工具可靠性強(qiáng)，作業(yè)效率高，降本增效顯著的特點(diǎn)。

3）水泥漿的性能直接影響到固井階段施工質(zhì)量，需要進(jìn)一步對(duì)水泥漿的性能開展相應(yīng)研究，以解決井眼環(huán)空小、阻力大和頂替效率低的問題。

4）該技術(shù)可以結(jié)合短半徑側(cè)鉆鉆完井技術(shù)，形成一整套包括一趟鉆開窗工具、高造斜率鉆井工藝、固井防砂一體化工藝在內(nèi)的技術(shù)體系，可利用平臺(tái)修井機(jī)實(shí)現(xiàn)低成本側(cè)鉆，為油田的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)作貢獻(xiàn)。

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