定向井完井多級(jí)劃眼清潔技術(shù)研究

鄭鋒

(中石油渤海鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院，天津 300280)

張建榮

(中石油渤海鉆探工程有限公司第三鉆井分公司，天津 300280)

房旭

(中石油渤海鉆探工程有限公司第一鉆井分公司，天津 300280)

柳鶴,孫四維

(中石油渤海鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院，天津 300280)

李艷鵬

(中石油渤海鉆探工程有限公司第二鉆井分公司，河北 廊坊 065000)

1 井眼清潔技術(shù)現(xiàn)狀

定向井鉆井作業(yè)易在大斜度井段形成巖屑床，如果沒有采取有效措施及時(shí)將其清除，完鉆后井眼內(nèi)存在巖屑床，會(huì)導(dǎo)致電測(cè)一次成功率低，下套管、固井作業(yè)困難，并影響水泥的封固質(zhì)量[1～6]；同時(shí)，固井作業(yè)中，泥餅的存在會(huì)使水泥漿不能和井壁實(shí)現(xiàn)整體固化，進(jìn)而出現(xiàn)微裂縫，影響二界面固井質(zhì)量[7,8]。因此，定向井完鉆后，在電測(cè)、固井前的井眼準(zhǔn)備階段，應(yīng)盡量將井內(nèi)巖屑床和厚泥餅清除。

定向井完鉆后，一般采用“鉆頭+扶正器”的鉆具組合通井，依靠牙輪鉆頭和扶正器對(duì)井壁進(jìn)行刮削，配合調(diào)整泥漿性能、大排量循環(huán)洗井等技術(shù)來修整井壁，清潔井眼[9～11]。通井過程中井內(nèi)巖屑床、厚泥餅難以被破壞，且鉆井液流場(chǎng)特性并未改變，自由狀態(tài)的巖屑和泥餅隨鉆井液返出困難，特別是在井眼質(zhì)量差的條件下，一趟鉆通井清除巖屑床和厚泥餅更具挑戰(zhàn)性。此外，在固井前使用前置液、水泥漿對(duì)井壁泥餅進(jìn)行沖刷的措施效果有限[12,13]。

2 多級(jí)劃眼清潔技術(shù)

2.1 井眼清潔工具

BH-HCS型井眼清潔工具由渤海鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院研發(fā)，用于破壞井下巖屑床，提高井眼清潔程度[14]。工具為一體化加工，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 BH-HCS型井眼清潔工具結(jié)構(gòu)示意圖

工具結(jié)構(gòu)特征：主體上設(shè)有上、下耐磨帶，每組耐磨帶上設(shè)有圓周均布的若干孔眼，孔眼中鑲嵌直徑為5～15mm的硬質(zhì)合金齒柱；設(shè)有呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)的上、下兩組螺旋棱及導(dǎo)流槽，螺旋棱的螺距、棱高根據(jù)不同井眼尺寸變化，導(dǎo)流槽內(nèi)表面設(shè)有特殊涂層，可有效防止泥包產(chǎn)生；葉輪設(shè)在工具中部，沿圓周均布3個(gè)葉片，在葉片上設(shè)有若干孔眼，孔眼中鑲嵌有硬質(zhì)合金齒柱，與耐磨帶相似。

2.2 技術(shù)原理

圖2 多級(jí)劃眼鉆具組合示意圖

在常規(guī)“鉆頭+扶正器”通井鉆具組合基礎(chǔ)上，沿一定距離安裝多個(gè)井眼清潔工具，形成多級(jí)劃眼鉆具組合，應(yīng)用于電測(cè)、下套管前的通井作業(yè)，對(duì)易產(chǎn)生巖屑床井段、水泥封固井段進(jìn)行技術(shù)劃眼。通過牙輪鉆頭和扶正器對(duì)附著在井壁上的厚泥餅進(jìn)行刮削，同時(shí)依靠井眼清潔工具破壞井下巖屑床，改善底邊區(qū)域鉆井液流場(chǎng)特性，將井內(nèi)自由狀態(tài)的巖屑和泥餅拋向高邊，使其被鉆井液帶走并返出井口，以改善完井井眼清潔狀況，提高固井質(zhì)量。

2.3 鉆具組合形式

多級(jí)劃眼鉆具組合包括牙輪鉆頭、扶正器、加重鉆桿、井眼清潔工具和鉆桿。圖2為一種典型多級(jí)劃眼鉆具組合。

依據(jù)文獻(xiàn)[15]，鉆井過程中，井眼清潔工具安放間距L的計(jì)算方法為：

(1)

式中：α為工具的攜帶因子(取值為1～2)，1；β為工具的加速因子(數(shù)值即為流場(chǎng)速度增加倍率),1；θ為井斜角，(°)；Dh為環(huán)空直徑，m；vh為環(huán)空返速，m/s；vsx為巖屑顆粒在井筒中的滑落速度，m/s。

在通井作業(yè)中，不會(huì)產(chǎn)生新的巖屑，只需要將現(xiàn)有的巖屑床破壞掉，并將自由狀態(tài)的巖屑和厚泥餅一并返出井口。式(1)仍然具有參考性，但需要將泥餅特性考慮進(jìn)去，故需對(duì)vsx進(jìn)行修正，將其調(diào)整為巖屑顆粒和自由狀態(tài)泥餅在井筒中滑落速度的較大值。

2.4 施工工藝

通井作業(yè)時(shí)，使用多級(jí)劃眼鉆具組合，下鉆至需要進(jìn)行技術(shù)劃眼的井段，先小排量開泵，再慢慢提高至正常排量，開轉(zhuǎn)盤(或頂驅(qū))，采用低鉆速、小鉆壓進(jìn)行技術(shù)劃眼。如某井?215.9mm井眼應(yīng)用多級(jí)劃眼清潔技術(shù)，施工參數(shù)為：轉(zhuǎn)速50～60r/min，排量28～30L/s，鉆壓<20kN。完成技術(shù)劃眼后，停泵起出鉆具。該施工工藝劃眼效率較高，一般1000m井段的劃眼僅需5h即可完成。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 浙江油田QZx1井

QZx1井是部署在海安地區(qū)的一口大斜度定向井，設(shè)計(jì)井深4648.36m，自3410m開始造斜，至3853.15m井斜51.3°，穩(wěn)斜至3917.55m后進(jìn)行二次增斜，至4134.36m井斜達(dá)76.5°，穩(wěn)斜至井底。該井完鉆后，在起鉆過程中，3700～4100m井段附加拉力明顯，且在3909～3917m和4040～4060m等井段多次遇阻。根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)，該井段阜寧組井壁穩(wěn)定性差，易剝落掉塊、垮塌，結(jié)合井斜變化，認(rèn)為在3700～4100m井段產(chǎn)生了巖屑床，且出現(xiàn)掉塊堆積導(dǎo)致了遇阻。

為保障電測(cè)、下套管安全，采用多級(jí)劃眼清潔技術(shù)清除井內(nèi)巖屑床和掉塊。鉆具組合為：?215.9mm鉆頭+雙母接頭+?209mm扶正器+?165mm浮閥+?127mm加重鉆桿×7根+?165mm隨鉆震擊器+?127mm加重鉆桿×3根+井眼清潔工具1+?127mm加重鉆桿×11根+井眼清潔工具2+?127mm鉆桿×10根+井眼清潔工具3+?127mm鉆桿×8根+井眼清潔工具4+?127mm鉆桿×9根+井眼清潔工具5+?127mm鉆桿。施工參數(shù)為：鉆壓20～40kN，排量28～30L/s，轉(zhuǎn)速40～50r/min。應(yīng)用該技術(shù)對(duì)3700～4100m井段進(jìn)行井眼清潔，井口返出大量巖屑及掉塊，掉塊尺寸在2cm×2cm～5cm×5cm。依據(jù)綜合錄井儀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比了應(yīng)用該技術(shù)前后井眼摩阻變化情況(圖3)，通井后井眼摩阻明顯降低，且波動(dòng)變小。

圖3 通井前后實(shí)測(cè)摩阻數(shù)據(jù)圖

3.2 大港油田南部油區(qū)

近年大港油田南部油區(qū)固井優(yōu)質(zhì)率在52.55%～68.80%之間，采用多級(jí)劃眼鉆具組合對(duì)易產(chǎn)生巖屑床井段、水泥封固井段進(jìn)行技術(shù)劃眼，清除井內(nèi)巖屑床和厚泥餅，并修整井壁，保障套管安全高效下入，提高固井質(zhì)量。

截至2018年9月，多級(jí)劃眼清潔技術(shù)在大港油田南部油區(qū)試驗(yàn)應(yīng)用53口井，應(yīng)用最大井深3570m，最大井斜36.56°。應(yīng)用該技術(shù)后，套管下入未發(fā)生遇阻情況，二界面固井質(zhì)量明顯改善，平均優(yōu)質(zhì)率達(dá)81.13%。部分區(qū)塊應(yīng)用該技術(shù)，二界面固井質(zhì)量改善尤為明顯。如Z130斷塊F24井，通過應(yīng)用該技術(shù)，并結(jié)合其他針對(duì)性措施，二界面優(yōu)質(zhì)率達(dá)到90%以上，獲得突破性進(jìn)展。一趟鉆通井多級(jí)劃眼清潔技術(shù)在大港南部油區(qū)應(yīng)用，有效地改善了井眼清潔狀況，并明顯提高了固井質(zhì)量，為鉆井作業(yè)的安全、高效進(jìn)行發(fā)揮了良好效果。

4 結(jié)論與建議

1)定向井完鉆后井內(nèi)巖屑床和厚泥餅易引起完井電測(cè)遇阻、套管下入困難、固井質(zhì)量差等問題，應(yīng)盡量將它們清除。

2)通過在常規(guī)通井鉆具組合中加入多個(gè)井眼清潔工具，形成了一趟鉆通井多級(jí)劃眼鉆具組合。

3)應(yīng)用多級(jí)劃眼清潔技術(shù)清除定向井完井井眼內(nèi)巖屑床和厚泥餅，降低了井眼摩阻，提高了固井質(zhì)量。

4)多級(jí)劃眼清潔技術(shù)僅在?215.9mm井眼完成了試驗(yàn)，建議進(jìn)一步擴(kuò)展試驗(yàn)范圍，使其適用于不同井眼尺寸，以改善完井井眼清潔狀況。