膨脹尾管懸空固井技術(shù)與應(yīng)用

摘 要：隨著油氣鉆采工藝技術(shù)的進(jìn)步，尾管完井技術(shù)以其低成本高效率的優(yōu)勢(shì)逐漸在各大油田推廣應(yīng)用，同時(shí)懸空固井工藝也得到了一定的發(fā)展。本文就懸空固井系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行介紹，該技術(shù)可以提高完井的可靠性、縮短安裝時(shí)間、提高通用性，有很大的推廣空間。本文結(jié)合了德克薩斯州南部油區(qū)的應(yīng)用例子，說明膨脹尾管懸空固井技術(shù)在對(duì)目的層上部干擾層進(jìn)行有效封堵的同時(shí)，能夠節(jié)約成本，獲得了更大的滲流面積，并且為后期生產(chǎn)開發(fā)提供便利。

關(guān)鍵詞：膨脹尾管懸掛器；懸空固井；注水泥器

德克薩斯州南部油區(qū)目的層為奧斯汀白堊紀(jì)地層的油井，在產(chǎn)量下降到經(jīng)濟(jì)開采效益以下時(shí)停產(chǎn)，隨后針對(duì)白堊層和伊格爾福特層下方的布達(dá)組下部進(jìn)行了二次開發(fā)。這些井原本都是定向井，上部為10 3/4”和7”套管，上部7”套管柱尺寸限制了新的側(cè)鉆井眼尺寸，新開井眼尺寸為6 1/8”[1]。

1 完井方案優(yōu)化

1.1 3 1/2”裸眼完井

原設(shè)計(jì)在鉆到布達(dá)組后，上部井眼直接用5”套管進(jìn)行固井（見圖1），套管至地面，固井時(shí)注水泥上返至7”套管鞋以上位置，最后以3 1/2”鉆頭鉆至目的層，目的層以3 1/2”裸眼方式完井，上部5”套管內(nèi)掛2 3/8”油管的方式進(jìn)行開發(fā)。

1.2 4 1/2”割縫襯管完井

根據(jù)相關(guān)地質(zhì)材料顯示，布達(dá)組天然裂縫發(fā)育，油氣流通通道豐富，無需額外的壓裂或增產(chǎn)措施，因此生產(chǎn)層采用割縫襯管方式完井。后來發(fā)現(xiàn)石灰?guī)r性能能夠滿足裸眼完井要求，將新鉆井眼和原先上部的7”套管進(jìn)行封固可以實(shí)現(xiàn)橫向封隔，并且能夠滿足新井眼鉆進(jìn)要求，所以更改設(shè)計(jì)為在7”套管的基礎(chǔ)上向下開窗鉆進(jìn)6 1/8”井眼，利用尾管膨脹懸掛器直接在7”套管內(nèi)懸掛4 1/2”尾管管串代替原設(shè)計(jì)的5”套管柱，然后進(jìn)行懸空固井操作（見圖2）。懸空固井系統(tǒng)包括一個(gè)注水泥器、管外封隔器和膨脹尾管懸掛器，尾管下部目的層配有引鞋和割縫襯管，該方式尾管不需要返至地面，可以有效節(jié)省4 1/2”尾管。

2 膨脹尾管懸空固井技術(shù)

懸空固井技術(shù)管串從下至上依次是引鞋、割縫襯管、管外封隔器、注水泥器、尾管串、膨脹尾管懸掛器（見圖3）[2]。

2.1 工作流程

通過注水泥器建立循環(huán)通道來溝通尾管內(nèi)腔和外環(huán)空實(shí)現(xiàn)水泥漿頂替，下部生產(chǎn)層配有引鞋和割縫襯管，用于引導(dǎo)管串下入和后期開發(fā)工藝的實(shí)施，本文不做描述。管外封隔器安裝在注水泥器下部，用來封隔環(huán)空，然后激活注水泥器，使管內(nèi)與環(huán)空連通，進(jìn)行固井注水泥作業(yè)，水泥漿頂替結(jié)束后，固井膠塞碰壓，同時(shí)關(guān)閉注水泥器，繼續(xù)打壓使膨脹尾管懸掛器坐掛封隔，隨著尾管懸掛器的膨脹封隔，以上工具組件作為生產(chǎn)管串留在井底[3]。

2.2 管外封隔器

管外封隔器可以在管外環(huán)形空間形成密封，但是不能承受軸向力，通過投球憋壓，迫使流體流經(jīng)封隔器的內(nèi)部通道推動(dòng)外部錐體移動(dòng)，對(duì)預(yù)置元件施加作用力，并使環(huán)空密封元件產(chǎn)生膨脹，進(jìn)而封閉環(huán)空。管外封隔器設(shè)計(jì)的剪切銷開啟壓力較小，以降低過早打開注水泥器的風(fēng)險(xiǎn)。為了在鉆臺(tái)上實(shí)現(xiàn)清晰的顯示，并考慮不同工具之間的安全閾值，不同工具啟動(dòng)壓力之間需要1000 psi（6.89MPa）的壓力差。注水泥器在2600psi（17.93MPa）時(shí)打開，通過減少管外封隔器銷釘數(shù)量控制其啟動(dòng)壓力為800 psi（5.52MPa）。

2.3 注水泥器

一旦管外封隔器成功封隔注水泥器下方的環(huán)空，繼續(xù)憋壓至2600psi（17.93MPa），該壓力作用于注水泥器內(nèi)的活塞，剪斷銷釘使帶孔內(nèi)滑套向下移動(dòng)，滑套下落至注水泥器內(nèi)的臺(tái)肩上，內(nèi)部滑套循環(huán)孔隨后與工具外壁循環(huán)孔對(duì)齊，形成內(nèi)外通道建立循環(huán)，之后進(jìn)行替水泥漿作業(yè)，頂替到設(shè)計(jì)替量后，投放固井膠塞隨水泥一起泵送，膠塞能夠?qū)@桿和尾管內(nèi)壁刮拭干凈，固井膠塞配有一個(gè)金屬引導(dǎo)頭，當(dāng)膠塞下行到注水泥器中時(shí)，金屬引導(dǎo)頭頭會(huì)卡在帶孔內(nèi)滑套的頂部，形成憋壓，剪斷帶孔滑內(nèi)套銷釘并使套筒再次向下移動(dòng)，從而使滑套循環(huán)孔和工具外壁循環(huán)孔錯(cuò)位，實(shí)現(xiàn)注水泥器關(guān)閉操作[4]。

2.4 膨脹尾管懸掛器

該工具在水泥漿頂替完成后通過憋壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)后膨脹塞在內(nèi)壓力的作用下脹封關(guān)閉環(huán)空，實(shí)現(xiàn)密封，與其他常規(guī)懸掛器相比，該工具具有更大的過流面積，循環(huán)壓耗較低。

3 應(yīng)用情況

在得克薩斯州南部油區(qū)，該系統(tǒng)目前用于生產(chǎn)層和非生產(chǎn)層的層間隔離，這使得開發(fā)生產(chǎn)層位中的水平段得以進(jìn)行裸眼完井和割縫襯管等方式完井。應(yīng)用該系統(tǒng)可以有效封固布達(dá)組上部地層，這將使布達(dá)組的裸眼井眼由3 1/2”增加至6 1/8”，并且能夠使用4 1/2”割縫襯管完井或者裸眼完井方式代替原先的2 3/8”生產(chǎn)油管裸眼完井方式，因此能夠增加井眼表面積，有效提高生產(chǎn)流量，并且能夠下入更大尺寸增產(chǎn)工具已獲得更大的橫向波及系數(shù)，具有更大的后期開發(fā)優(yōu)勢(shì)。

該油區(qū)先期四口井都使用了注水泥器、管外封隔器和膨脹尾管懸掛器，皆未出現(xiàn)異常施工狀況。膨脹尾管懸空固井技術(shù)有以下優(yōu)勢(shì)：6 1/8”裸眼接觸面積比3 1/2”提高了335 in3/ft；如果新開井眼另行鉆進(jìn)，單口井鉆井成本比采用懸空固井技術(shù)要高75萬美元；受到上部井段7”井眼尺寸限制，如果不采用懸空固井技術(shù)，利用4 1/2”或者5”定向動(dòng)力鉆具鉆穿白堊紀(jì)和伊格爾福特地層非常困難。總的來說，懸空固井技術(shù)有效提高了側(cè)鉆井的經(jīng)濟(jì)性、可鉆性、井眼尺寸和其他增產(chǎn)工具的可實(shí)施性。

4 結(jié) 論

膨脹尾管懸空固井技術(shù)在得克薩斯州南部油區(qū)封固布達(dá)組上部井段時(shí)得到新的成功應(yīng)用，節(jié)約了鉆井成本，獲得了更大的滲流面積，并且以較大的完井井徑為后期生產(chǎn)開發(fā)提供了便利，為其他油區(qū)提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] Daniel Hayward，John McCormick and Marilyn Matice.Expandable Liner Hangers in Off-Bottom Cementing Applications Reduce Cost and Increase Reliability：Regional Case History，SPE-169202-MS

[2] 郭鋒，孫星云. Z3034 小井眼側(cè)鉆水平井完井技術(shù)[J].石 油鉆采工藝，2013，35（3）：34-36

[3] 劉志雄，高果成，沈明華，等. 靖邊氣田水平井尾管固井技術(shù)[J]. 西部探礦工程，2013.

[4] 石崇東，楊勝軍，等.小井眼水平井裸眼懸空側(cè)鉆技術(shù)在靖平 33-13井的應(yīng)用[J].鉆采工藝，2012，35（5）：107-110.

作者簡(jiǎn)介：任憲忠，男，1982年08月生，2006年7月畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)工作于遼河油田公司錦州采油廠鉆井管理科，工程師。