選擇性固井技術(shù)在青海油田的應(yīng)用

金凱 杜宇斌 談志偉

摘? 要：針對常規(guī)固井技術(shù)易污染老油田儲層段的難題，開展選擇性固井技術(shù)研究及先導(dǎo)性試驗。青海油田選擇性固井技術(shù)采用雙層管結(jié)構(gòu)，其上、下各設(shè)一套管外封隔器，將生產(chǎn)層與其他層段封隔開來，基本不改變固井程序，不增加固井施工時間。使得繞產(chǎn)層固井這一技術(shù)得以實現(xiàn)和推廣，解決了現(xiàn)有選擇性固井工藝過程繁瑣，增大工作量，影響了施工進(jìn)度的不足。

關(guān)鍵詞：青海油田? 選擇性? 固井技術(shù)? 儲層保護(hù)? 封隔器

中圖分類號：TE256.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）10（a）-0043-03

Abstract： In view of the problem that conventional cementing technology is easy to pollute the reservoir of old oilfield， selective cementing technology research and pilot test are carried out. The selective cementing technology in Qinghai Oilfield adopts a double-layer pipe structure， with a casing outer packer set at the top and bottom respectively to seal the production layer from other layers， basically without changing the cementing procedure and increasing the cementing construction time. This technology can be realized and popularized， which solves the problems of the existing selective cementing process， such as tedious process， increasing workload and affecting the construction progress.

Key Words： Qinghai Oilfield; Selectivity; Well cementing technology; Reservoir protection; Packer

1? 選擇性固井技術(shù)原理及優(yōu)勢

選擇性固井技術(shù)采用管外封隔器等各種井下工具，將地層有目的地分成若干段，通過特殊工藝技術(shù)，對油氣藏實現(xiàn)只固上覆蓋層不固油氣層的目的。既可防止水泥漿對儲層的傷害，又可實現(xiàn)層間封隔，為油田油藏分層改造和開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。有利于實現(xiàn)任意并段選擇性注水泥固井，既保證固井質(zhì)量，又避免水泥漿污染油層，實現(xiàn)了注水泥固井與油層保護(hù)的統(tǒng)一，能夠滿足油田油藏精細(xì)高效開發(fā)的需要[1-5]。

2? 現(xiàn)有選擇性固井技術(shù)工藝流程

目前，國內(nèi)基本做法是產(chǎn)層段篩管完井、產(chǎn)層上下固井封固。主要流程為：（1）內(nèi)管插入后，油套打壓脹封管外封。正循環(huán)定量固產(chǎn)層下部井段;（2）上提內(nèi)管少許，循環(huán)沖洗;（3）上提內(nèi)管至上部滑套處機(jī)械方式拉開滑套，內(nèi)管內(nèi)投球，內(nèi)管封隔器密封住滑套開關(guān)上下，固產(chǎn)層上部井段。固后管內(nèi)泄壓內(nèi)管封隔器回收，上提內(nèi)管關(guān)閉滑套。沖洗起出內(nèi)管候凝。

在實踐中，暴露出了該工藝技術(shù)的諸多弊端：工藝過程繁瑣，增大了工作量;每一步得謹(jǐn)慎小心，環(huán)環(huán)相扣，不確定因素多，施工風(fēng)險大，完成質(zhì)量受影響，如下套管期間不能建立循環(huán)，對井身質(zhì)量要求非?？量?水泥漿注替到位后，機(jī)械式關(guān)孔操作較常規(guī)尾管丟手更為復(fù)雜，耗時較長，危及管柱安全等等[5-6]。極大地影響了該技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用。

3? 青海油田選擇性固井技術(shù)

青海油田針對該技術(shù)開展了大量的調(diào)查研究，通過剖析選擇性固井技術(shù)中主要工具的結(jié)構(gòu)特點、工作原理，設(shè)計現(xiàn)場易于操作及控制的工藝流程。青海油田選擇性固井裝置采用雙層管結(jié)構(gòu)，其上、下各設(shè)一套管外封隔器，將生產(chǎn)層與其他層段封隔開來，水泥漿沿套管柱下行，經(jīng)球座、浮箍、浮鞋進(jìn)入套管與井壁的環(huán)形空間，而后上返。待到達(dá)選擇性固井裝置處時，由于管外封隔器的作用，水泥漿由選擇性固井裝置的下部徑向孔進(jìn)入雙層管結(jié)構(gòu)，繞過管外封隔器，經(jīng)上部徑向孔排出，重新進(jìn)入套管與井壁的環(huán)形空間。待水泥漿凝固后，就會在套管與井壁間、雙層管環(huán)空間形成水泥環(huán)，而雙層管的外管與井壁間無水泥環(huán)形成，即在生產(chǎn)層實現(xiàn)裸眼完井。實現(xiàn)了選擇性固井的目的。

3.1 選擇性固井裝置結(jié)構(gòu)與原理

選擇性固井裝置由管外上隔離系統(tǒng)、管外下隔離系統(tǒng)、中心通道系統(tǒng)、上導(dǎo)流系統(tǒng)、下導(dǎo)流系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)組成。

3.1.1 上下管外隔離系統(tǒng)

上、下管外隔離系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)相同，主要由控制閥部件、密封部件和聯(lián)接部件三部分構(gòu)成?？刂崎y部件包含開啟閥、單流閥和平衡閥，完成對膨脹介質(zhì)的流動控制。密封部件包含內(nèi)膠筒、外膠筒、金屬加強(qiáng)片、支持環(huán)和膠筒接頭等，是實現(xiàn)密封的主要部件。聯(lián)接部分包含中心管、提升短接、接箍和套管短節(jié)等，主要起配合聯(lián)接的作用。管外隔離系統(tǒng)的膠筒是一種可承壓高壓的膨脹密封元件，它的各項指標(biāo)決定了管外隔離系統(tǒng)的性能。系統(tǒng)特點如下：（1）膨脹比，適應(yīng)大井眼，膠筒的膨脹率達(dá)到150%～250%;（2）高強(qiáng)度，脹封后接觸應(yīng)力衰減小，保持好的密封隔離;（3）采用充填式三閥系封隔機(jī)構(gòu)，適應(yīng)不規(guī)則井眼，能與不規(guī)則的裸眼井壁形成可靠的壓力密封，并能自動調(diào)節(jié)壓力以適應(yīng)環(huán)空壓差的變化，同時起到扶正套管使其居中的作用。

阻流閥在下入時，同泵沖式金屬片閥一起防止膠筒提前膨脹;座封時剪斷銷釘，在彈簧力作用下推動閥體運動，并限制一定量的液體進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)，起延時作用，以使膠筒充分膨脹。

單流閥用來防止流體從膨脹室倒流，起鎖定密封壓力作用。

平衡閥的作用是在足夠的壓力下使膠筒充分膨脹后，將進(jìn)入膠筒的液體通道堵死，從而使單流閥關(guān)閉。

這幾種閥的工作壓力，均可在地面調(diào)整。隔離系統(tǒng)技術(shù)性能：泵沖式金屬片閥、阻流閥和平衡閥的開啟壓力均為8.2MPa;承受壓差的能力受膠筒膨脹程度的影響，設(shè)計承壓能力為15MPa。

3.1.2 上下導(dǎo)流系統(tǒng)

上下導(dǎo)流系統(tǒng)為水泥漿流體控制裝置，按照設(shè)計液流方向控制其開啟、關(guān)閉、流速等主要技術(shù)性能，保證水泥漿流體按照工藝要求，進(jìn)入產(chǎn)層外的套管與井壁環(huán)套空間，實現(xiàn)理想的固井施工。

保持循環(huán)暢通和密封的同時能夠防止大顆粒進(jìn)入循環(huán)通道，顆粒進(jìn)入通道后設(shè)計的結(jié)構(gòu)能夠自行疏通循環(huán)通道。在循環(huán)通道堵塞到一定壓力值的時候能夠開辟新的循環(huán)通道。

3.1.3 外壁缺氧陶化管材

有氧狀態(tài)下，強(qiáng)度韌性與45#鋼相當(dāng)，缺氧受熱后其內(nèi)鉸鏈物失去強(qiáng)度，管材強(qiáng)度韌性降低。陶化的厚度30～80nm。陶瓷轉(zhuǎn)化膜具有優(yōu)良的耐腐蝕性，抗沖擊力，能提高涂料的附著力。表面附著力達(dá)到GB/T 9286 中的0級（最高級），高出磷化2級～3級，陶化中性鹽霧試驗240h。

3.1.4 中心通道系統(tǒng)及端部連接

不僅僅是連接各個部件，在保持與管外隔離裝置的相對密封滑動600mm（單端）同時，自身能夠脫臼500mm（單端），這個作用是補(bǔ)償管子的自身伸縮，與管外封隔器部分沒有關(guān)聯(lián)。

4? 青海油田選擇性固井技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 選擇性固井裝置下入位置確定

英6-6-A3井是部署在柴達(dá)木盆地英東油田英東一號構(gòu)造上的一口采油井，完鉆井深1345m，該井油氣層頂?shù)捉鐬?63～1315m，為多油層分段射孔生產(chǎn)井。選擇性固井裝置下入層段位于1251.5～1254m，此處油層厚度為2.5m，即選擇性固井裝置上封隔器下沿深度位置為1248.6m，下封隔器上沿深度位置為1254.5m，允許誤差±0.3m（以下封隔器上沿為測量基準(zhǔn)）。

4.2 選擇性固井裝置主要技術(shù)參數(shù)

（1）選擇性固井裝置技術(shù)參數(shù)，見表1。

（2）坐封球座技術(shù)參數(shù)，見表2。

4.3 選擇性固井技術(shù)施工過程

（1）連接管柱下套管。

球座連接在浮箍上方后，連接套管串，而后連接選擇性固井裝置，下套管到位。

（2）循環(huán)鉆井液。

循環(huán)流量1m3/min，循環(huán)兩周后的最終穩(wěn)定壓力4.9MPa，此時從振動篩觀察已無較大顆粒排出。

（3）投球。

鋼球直徑φ45mm，球座位置1340m，鉆井液密度1.32g/cm3。根據(jù)鋼球在鉆井液中的自由落體運動，計算鋼球落到球座的時間約為17.8min。最后確定等待20min投球到位。

（4）坐封。

用混漿車（固井車）打壓，設(shè)定排量0.2m3/min，設(shè)定壓力12MPa;到設(shè)定壓力后，實際顯示壓力12.5MPa，穩(wěn)壓約60s，讓封隔器坐封。

（5）重新建立循環(huán)。

繼續(xù)以排量0.2m3/min憋壓至19MPa，穩(wěn)壓30s后，又繼續(xù)升壓至20MPa，銷釘被剪斷，坐封滑套被打開，壓力突降至5MPa。而后接鉆井泵循環(huán)，設(shè)定排量為1m3/min，立管壓力由起初的5MPa到5.5MPa，再升至11MPa，而后慢慢降至10MPa、9MPa、7MPa、6MPa，最后穩(wěn)定在4.7MPa。

重新建立循環(huán)后，之所以有如此大的壓力波動，是因為封隔器坐封后流體只能從封隔器下端的徑向孔進(jìn)入導(dǎo)流閥，經(jīng)雙層管結(jié)構(gòu)，繞過封隔器，從上端的徑向孔重新進(jìn)入套管與井壁的環(huán)形空間。這個過程需要先憋壓打開導(dǎo)流閥，重新建立循環(huán)，待循環(huán)流道穩(wěn)定后，壓力下降，而穩(wěn)定在一定數(shù)值。一般情況下，此處的壓降為0.5～2MPa。如果投球前未循環(huán)徹底，憋通球座后進(jìn)一步循環(huán)洗井，徹底清洗井壁，降低摩阻，壓力還可能進(jìn)一步降低，從而低于初始循環(huán)壓力。

（6）固井。

按照既定固井程序進(jìn)行打前置液、隔離液、打灰、侯凝。

英6-6-A3井為青海油田第一口選擇性固井施工井，施工過程中各個工序一氣呵成，工具下井順利，固井施工做到施工連續(xù)不間斷。

5? 結(jié)語

（1）青海油田選擇性固井技術(shù)解決了現(xiàn)有技術(shù)工藝過程繁瑣，增大了工作量，影響了施工進(jìn)度的不足，使得繞產(chǎn)層固井這一技術(shù)得以實現(xiàn)和推廣。

（2）保證井下組件的操作可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量，合理確定選擇性固井工具的下井?dāng)?shù)量、下深、間距等參數(shù)，工具準(zhǔn)確卡住層位是選擇性固井技術(shù)成功與否的關(guān)鍵。

（3）該項工藝技術(shù)還需要根據(jù)青海油田地質(zhì)和油氣藏實際，開展進(jìn)一步研究，并結(jié)合實踐逐步改良和完善，最終形成一套適用于老油田增產(chǎn)的選擇性固井技術(shù)。

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