渤海C1 井電纜下封隔器遇阻原因分析及對(duì)策

喬中山 劉 鵬 許 迪 余建生 張藝耀 于 沖

（1、中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459 2、中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300451）

隨著海上石油的探勘開(kāi)發(fā)逐漸向中深層推進(jìn)，完井方式隨著開(kāi)采深度發(fā)生較大變化。淺層疏松砂巖儲(chǔ)層易出砂，常規(guī)套管井多采用礫石充填防砂方式完井，而中深層地層巖石致密不易出砂，完井時(shí)一般不采取防砂措施，但為滿足油藏不同層位的開(kāi)發(fā)，需下入封隔器進(jìn)行不同層位的油水分隔，以期實(shí)現(xiàn)油田的精細(xì)化開(kāi)發(fā)和管理[1-2]。由于受井身結(jié)構(gòu)、井深、井斜、狗腿度、現(xiàn)場(chǎng)操作人員水平及封隔器結(jié)構(gòu)等因素影響，封隔器在下入過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)遇阻遇卡、提前坐封等復(fù)雜情況[3-5]。在渤中34-9 油田C1 井完井作業(yè)期間，出現(xiàn)尾管中電纜下?177.8mm 封隔器遇阻的復(fù)雜情況，為提高在不同井型條件下電纜下封隔器坐封作業(yè)成功率，分析了此次封隔器遇阻原因，對(duì)遇阻封隔器總成進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，改進(jìn)后的封隔器總成大大降低了電纜下入的遇阻風(fēng)險(xiǎn)，為油氣田高效分層開(kāi)采提供重要技術(shù)支撐。

1 C1 井作業(yè)井況

1.1 C1 井基本情況

渤中34-9 構(gòu)造位于黃河口凹陷中洼南部斜坡帶上，郯廬斷裂渤南段中支以東，主體區(qū)為受中部一組大斷層控制的復(fù)雜斷塊構(gòu)造，在明化鎮(zhèn)組、東營(yíng)組和沙河街組形成了大型復(fù)雜斷塊圈閉群。C1 井是渤中34-9 油田6 井區(qū)的一口定向開(kāi)發(fā)井，6 井區(qū)油層埋深-2438.6～-2741.3m，主力油層為東三段和沙河街組，主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積，油藏類型為層狀構(gòu)造油藏。C1 井設(shè)計(jì)為一口先期排液注水井，完鉆井深4029.0m，最大井斜51.96°，該井采用?177.8mm 套管射孔完井，不防砂，設(shè)計(jì)分5 層開(kāi)采，下入封隔器進(jìn)行生產(chǎn)層位分層，滿足采油井生產(chǎn)封隔作用。井身結(jié)構(gòu)如表1 所示，其中一開(kāi)采用?406.4mm（16in）鉆頭鉆進(jìn)至787m，下入?339.7mm（13-3/8in）套管（J55、61lb/ft、BHC）至784.71m，二開(kāi)采用?311.15mm（12-1/4in）鉆頭鉆進(jìn)至中完井深3012m，下?244.5mm （9-5/8in） 套管（N80、40lb/ft、BTC）至3009.42m；三開(kāi)采用?215.9mm（8-1/in）鉆頭鉆進(jìn)至完鉆井深4029.0m， 下 ?177.8mm （7in） 尾 管（N80，29lb/ft，CLS）至4023.73m，球座頂深4008.07m，尾管回接筒頂深2844.71m。

表1 C1 井井身結(jié)構(gòu)基本數(shù)據(jù)

1.2 分層封隔器遇阻過(guò)程

為防止C1 井生產(chǎn)段層間流體竄通、壓力干擾，實(shí)現(xiàn)油藏精細(xì)分層開(kāi)采目的，完井期間采用測(cè)井電纜下入A 型分層封隔器，封隔器本體長(zhǎng)2.7m，含坐封接頭后總長(zhǎng)2.9m。正常下放，在井筒不同位置處共出現(xiàn)2 次遇阻且多次活動(dòng)均無(wú)法通過(guò)，A 型7"分層封隔器下放遇阻及處理過(guò)程如下：

測(cè)井電纜下入A 型7"分層封隔器總成，工具串組合（從下至上）：引鞋+變扣+7"分層封隔器總成+電纜坐封工具+GR+CCL 儀器短節(jié)+測(cè)井馬龍頭（工具串最大外徑5.9"，井口精確丈量零長(zhǎng)3.77m）；下放至尾管掛頂遇阻（尾管掛回接筒頂深2844.7m），多次活動(dòng)未能通過(guò)，起出工具串，期間環(huán)空灌密度1.03g/cm3的完井液。

對(duì)變扣打磨倒角，繼續(xù)用測(cè)井電纜下入A 型7"分層封隔器總成，工具串組合（從下至上）：引鞋+變扣+7"分層封隔器總成+電纜坐封工具+GR+CCL 儀器短節(jié)+測(cè)井馬龍頭；仍然下放至尾管掛頂遇阻（尾管掛回接筒頂深2844.7m），多次活動(dòng)未能通過(guò)，起出封隔器總成，期間保持環(huán)空液面。

現(xiàn)場(chǎng)拆封隔器引鞋及變扣，將分層封隔器總成底部4-1/2"LTC 公扣打磨斜角引鞋，測(cè)井電纜下入A 型7" 分層封隔器總成，工具串組合（從下至上）：7" 分層封隔器總成+電纜坐封工具+GR+CCL 儀器短節(jié)+測(cè)井馬龍頭；下放至3570m，上提管串，電纜校深（短套深度3556.57m～3561.52m）。繼續(xù)下放至3627.95m 遇阻，多次活動(dòng)未能通過(guò)。根據(jù)SBT 曲線對(duì)比后，判斷遇阻點(diǎn)為套管接箍（SBT 套管接箍深度為3628.02m）。起出工具串，期間環(huán)空灌液。

2 分層封隔器結(jié)構(gòu)與遇阻原因分析

2.1 分層封隔器結(jié)構(gòu)組成

分層封隔器總成示意圖如圖1 所示，主要由電纜轉(zhuǎn)換接頭推筒1、封隔器推筒2、膠筒總成3、卡瓦總成4、下部接頭5、圓口引鞋總成6 這幾部分組成，其中圓口引鞋總成由雙母變扣和圓口引鞋組成。

圖1 遇阻分層封隔器示意圖

分層封隔器的下入可以采用電纜和鉆具下入兩種方式，井斜小于60°時(shí)送入工具可選擇電纜下入，采用電纜送入方式坐封一般具有速度快、坐封深度準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)[6-9]。因C1 井最大井斜51.96°，本次作業(yè)采用測(cè)井電纜送入方式下入，坐封工具為電動(dòng)式，具體坐封原理[10-12]如下：測(cè)井電纜送封隔器到設(shè)計(jì)坐封深度并經(jīng)過(guò)較深后，地面導(dǎo)通電流，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)變速箱輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)螺桿拉伸產(chǎn)生上行運(yùn)動(dòng)，從而使電纜轉(zhuǎn)換接頭推筒與螺桿產(chǎn)生相對(duì)位移，電纜轉(zhuǎn)換接頭推筒推動(dòng)封隔器推筒下行，由于封隔器外筒受到限制，不能活動(dòng)，在底部引鞋和坐封推筒的擠壓作用下，使封隔器上、下規(guī)環(huán)和密封膠片同時(shí)上行，剪切銷釘，推動(dòng)卡瓦張開(kāi)，膠皮徑向膨脹，密封環(huán)形空間。封隔器的內(nèi)卡瓦和心軸棘齒鎖住，使壓力釋放時(shí)不能復(fù)位，保持坐封狀態(tài)。當(dāng)軸向推力達(dá)到銷釘剪切值時(shí)，銷釘剪切，從而使坐封工具與分層封隔器分離脫手。

2.2 井深2844.7m 處遇阻原因

根據(jù)第一次遇阻點(diǎn)深度顯示判斷遇阻點(diǎn)為尾管掛回接筒頂2844.7m，此處井斜約為47.4°，另經(jīng)查閱相關(guān)套管及工具數(shù)據(jù)得知，?244.5mm 技術(shù)套管內(nèi)徑為224.4mm，尾管掛回接筒外徑為195.4mm，可知回接筒與技術(shù)套管間隙約為14.5mm。根據(jù)作業(yè)簡(jiǎn)報(bào)，首先懷疑是分層封隔器總成下部引鞋上部的雙母變扣阻掛回接筒，因此，工具起出后將雙母變扣打磨倒角，再次下入至回接筒處仍遇阻；再次起出后拆除引鞋及雙母變扣，將封隔器總成底部4-1/2"LTC 公扣打磨成斜角引鞋下入后順利通過(guò)尾管掛回接筒。因此，第一次遇阻點(diǎn)為分層封隔器底部引鞋阻掛回接筒，導(dǎo)致工具無(wú)法順利通過(guò)。

2.3 井深3627.95m 處遇阻原因

根據(jù)第二遇阻點(diǎn)深度，比對(duì)SBT 套管接箍深度，初步判斷為分層封隔器在套管接箍處產(chǎn)生阻掛。經(jīng)查閱?177.8mm 套管CLS 扣型介紹，CLS 扣型具有倒錐面連接型式和螺紋牙型的等螺距變寬的特點(diǎn)，使螺紋實(shí)現(xiàn)高抗扭矩的性能，保證螺紋不會(huì)因過(guò)扭矩或欠扭矩而導(dǎo)致螺紋連接失??；金屬面密封和螺紋密封的兩處密封結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了在高軸向載荷下能夠保持很好的密封效果的目的。CLS 扣型不屬于氣密扣，現(xiàn)場(chǎng)上扣過(guò)程不需要扭矩監(jiān)控，只要上扣至設(shè)定扭矩即表示上扣符合標(biāo)準(zhǔn)，套管內(nèi)螺紋和外螺紋連接如圖2 所示，其中1 表示CLS 接箍（內(nèi)螺紋），2表示CLS 套管（外螺紋），外螺紋鼻端與內(nèi)螺紋末端有間隙，此間隙的大小除了跟此扣型連接方式有關(guān)而客觀存在外，還與管材加工精度及現(xiàn)場(chǎng)操作人員有很大的關(guān)系。根據(jù)C1 井井斜數(shù)據(jù)，此遇阻深度處于穩(wěn)斜段（井斜范圍47°～48°），且狗腿度較大（3.12°/30m），井眼軌跡復(fù)雜，考慮到分層封隔器外觀結(jié)構(gòu)，很容易導(dǎo)致分層封隔器的卡瓦或其他不規(guī)則結(jié)構(gòu)在套管接箍處產(chǎn)生阻掛。因此，第二遇阻點(diǎn)是在井眼軌跡、套管接箍處間隙及分層封隔器外觀結(jié)構(gòu)綜合影響導(dǎo)致的客觀結(jié)果。

圖2 CLS 螺紋連接示意圖

3 技術(shù)對(duì)策

3.1 工具結(jié)構(gòu)改進(jìn)

通過(guò)上述封隔器遇阻的原因分析，認(rèn)為封隔器工具總成結(jié)構(gòu)不合理是下放遇阻的主要原因，主要有兩點(diǎn)：一是工具組合總成長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，二是工具總成底部引鞋結(jié)構(gòu)組成冗余。從這兩方面出發(fā)，通過(guò)制定方案對(duì)工具長(zhǎng)度和引鞋結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)前后對(duì)比示意圖如圖3 所示，首先將電纜轉(zhuǎn)換接頭推筒與封隔器推筒整合為一件，縮短推筒長(zhǎng)度，適當(dāng)增加電纜坐封接頭長(zhǎng)度；然后優(yōu)化引鞋結(jié)構(gòu)，拋棄變扣+引鞋的組合方式，直接采用倒角底部接頭相連接方式，縮短引鞋長(zhǎng)度，消除工具明顯變徑結(jié)構(gòu)部分。通過(guò)以上改進(jìn)，縮短了工具組合長(zhǎng)度（含坐封工具接頭），工具總長(zhǎng)由2.9m 縮短至2.3m（不含坐封工具接頭長(zhǎng)1.83m），同時(shí)解決了工具串下入困難及坐封行程短導(dǎo)致坐封力無(wú)法完全釋放的問(wèn)題。實(shí)物如圖4 所示。

圖3 分層封隔器改進(jìn)前后對(duì)比示意圖

圖4 分層封隔器改進(jìn)后實(shí)物圖

3.2 工具下入模擬

利用Landmark 軟件的WELLPLAN 模塊對(duì)C1 井進(jìn)行電纜下入分層封隔器模擬分析，通過(guò)計(jì)算下入摩阻和鉤載可以初步判斷工具下入情況，根據(jù)下入管柱是否產(chǎn)生正弦或是螺旋屈曲以及軸向力圖判斷能否下到設(shè)計(jì)深度。模擬結(jié)果如圖5 所示，根據(jù)對(duì)遇阻2.9m 長(zhǎng)分層封隔器下入模擬產(chǎn)生正弦屈曲S 線，下放懸重較小，無(wú)法下到設(shè)計(jì)深度。通過(guò)對(duì)分層封隔器總成長(zhǎng)度參數(shù)調(diào)整至2.3m，未出現(xiàn)正弦或螺旋屈曲線，下放懸重也較高，能夠下至設(shè)計(jì)深度。說(shuō)明工具總成長(zhǎng)度越短，越有利于電纜下入，減少遇阻風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 C1 井分層封隔器下入模擬分析結(jié)果

目前，改進(jìn)后的封隔器工具總成在渤海油田現(xiàn)場(chǎng)已入井達(dá)79 套，性能穩(wěn)定，在尾管井中下入順利，使用情況良好，現(xiàn)已大范圍推廣使用。

4 結(jié)論與建議

4.1 鉆井過(guò)程中控制好井眼軌跡，避免狗腿度過(guò)大，盡量不超過(guò)3°/30m。

4.2 下入套管選擇同型號(hào)同批次，保證上扣到位，避免出現(xiàn)內(nèi)外螺紋連接間隙過(guò)大或有內(nèi)臺(tái)階的情況。

4.3 分層封隔器長(zhǎng)度設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足坐封行程的基礎(chǔ)上，盡可能短，最好不超過(guò)2.3m；引鞋設(shè)計(jì)應(yīng)保證足夠的坡度，避免在尾管掛遇阻；外形設(shè)計(jì)應(yīng)保證本體外徑一致，變徑連接部分必須打倒角。