三采區(qū)塊零散更新井控壓套管鉆井及完井技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

劉玉民,方 牧，姜玉芳,李天府,楊秀天,王連生,董 巖

(1.大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院,黑龍江大慶163000；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司,天津300000；3.大慶油田采油工程研究院,黑龍江大慶163458；4.大慶鉆探工程公司鉆井二公司,黑龍江大慶163413)

大慶油田三次采油區(qū)塊的套損井?dāng)?shù)越來(lái)越多，所以需要鉆更新井?dāng)?shù)越來(lái)越多。但是，常規(guī)鉆井時(shí)需要停注及泄壓（也就是“鉆關(guān)”），嚴(yán)重影響了原油產(chǎn)量、注采井網(wǎng)及三次采油整體開發(fā)效果。因此，開展了三采區(qū)塊零散更新井控壓套管鉆完井技術(shù)研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了較好的效果。

1 鉆井存在的難題

（1）聚驅(qū)、低滲透儲(chǔ)層壓力預(yù)測(cè)難，選擇鉆井液密度區(qū)間難:聚合物屬非牛頓流體，且為段塞方式注入，每個(gè)階段注入?yún)?shù)有所不同，聚驅(qū)層位壓力分布十分復(fù)雜，壓力預(yù)測(cè)難度大；低滲透儲(chǔ)層厚度及孔滲性變化大，部分低滲透儲(chǔ)層不符合達(dá)西滲流規(guī)律，給壓力預(yù)測(cè)工作帶來(lái)較大難度，準(zhǔn)確率相對(duì)較低，影響了鉆完井工程方案的制定，尤其是選擇鉆井液密度區(qū)間難度大。

（2）裸眼井筒壓力系統(tǒng)復(fù)雜，層間壓差大，鉆井施工時(shí)存在漏、涌、噴的風(fēng)險(xiǎn)，鉆井施工風(fēng)險(xiǎn)高:不停注條件下，注入井相當(dāng)于持續(xù)供應(yīng)的水源，層間壓差顯著增大，將由目前的5MPa增加到10MPa，井底壓力控制難度大，一旦發(fā)生水侵，將在注入井和新井之間迅速形成大孔道，注入水集中涌入新井井筒，造成大量出水而引發(fā)涌漏噴卡等事故，井噴風(fēng)險(xiǎn)及環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)高，設(shè)備投入、管理成本將相應(yīng)提高。

（3）由于鉆井液密度高，易造成油層污染:長(zhǎng)垣油田大部分區(qū)塊已有5～6套井網(wǎng)，井網(wǎng)空間位置關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。同井場(chǎng)注入井（距離待鉆井30～50m）不鉆關(guān)，存在較大事故風(fēng)險(xiǎn)。以采油一廠更新井中丁4-斜更013井為例，如不鉆關(guān)，注水壓力10.31MPa，推算S2組中部壓力達(dá)18.3MPa，壓力系數(shù)2.25；推算G3組最低壓力為10.1MPa，壓力系數(shù)為0.89，層間壓力系數(shù)差達(dá)1.36，壓穩(wěn)高壓層需要2.35g/cm3的高密度鉆井液，該區(qū)破裂壓力系數(shù)在1.97左右，極易發(fā)生惡性漏失，侵入油層造成污染。

（4）無(wú)穩(wěn)定的地下壓力環(huán)境，固井質(zhì)量保證難度大：長(zhǎng)垣油田多年鉆井實(shí)踐表明，壓力系數(shù)超過(guò)1.75，固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)率下降約20%，壓力系數(shù)超過(guò)1.90，固井質(zhì)量很難達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。不鉆關(guān)條件下，壓力系數(shù)2.2以上固井工藝難度大。固井和候凝期間，不但要解決高壓層防竄問(wèn)題，還要考慮高流速的影響，固井質(zhì)量難保證，不鉆關(guān)將顯著提高儲(chǔ)層流體流速，高流速對(duì)水泥漿形成沖刷和稀釋，造成質(zhì)量變差。

2 技術(shù)原理

為了解決上述問(wèn)題，需要采用既能控制住井下高壓流體、又能減少鉆井過(guò)程薄弱環(huán)節(jié)的方法，實(shí)現(xiàn)帶壓鉆更新井。由此，提出了控壓鉆井技術(shù)與套管鉆井技術(shù)結(jié)合起來(lái)的創(chuàng)新方案。

從調(diào)研結(jié)果目前國(guó)內(nèi)外只是進(jìn)行了單一的套管鉆井和控壓鉆井研究與應(yīng)用，還沒(méi)有將兩項(xiàng)技術(shù)結(jié)合在一起。

通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，形成了三采區(qū)塊零散更新井控壓套管鉆井技術(shù)?？貕禾坠茔@井是指使用特殊套管進(jìn)行鉆進(jìn)，應(yīng)用控制壓力設(shè)備和方法精確控制井眼內(nèi)環(huán)空壓力，完鉆后不起鉆直接固井的一種鉆井技術(shù)，具有縮短鉆井周期、簡(jiǎn)化鉆井工藝、減少噴冒漏鉆井事故等優(yōu)勢(shì)。在不停井條件下鉆更新井技術(shù)及配套措施，實(shí)現(xiàn)不停井鉆更新井，既能及時(shí)完善套損井組注采關(guān)系，又不影響鉆井區(qū)域的注入，并減少對(duì)產(chǎn)量的影響，保證正常的區(qū)塊開發(fā)效果。

3 創(chuàng)新點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

3.1 創(chuàng)新點(diǎn)

利用套管鉆井所具有的“鉆井就是下套管過(guò)程，完鉆就可以固井”的特點(diǎn)，減少了常規(guī)鉆井“完鉆后電測(cè)及下套管”的過(guò)程期間井底壓力失去控制的事故發(fā)生。

針對(duì)一個(gè)井筒內(nèi)有的層位的地層破裂壓力高于地層孔隙壓力的問(wèn)題，為了減少鉆井液壓漏地層的問(wèn)題出現(xiàn)，降低鉆井液密度，應(yīng)用控制壓力設(shè)備和方法精確控制井眼內(nèi)環(huán)空壓力，確保不塌漏也不噴冒安全鉆井。

使用液力加壓防斜工具（也就是液力推進(jìn)器、水力加壓工具），可以在不使用鉆鋌的條件下，確保套管不受軸向壓縮所產(chǎn)生彎曲，防止井斜，柔性地給鉆頭施加鉆壓，同時(shí)隔離了鉆頭破巖對(duì)套管所產(chǎn)生的振動(dòng)損害。

使用剛性螺旋扶正器不但確保管柱居中，而且有利于清潔井筒，更有助于后期縱向封隔流體竄通，起到套管封隔器的作用。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

加壓防斜防碰技術(shù)：液力加壓防斜工具可以在不使用鉆鋌的條件下，柔性地給鉆頭施加足夠的鉆壓，確保了套管(屬于薄壁細(xì)長(zhǎng)管)不受軸向壓縮產(chǎn)生彎曲，防止井斜，同時(shí)隔離了鉆頭破巖對(duì)套管所產(chǎn)生的振動(dòng)損害。確保井斜滿足井身質(zhì)量要求。

安全壓穩(wěn)井筒技術(shù)：鉆井期間施加合適的井筒壓力，達(dá)到壓穩(wěn)效果，保證安全鉆井。根據(jù)最大地層孔隙壓力梯度與地層破裂壓力梯度，結(jié)合鉆井液密度，確定不同井深井口控壓值，壓而不漏，保障鉆井安全。4口井鉆井過(guò)程中無(wú)油氣水侵顯示。控壓設(shè)備與鉆井液有機(jī)結(jié)合，有效壓穩(wěn)地層，而不壓漏地層。鉆井液密度小一點(diǎn)，以免壓漏地層，控壓設(shè)備機(jī)動(dòng)靈活作為壓力補(bǔ)償。

確保一次成井技術(shù)：使用兩個(gè)止回閥，防巖屑倒灌，夯實(shí)一次成井基礎(chǔ)。結(jié)合套管鉆井的特點(diǎn)，采用“雙保險(xiǎn)”高可靠性原則，使用兩個(gè)鉆具止回閥，有效防止了巖屑倒灌進(jìn)入鉆頭，杜絕了鉆頭堵水眼，為一次成井打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

提高固井質(zhì)量技術(shù)：增加扶正器數(shù)量，提高居中及頂替效果。在鉆井液中加入低滲透屏蔽封堵劑和界面增強(qiáng)劑，改善鉆井液性能，增強(qiáng)泥餅質(zhì)量。上下活動(dòng)套管（卸掉5根套管），利用剛性螺旋扶正器刮削井壁，驅(qū)替粘附鉆井液。應(yīng)用了低溫防竄水泥漿，具有凝結(jié)時(shí)間短、失水量低、微膨脹、滲透率低、界面強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用雙凝雙密度防竄水泥漿體系?？s短下部水泥漿凝結(jié)時(shí)間，并延長(zhǎng)上部水泥漿凝結(jié)時(shí)間，確保有效液柱壓力傳遞。在防竄水泥漿的基礎(chǔ)上采用井口加回壓的方式，提高壓穩(wěn)程度。采用固井液流經(jīng)中空直螺桿的方案，實(shí)現(xiàn)敞壓候凝，減少壓力變化對(duì)水泥界面膠結(jié)質(zhì)量影響。應(yīng)用旋轉(zhuǎn)固井技術(shù)，增加流體對(duì)界面的沖洗，提高頂替效率。

提高機(jī)械鉆速技術(shù)：使用螺桿鉆具，施加PDC鉆頭所要求鉆壓，采用四刀翼鉆頭，提速降成本。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在高124-更30井、高132-更33井等2口水驅(qū)區(qū)塊更新井及北3-丁5-更P34井、北3-342-更P51井等2口聚驅(qū)區(qū)塊更新井，成功地完成了4口井零散更新井控壓套管鉆完井試驗(yàn)（見表1）。

表1 4口井零散更新井控壓套管鉆完井試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（1）鉆井情況(見表2）。鉆具管柱：PDC鉆頭（+直螺桿）+鉆具止回閥+液力加壓防斜工具+下部轉(zhuǎn)換接頭+鉆井型套管+旁通閥+膠塞座+(鉆井型套管+剛性螺旋扶正器)×m+鉆井型套管×n+驅(qū)動(dòng)桿保護(hù)接頭+頂驅(qū)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)桿。

表2 4口井零散更新井控壓套管鉆井的鉆井?dāng)?shù)據(jù)

油層段實(shí)施控壓套管鉆井，第二、三、四口井的套管鉆井平均機(jī)械鉆速分別較上一口井提高146.92%、1.13%、0.52%，最高機(jī)械鉆速41.57m/h。4口井都實(shí)現(xiàn)了一次性鉆井成井。4口井都沒(méi)有與原井眼相碰，井斜角分別是2.2°、1.2°、0.7°、1.6°，井身質(zhì)量都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求（井斜角小于3°）。

（2）固井情況（見表3）。固井管柱：PDC鉆頭（+直螺桿）+鉆具止回閥+液力加壓防斜工具+下部轉(zhuǎn)換接頭+鉆井型套管+旁通閥+膠塞座+(鉆井型套管+剛性螺旋扶正器)×m+鉆井型套管×a+上部轉(zhuǎn)換接頭+聯(lián)頂節(jié)+固井水泥頭。

4口井都實(shí)現(xiàn)了一次性順利固井。第二口井（高132-更33井）封隔器驗(yàn)竄結(jié)果表明：地層密封成功率72.72%。第四口井（北3-342-更P51井）固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)（24h聲變）合格（15d聲變）。

（3）測(cè)井情況（見表4）。套后進(jìn)行的測(cè)井項(xiàng)目：聲變、套后XMAC、碳氧比、過(guò)套管電阻率、套后中子、井斜方位。

表4 4口井零散更新井控壓套管鉆井的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)

（4）驗(yàn)竄情況。封隔器驗(yàn)竄管柱：油管+k344-114（110）封隔器+噴砂器+k344-114（110）封隔器+絲堵。高124-更30井測(cè)試10個(gè)點(diǎn)，都不漏。高132-更33井封隔器驗(yàn)竄11個(gè)點(diǎn)，8個(gè)點(diǎn)不漏。

（5）對(duì)注采影響情況如表5所示。

表5 4口井零散更新井控壓套管鉆井的少影響油量數(shù)據(jù)

5 認(rèn)識(shí)

通過(guò)三采區(qū)塊零散更新井控壓套管鉆井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得以下認(rèn)識(shí)：

（1）三采區(qū)塊零散更新井控壓套管鉆井具備可行性、可靠性和安全性，4口井均實(shí)現(xiàn)了鉆井一次成井，第四口井27h聲變固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)段比例97.05%（合格及優(yōu)質(zhì)段比例99.97%）、15d聲變固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)段比例72.08%（合格及優(yōu)質(zhì)段比例98.97%）。

（2）起到了完善注采關(guān)系及井網(wǎng)、減少對(duì)產(chǎn)量影響的作用。

（3）套管（屬細(xì)長(zhǎng)薄壁管）作為鉆柱替代鉆桿和鉆鋌，依靠液力加壓防斜工具有效地控制了井斜，滿足井身質(zhì)量要求。

（4）控壓鉆井設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)井口回壓平穩(wěn)精確控制，保證了安全鉆井和平穩(wěn)固井。