车排子区块浅层大位移水平井免钻塞完井技术_马德材.pdf

收稿日期:2 0 2 2-1 1-1 3作者简介:马德材(1 9 8 5-),男,山东潍坊人,硕士,2 0 1 2年毕业于石油大学(华东)油气井工程专业,工程师,现主要从事完井工艺技术研究及技术服务工作。车排子区块浅层大位移水平井免钻塞完井技术马德材(中石化 胜利石油工程有限公司 钻井工艺研究院,山东 东营 2 5 7 0 0 0)摘要:新疆车排子区块属于典型的浅层稠油油藏。为了保证开发效率,该区块设计布置大量水平井。由于井深浅位移大位垂比高,常规的1 7 7.8 mm免钻塞完井管柱,出现了下套管困难,完井风险大等问题。为了解决以上问题本文运用计算软件对该区块的水平井套管进行模拟下入分析,得出1 3 9.7 mm完井方案在套管下入方面更具优势,但同时也存在1 3 9.7 mm免钻塞内套打捞力大的问题。对其胶筒模块、进液机构和打捞机构进行了改良,降低内套打捞力的同时,提高了涨封能力。配合可旋转偏析引鞋和套管减阻环,新型1 3 9.7 mm免钻塞完井工艺大大降低了该区块水平井下套管作业风险,满足了技术需求。关键词:车排子;免钻塞;完井;浅层;大位移;打捞;下套管中图分类号:T E 2 5 7 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 6-7 9 8 1(2 0 2 3)0 4-0 0 7 9-0 5 新疆车排子区块稠油储量丰富,勘探开发潜力大,但是油藏埋深浅油层厚度较薄。为了增大泄油面积,提高开发效率,水平井高温热采是其最主要的开发手段之一。但是该区块地层松软,水层和油层间距较近,因此,该区块的水平井井深浅且造斜率高,导 致 了 井 眼 曲 率 高、摩 阻 大。常 用 的1 7 7.8 mm免钻塞+精密滤砂管或割缝筛管+洗井阀这一完井管串组合出现下套管困难,免钻塞工具打捞难度大等问题。针对以上问题,需要对完井管柱的下入摩阻问题展开深入研究,优选出合理的完井管柱组合,形成与车排子区块浅层水平井相匹配的免钻塞筛管顶部注水泥工艺,以解决以上问题。1 车排子浅层大位移水平井完井技术难点(1)该区块水平井井深浅,水平位移大,井眼造斜率高,1 7 7.8 mm的完井管串下入风险大;(2)浅层发育大段水层且油水层间距小,免钻塞应用环境苛刻,对其胶筒的封隔能力要求高;(3)井眼曲率高,免钻塞打捞钻具在套管内贴边严重,导致打捞拉拔力过大。2 优化完井管柱组合降低套管下入风险为了降低完井管柱的下入风险,我们运用计算软件分别模拟了1 7 7.8 mm和1 3 9.7 mm的完井管串组合在浅层大位垂比水平井中的摩阻情况,设定套管段摩阻系数取值0.2 5-0.3,裸眼段摩阻系数取值0.3-0.5。结果如下图1所示:97 2 0 2 3年第4期内蒙古石油化工图1 1 7 7.8 mm和1 3 9.7 mm完井管柱下入摩阻分析结果图 由图1中结果显示1 7 7.8 mm的完井管串组合完井管柱在套管摩阻系数取值0.2 5,裸眼摩阻系数取值0.4时无法下入到位。1 3 9.7 mm完井管串组合裸眼摩阻系数取值为0.5时,管柱能够下入到位,剩余悬重1.2 t,裸眼摩阻系数取值为0.4时,管柱下入到位后悬重为2.2 t。因此,通过对比分析,我们得出1 3 9.7 mm的完井管串组合更有利于管柱安全下入,但套管下入后期安全余量仍过小,建议采用下套管辅助装置保障管柱安全下入到位。为了进一步减少下入风险,1 3 9.7 mm完井管串前端加入偏心可旋转引鞋,套管上加减阻环(如图2)。其中偏心旋转引鞋引头采用偏心设计,通过轴承与本体连接,具有自旋转功能,安放在管柱最前端,当下套管过程中遇砂桥及井底沉砂时,可通过旋转方式,有效的引导套管下入通过;套管减阻环安装在套管母扣接箍上,使母扣与套管本体形成斜面,减少下入过程中套管对井壁的刮屑和井筒内砂子堆积,保证套管安全下入到位。图2 可旋转偏心引鞋和套管减租环3 1 3 9.7 mm可捞式免钻塞筛管完井工具改进常规的分级箍、封隔器筛管顶部注水泥完井工艺需要进行钻水泥塞作业。在浅层位垂比高的水平井中,扫塞钻具组合不可避免地会贴套管内壁,从而造成不易加钻压,钻具偏心导致扫塞不干净、易形成“月牙状”通径,套管磨损,甚至套管脱扣,扫塞工具遇阻遇卡等严重事故。而 1 3 9.7 mm可捞式免钻塞筛管顶部注水泥工艺免除了扫水泥塞作业这一环节,缩短了建井周期,打捞完成后通径光滑无毛刺。免钻塞筛管完井工艺具有以上优势,但是自身也存在打捞力大与打捞钻具抗拉载荷小的问题。因此,对免钻塞工具结构进行里优化,提高其涨封能力的同时,减小内套打捞力,提高施工成功率。(1)免钻塞的封隔器胶筒优化。胶筒内部借鉴压缩金属笼式封隔器胶筒结构,内部采用金属肋条支撑。改进后的胶筒借助内部金属条的支撑作用,其涨封能力大大提高,有效分割上部套管和筛管,保护储层(图3)。随后,对两种结构不同的胶筒进行管内涨封对比试验,测试胶筒的侧向涨封力,实验如图408 内蒙古石油化工2 0 2 3年第4期 图3 改进后的1 3 9.7 mm免钻塞胶筒内部结构图4 在2 0MP a和2 5 MP a压力下胶筒涨封对比试验 通过图片4数据分析得出:在2 0 MP a压力下优化后的胶筒模块侧向接触应力可以可达1 8 MP a,而优化前的不到1 5 M p a;在2 5 MP a压力下优化后的胶筒模块侧向接触应力超过2 0 MP a,而优化前的只有1 8 MP a。因此,优化后的胶筒模块封隔能力大大提升。(2)免钻塞内部进液机构优化。免钻塞内部进液机构的工作原理是:液体经阀系的进液孔进入锁紧阀,当压力达到设定值时锁紧阀上的销钉被剪断,锁紧阀打开,液体流经单向阀(径向阀系),限压阀进入中心管与胶筒间的膨胀腔内,使封隔器膨胀与井壁紧密接触形成密封。当膨胀腔内的压力达到限压阀销钉的设定值时,销钉剪断,限压阀动作,将进液孔封闭,此时套管内压力的大小对膨胀腔内的压力无任何影响,实现安全座封,井口放压为零、锁紧阀自动锁紧,实现永久关闭,以后的井下压力作业对封隔器无影响。图5 1 3 9.7 mm免钻塞进液机构外观图18 2 0 2 3年第4期马德材 车排子区块浅层大位移水平井免钻塞完井技术图6 免钻塞进液机构工作原理图 改进后泥浆充填封隔胶筒内部空间,内部液态介质提供额外支撑,胀封外径大,封隔接触面积长,可有效防止漏失。封隔器模块,最大限度结合压缩式和水力扩张式封隔器各自的优点,提高工具适应井径和岩性限制,满足中深井固井水泥返高过大,液柱压差过高造成的筛管内漏水泥事故。(3)免钻塞内套悬挂机构优化。优化后的免钻塞内套工具采用悬挂式结构如图7。利用锁块悬挂于中心管上,防止打压时整个内套下移,支撑强度做了多次试验,最大试验压力3 5 MP a,试验强度足够。为防止下套管时水击作用造成的内套上移,我们选择了采用销钉限位的方案,根据井深等各井情况优 化 销 钉 载 荷。剪 断 载 荷 可 初 步 设 定 为1 0 01 5 0 k N。图7 1 3 9.7 mm免钻塞内套和悬挂锁块示意图 (4)免钻塞内筒打捞机构优化。免钻塞打捞工具采用金属滑块捞矛,变径结构,上部大尺寸设计,起扶正作用,在胶塞上有泥浆沉淀或水泥混浆时,上下磨鞋结构设计可有效进行清洗,提高打捞成功率(图8)。28 内蒙古石油化工2 0 2 3年第4期 图8 打捞工具实物照片 最后我们对改进后的免钻塞进行了整体室内试验图9。胶筒模块开启压力稳定在6 MP a 8 MP a之间,关闭压力为9 MP a1 0 MP a,性能稳定;胶筒的密封性能在静置2 4 h后能够保持稳定,外径无变形。循环滑套的开启压力为1 5.5 MP a、1 6.8 MP a,循环滑套的关闭压力6.5 MP a、7.8 MP a,可取部分打捞解封力1 2 8/1 6 5 k N。多次试验结果如下表:改进后的免钻塞注水泥总成试验结果表试验序号开启压力(MP a)关闭压力(MP a)打捞力(k N)设计值1 671 0 011 5.56.51 2 821 57.81 6 5平均值1 5.57.1 51 4 6图9 改进后的免钻塞地面整体实验 通过以上优化,改进后的1 3 9.7 mm免钻塞其工具封隔油水层的能力增强,同时内套打捞力也大幅下降,施工安全性提升明显,能够满足现场应用的要求。4 现场应用情况截止2 0 2 3年1月,新型完井组合:1 3 9.7 mm可旋转偏心引鞋+筛管+免钻塞+套管串+联顶节,已在车排子区块成功实施2 8井次。固井成功率1 0 0%,免钻塞内套一次性打捞成功率1 0 0%。现场应用良好,其中排6 3 4-平1 3井垂深1 7 4 m,创西部浅层水平井免钻塞打捞最浅纪录。排6 3 4-平9井位垂比2.6 1:1,创西部浅层水平井完井管柱下入位垂比最大纪录。5 结 论(1)通过软件模拟分析井眼摩阻情况,对比得出采用1 3 9.7 mm完井组合更利于车排子浅层稠油水平井的套管安全下入;(2)改进后的1 3 9.7 mm免钻塞工具胶筒模块内有金属制成条支撑,涨封能力更强,内套使用锁块悬挂设计,并用剪钉固定,打捞工具采用金属滑块加变径结构设计,相互配合大大降低了免钻塞内套的打捞风险;(3)新型完井组合在车排子区块实施2 8口井,完井成功率1 0 0%。但是针对车排子区块浅层稠油热采水平井多轮主蒸汽开采下的完井管柱热力学分析应该进一步研究,使完井管柱达到最合理化以延长油井寿命,提高开采效率。参考文献1 杨海波,余金陵,魏新芳,等.水平井免钻塞筛管顶部注水泥完井技术J.石油钻采工艺,2 0 1 1,3 3(3):2 8-3 0.2 冯德杰,李国锋,赵 勇 1 3 9.7 mm筛管顶部注水泥免钻塞固井完井技术J.石油钻探技术,2 0 1 4,4 2(5):1 3 1-1 3 3.3 王新,张蕾.新疆油田常规钻机钻浅层稠油水平井钻完井技术J.中外能源,2 0 0 8,3 1(2):3 8-4 2.4 宋显民,张立民,李良川,等.水平井和侧钻水平井筛管顶部注水泥完井技术J.石油学报,2 0 0 7,2 8(1):1 1 9-1 2 1.5 皇甫洁,张全胜,李文波,水平井筛管顶部注水泥技术的应用J.钻采工艺,2 0 0 7,3 0(9):1 6 1-1 6 2.38 2 0 2 3年第4期马德材 车排子区块浅层大位移水平井免钻塞完井技术