小间隙筛管分级箍尾管固井在渤海油田的应用

渤海湾蓬莱区块部分生产井油层上部存在水层, 导致不能使用常规裸眼完井。考虑到尾管射孔完井时效差, 尝试采用筛管分级箍尾管固井并取得成功。其作业在前置液、水泥浆性能, 管串结构设计, 工具、附件配合, 施工操作等方面要求较高, 整体作业难度大。本文以PL19-3E18井为例, 对窄间隙筛管分级箍尾管固井作业进行工艺设计、优选水泥浆体系及前置液、施工细节等系列描述研究。

一、小间隙筛管分级箍尾管固井难点分析

1. 环空间隙窄, 水泥环薄, 要求前置液、水泥浆体系与钻井液的配伍性强、清洗效率高, 要求水泥浆各方面性能高, 保证水泥环的封固质量来封固水层和气层。

2. 环空过流面积小、采用紊流顶替技术, 导致施工压力高, 在顶替过程中易憋堵, 作业风险大。

3. 由于环空间隙小, 井壁对套管的粘附作用强, 增大了套管下入难度, 合理加放扶正器。

4. 涉及井下附件、工具多, 尺寸配合、压力级别控制等要求严格, 管串结构复杂、施工操作繁琐, 易发生井下事故。

5. 管串下部为生产筛管, 固井作业保证尾管的封固质量同时要保证筛管部分不受水泥浆污染, 以保护产层。

二、固井工艺措施

1. 优良的前置液体系

使用隔离液和驱油型冲洗液向结合, 提高顶替效率和胶结强度。要求隔离液有良好的携沙能力, 与油基钻井液有良好的配伍性。隔离液的密度介于泥浆和水泥浆之间。注水泥之前, 先注入隔离液, 再注入驱油型冲洗液, 要求驱油型冲洗液的流变性良好, 在一定环空上返速度下实现紊流, 能够有效地清除水泥封固段附着在套管外壁和井壁上的油基泥浆, 使两个界面都得到有效冲洗, 变亲油环境为亲水环境。设计前置液与井壁的累计接触时间7-10分钟。确保良好的驱替效率。

2. 优良的水泥浆体系

封固段有水层, 水泥浆必须有良好的性能。准确合理设计稠化时间。要求水泥浆过渡时间短, 具备“直角稠化”特性, 提高封固质量。小间隙固井作业自由水会造成环空水窜槽或形成水环和水带, 而且重叠段水泥浆的析水、失水无地层可渗, 影响胶结质量, 因此严格控制自由水为零, API失水不大于30ml/ (30min·1000psi) , 保证水泥环的封固质量。

3. 合理的管串结构

合理设计管串结构:引鞋+筛管串+一级碰压箍+套管 (附水泥伞) +液压分级箍+尾管串+尾管悬挂器+送入钻具。在整个管串下入过程中随时可建立循环, 有助于管串顺利下入到位。管串下放到位循环结束后, 释放下尾管胶塞碰至一级碰压箍建立密闭空间进行下步作业[1]。

4. 性能可靠的工具附件

优选井下工具、附件, 要求性能稳定。整个管柱在施工过程中要经过多道工序, 多个压力级别, 因此每个环节都必须达到预期效果, 否则下一步工作就难于进行。双尾管胶塞、液压分级箍和尾管悬挂器等的配合使用, 要求对双大小胶塞的啮合、一级碰压箍与下尾管胶塞的啮合、分级箍与上尾管胶塞的啮合必须配套密封, 各压力级别的设定必须合理准确。

(1) 液压式分级箍

由于作业过程中1#小钻杆胶塞剪切下尾管胶塞后穿过分级箍坐到一级碰压箍密封, 因此要求使用液压式分级箍, 便于下尾管胶塞顺利通过。合理确定分级箍剪切销钉数量, 控制循环孔打开压力。

(2) 一级碰压箍

下尾管胶塞穿过分级箍坐于一级碰压箍后, 要求尺寸紧密配合, 有良好的密封性, 保证下步作业的顺利进行。

(3) 尾管挂

作业中使用的工具附件多, 施工工艺复杂因此要求工具性能必须可靠。产品有关出厂检验合格证及其他证件必须齐全, 现场固井工程师、厂家人员、钻井监督进行现场检查校核, 尤其注意小附件的配合尺寸、剪切压力设定问题[2]。

三、PL19-3E18井小间隙筛管分级箍尾管固井应用

1. 基本井况

PL19-3E18井为渤海地区蓬莱19-3区块的一口生产井。此井产层上部有水层所以设计筛管分级箍尾管固井, 一次性作业完成上封下不封。

∮20”导管×97m+∮16”钻头×250.00m+∮13-3/8”套管×248.36m+∮12-1/4”钻头×1285.1m+∮9-5/8”套管×1282.5m+∮8-1/2”钻头×1635.03m+∮6-5/8”筛管 (1633m~1437.86m) &∮7”尾管 (1437.86m~1244.33m)

在1429.88m-1251.15m尾管段, 每根尾管加放一个7”双弓弹性扶正器。

2. 入井附件示意图及相关数据

(1) 引鞋至尾管挂管串示意图

(2) 双尾管胶塞示意图及数据

(3) 双钻杆胶塞示意图及数据

1#钻杆胶塞 (图3) 刚体部分最大外径为4.78cm, 可以顺利通过上尾管胶塞 (图2 (2) ) 坐到下尾管胶塞 (图2 (1) ) , 进一步憋压剪切下尾管胶塞。

(4) 液压分级箍

下尾管胶塞 (图2 (1) ) 刚体部分最大外径9.02cm, 可以顺利通过尾管分级箍下行至一级碰压板。上尾管胶塞 (图2 (2) ) 刚体部分外径13.97cm, 可以顺利坐于关孔滑套关闭分级箍。

(5) 一级碰压箍碰压板

一级碰压箍碰压板示意图及相关数据见图6和表5。

下尾管胶塞 (图2 (1) ) 密封圈部分外径8.48cm-9.02cm, 保证其顺利与碰压板啮合密封, 保证进一步的打压做挂等顺利进行。

图6.一级碰压箍碰压板示意图

四、工具附件各压力级别设定

1. 下尾管胶塞剪切释放压力—1000psi。

2. 尾管悬挂器坐挂压力—1900psi。

3. 液压分级箍开孔滑套剪切压力—3060psi。

4. 上尾管胶塞剪切释放压力—2000psi。

5. 液压分级箍关孔滑套剪切压力—1200psi。

6. 尾管挂上步封隔器坐封销钉剪切力—44klb。

注:按作业中实际施工操作顺序排列。

五、施工步骤

1. 下管串过程中记录所有筛管、尾管、短节和钻杆的数量。每根尾管和钻杆等都必须用相应通径规通径。

2. 下完筛管后连接变扣短节、加放三个水泥篮、连接一级碰压箍、连接液压式分级箍, 下完尾管后连接双尾管胶塞、连接尾管挂。在整个管串下放过程中遇阻都可以开泵建立循环 (控制泵压不超过坐挂泵压的70%) 。

3. 管串下到位后, 安装水泥头, 连接管线, 固井泵通水试压500psi*5min, 4500psi*10min。

4. 泥浆泵打通建立循环。循环结束后, 释放1#钻杆胶塞。

5. 开泥浆泵顶替, 1#钻杆胶塞穿过上尾管胶塞与下尾管塞复合, 剪切下尾管塞, 销钉剪切压力为1000psi。 (顶替至1#钻杆胶塞剪切下尾管胶塞前5bbl时降低排量, 注意钻杆胶塞安全通过上尾管胶塞。)

6. 顺利剪切下尾管胶塞后继续提排量顶替 (顶替至胶塞组合到达分级箍前5bbl时降低排量, 注意胶塞组合安全通过分级箍) , 下尾管胶塞碰至一级碰压箍, 碰压至1000psi稳压5分钟。放压检查回流。

7. 坐挂。管串内打压至1900psi坐挂尾管悬挂器, 下放45klb钻具重量, 确认悬挂器坐挂成功。

8. 丢手。过提钻具重量20klb, 顺时针旋转, 扭矩突然增大后停止旋转。上提钻具确认工具丢手。

9. 悬挂器坐挂并且送入工具丢手后, 下放44klb钻杆重量。

1 0. 固井泵打压, 分级箍循环孔打开压力为3060psi。循环孔打开后, 继续循环确认通畅。

1 1. 泵送隔离液。

1 2. 泵送冲洗液。

1 3. 固井泵混注水泥浆。

1 4. 注完水泥将后释放2#钻杆胶塞。

1 5. 顶替泥浆。

16.顶替至顶替至2#钻杆胶塞剪切上尾管胶塞前5bbl时降低排量, (观察压力显示, 确认大小胶塞啮合释放上尾管塞) , 剪切压力设定为2000 psi。

17.剪切后继续顶替, 顶替至顶替至碰压前5bbl时降低排量, 碰压压力在慢替压力基础上增加1200 psi+内外压差+300psi (剪切分级箍关孔滑套销钉) , 稳压5分钟, 压力稳住后放压检查回流。

18.坐封尾管顶部封隔器。上提管柱4 m, 将封隔器坐封工具提到回接筒以上, 旋转下放管柱, 下压剪切销钉坐封尾管顶部封隔器。注意观察悬重表, 记录销钉剪切值。

19.封隔器坐封后, 继续下压22klbs重量, 保持3分钟, 进一步膨胀胶皮。

20.回收工具。泥浆泵在钻杆内打压600psi, 带压上提管柱, 将密封补芯提出。密封补芯释放需要过提4.8klbs的过提。密封补芯提出后, 压力自动释放。

21.迅速切换管线至反循环管线。

22.继续上提, 并将送入工具提到回接筒以上3 m。

23.关闭防喷器, 反循环清洗多余水泥浆[3]。

结论及认识

1.本作业模式一次性完成上封下不封, 后部直接进行上部完井投产, 大大节约了时效。

2.筛管分级箍尾管固井作业是一项工艺上十分严格、细致的工程, 作业前制定合理可行性技术措施, 作业中严格按既定技术措施进行施工, 把握每一个环节, 才能获得作业的成功。

3.双钻杆胶塞尺寸、双尾管胶塞尺寸、分级箍尺寸、一级碰压箍尺寸的配合与密封事关作业成败, 作业前必须确认核对检查。优选井下工具、附件, 要求工具附件性能稳定可靠。

4.整个管串在施工过程中要经过多道工序, 施工过程压力级别设定点多 (上尾管胶塞、下尾管胶塞、分级箍开孔滑套、尾管挂、分级箍关孔滑套等) , 要求压力设计合理准确, 保证每个环节都能达到预期效果, 否则下一步工作就难于进行。

5.小间隙固井作业, 水泥环较薄, 而且本区块作业井均采用油基泥浆打钻, 所以对前置液和水泥浆的性能要求较高, 作业时需严格控制前置液和水泥浆性能, 合理优化技术措施, 从而保证良好的固井质量。

摘要：针对小间隙筛管分级箍尾管固井作业环空小、水泥环薄、分级箍和尾管挂复合操作复杂等特点, 选用优质前置液和水泥浆体系, 采用性能可靠的井下工具和附件, 制定可行性技术措施, 严格进行过程质量控制, 顺利完成了渤海蓬莱区块多口小间隙筛管分级箍尾管固井作业。

关键词：小间隙,筛管,液压分级箍,尾管,尾管悬挂器,应用

参考文献

[1] 屈建省, 许树谦, 郭小阳, 等.《特殊固井技术》[M].石油工业出版社, 2006, 117-119.

[2] 楚广川, 朱骏蒙, 赵东岭.塔河油田盐层井250.8/244.5mm尾管固井技术[J].西部探矿工程, 2009, (3) :70~72.

[3] 固井工程师实用手册[M].新疆:塔里木油田勘探事业部