多功能井筒清潔器在渤海油田分支水平井應(yīng)用

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300459)①

渤海油田A區(qū)塊是典型的高含水油田，綜合含水率95.7%，高含水問題已逐漸成為低產(chǎn)低效井和關(guān)停井的首因[1-8]。A1H井于2013-09投產(chǎn)，目前含水高達(dá)97.8%，日產(chǎn)油8.5 m3/d，累計產(chǎn)油5.5×104m3，預(yù)測剩余可采儲量3.0×104m3。為了治理低產(chǎn)低效井，進(jìn)一步挖掘油田潛力，設(shè)計采用分支水平井技術(shù)對A1H井在原井眼保留的基礎(chǔ)上進(jìn)行側(cè)鉆，后期實現(xiàn)新井眼與老井眼的輪采。側(cè)鉆井A1H1井是渤海油田首口分支水平井，采用貝克四級分支井技術(shù)[9-16]，通過壁掛器和分支井眼導(dǎo)向器、主井眼導(dǎo)向器的配合實現(xiàn)分支井眼或主井眼的連通與隔離[17-19]，壁掛器和分支井眼導(dǎo)向器縮徑最小內(nèi)徑154.15 mm(6.069 英寸)，充填防砂管柱下入間隙小(114.3 mm復(fù)合優(yōu)質(zhì)篩管+152.4 mm頂部封隔器)、難度大，對刮管洗井質(zhì)量和井筒清潔要求高，常規(guī)刮管洗井管柱和工藝難以滿足作業(yè)要求[20-21]。

為確保A1H1井刮管洗井質(zhì)量，降低防砂管柱下入風(fēng)險，在刮管洗井作業(yè)中采用MTWF多功能井筒清潔器。介紹了多功能井筒清潔器的結(jié)構(gòu)、工作原理、適用工況以及在A1H1井的應(yīng)用效果。多功能井筒清潔器在分支水平井A1H1井刮管洗井作業(yè)中的應(yīng)用，實現(xiàn)了一趟鉆完成刮管洗井和碎屑收集的效果，提高了井筒清潔程度，有效降低了防砂管柱下入風(fēng)險，保障了該井充填防砂作業(yè)的順利實施，為渤海油田分支水平井防砂完井提供了經(jīng)驗。

1 MTWF多功能井筒清潔器

1.1 結(jié)構(gòu)

MTWF(Multi-Task Wellbore Filter)多功能井筒清潔器從上往下依次由上部流道、毛刷總成、旁通孔、破裂盤、碎屑回收腔、篩縫過濾器、觀察孔和扶正器組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該工具可通過上部Baker專用毛刷和下部篩縫過濾器實現(xiàn)一趟下鉆，同時刮管和收集碎屑。

1—上部流道；2—毛刷總成；3—旁通孔；4—破裂盤；5—碎屑回收腔；6—篩縫過濾器；7—觀察孔；8—扶正器。

1.2 工作原理

多功能井筒清潔器在下入和起出井筒時，有2種工作狀態(tài)。

1) 下入時的工作狀態(tài)。

下入時，毛刷總成在套管內(nèi)壁摩擦力的作用下上行，下方的3個旁通孔露出(如圖2所示)，井筒流體經(jīng)旁通口進(jìn)入，從上部流道流出，具有較大的流通通道，可以避免壓活塞情況的出現(xiàn)，方便管柱快速下入。

圖2 下入狀態(tài)時旁通孔打開狀態(tài)

2) 起出時的工作狀態(tài)。

多功能井筒清潔器在刮管起鉆過程中，毛刷總成在套管內(nèi)壁摩擦力作用下下行，旁通孔關(guān)閉(如圖3所示)，毛刷清潔套管內(nèi)壁，毛刷將環(huán)空基本封住，環(huán)空的流體智能通過毛刷總成上部的流道進(jìn)入清潔器內(nèi)部，流經(jīng)碎屑回收腔，從下部本體上的篩縫過濾器流出回到下部環(huán)空，此時從套管內(nèi)壁刮下來的碎屑雜物便被收集在碎屑回收腔中，隨著起鉆被帶出井筒，達(dá)到清潔井筒的目的。若多功能清潔器碎屑回收腔收集滿或者篩網(wǎng)過濾器被堵塞時，可通過環(huán)空加壓4.55 MPa，壓碎破裂盤，建立新的流體流通通道，避免起鉆過程中出現(xiàn)拔活塞的現(xiàn)象。起出井筒后，打開下部的觀察孔，倒出碎屑回收腔中的碎屑。

圖3 起出狀態(tài)時旁通孔關(guān)閉狀態(tài)

1.3 適用工況

多功能井筒清潔器主要用于完井刮管洗井作業(yè)過程中，實現(xiàn)一趟鉆刮管和碎屑收集。主要應(yīng)用于對井筒清潔程度要求較高的井。

1) 井斜40°及以上的大位移井、大斜度井。

2) 井筒間隙小、防砂管柱下入風(fēng)險較大的井。

3) 在環(huán)空難以提高返速的井。

4) 泥漿攜砂能力不足的井。

5) 大部分的深水井。

2 現(xiàn)場應(yīng)用情況

2.1 A1H1井概況

A1H1井是在原井眼A1H井基礎(chǔ)上側(cè)鉆的分支水平井，側(cè)鉆的目的是為了治理低產(chǎn)低效井，進(jìn)一步挖掘油田潛力。A1H1井分支井眼為152.4 mm(6 英寸)裸眼水平井，在244.5 mm(9英寸)套管開窗作業(yè)，側(cè)鉆點為1 155 m。一開215.9 mm(8英寸)井眼鉆進(jìn)至1 889 m，下入177.8 mm(7英寸)尾管(N80、29ppf、BTC)至1 880.2 m，尾管掛回接筒頂深1 129.25 m，球座頂深1 832.28 m。二開152.4 mm(6 英寸)裸眼井段1 880.2～2 316 m。井身結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 分支水平井A1H1井井身結(jié)構(gòu)

在分支井眼作業(yè)過程中，需采用如圖5所示的封隔器將原井眼暫堵，當(dāng)需要連通主井眼時，通過應(yīng)力使破裂盤破碎即可。在分支井眼下套管固井時，將壁掛器連接在尾管掛下面，隨套管一起下入至分支井眼連接處，后期作業(yè)時，將分支井眼導(dǎo)向器插入壁管器內(nèi)部，上下通過O形圈密封壁管器，導(dǎo)通分支井眼。后期主井眼重入時，起出分支井眼導(dǎo)向器，下入主井眼導(dǎo)向器，導(dǎo)通主井眼。

1—封隔器；2—磨銑延伸筒；3—破裂盤；4—引鞋。

A1H1井分支井眼導(dǎo)向器深度1 144.11～1 153.86 m，最小內(nèi)通徑154.15 mm(6.069 英寸)。A1H1井設(shè)計采用152.4 mm(6英寸)裸眼+114.3 mm(4英寸)優(yōu)質(zhì)篩管礫石充填防砂完井，下入普通合采生產(chǎn)管柱。頂部封隔器最大外徑152.4 mm(6英寸)，設(shè)計坐封深度為1 814.93 m，頂部封隔器與分支井眼導(dǎo)向器間隙僅0.88 mm，防砂管柱下入風(fēng)險大，對井筒清潔程度要求較高。

2.2 現(xiàn)場應(yīng)用與效果

1) 首次刮管洗井及防砂管柱阻卡處理。

A1H1井152.4 mm(6 英寸)裸眼鉆井結(jié)束后，第1趟刮管洗井管柱為：152.4 mm(6英寸)牙輪鉆頭(無噴嘴)+變扣+88.9 mm(3英寸)鉆桿+177.8 mm(7英寸)套管旋轉(zhuǎn)刮管器+88.9 mm(3英寸)鉆桿+變扣+244.5 mm(9英寸)套管旋轉(zhuǎn)刮管器+127 mm(5英寸)鉆桿+127 mm(5英寸)加重鉆桿。管柱下鉆至分支井眼導(dǎo)向器位置，接頂驅(qū)，泥漿泵大排量正循環(huán)1.07 g/cm3EZFLOW鉆井液，循環(huán)至無明顯固相。繼續(xù)下鉆至1 194 m，泥漿泵大排量正循環(huán)鉆井液，期間在過電纜封隔器及頂部封隔器坐封位置上下30 m范圍內(nèi)刮管3遍，然后正替燒堿水8 m3+過濾KCL鹽水，頂替套管內(nèi)的鉆井液，循環(huán)洗井至連續(xù)30 min返出液濁度小于70。起鉆過程中，在分支井眼導(dǎo)向器位置大排量正循環(huán)過濾KCL鹽水，沖洗分支井眼導(dǎo)向器和壁掛器。刮管洗井管柱起出后，177.8 mm(7英寸)套管旋轉(zhuǎn)刮管器彈片之間夾帶了一塊鋁合金材質(zhì)的金屬片，懷疑是套管附件。

洗井結(jié)束后，組下充填防砂管柱：GPV引鞋+盲管+O-RING SEAL SUB+114.3 mm(4英寸)復(fù)合優(yōu)質(zhì)篩管+頂部封隔器總成(內(nèi)管串：Stinger+73.0 mm(2英寸)HYD511沖管+充填總成+封隔器坐封服務(wù)工具)+88.9 mm(3英寸)鉆桿+變扣+127 mm(5英寸)加重鉆桿+127 mm(5英寸)鉆桿。防砂管柱在下入過程中在1 640.94 m(頂部封隔器進(jìn)入分支井眼導(dǎo)向器)、1651.54 m(頂部封隔器出分支井眼導(dǎo)向器)、1 664.66～1 693.02 m及1 705.98、1 730.53 m等多個位置連續(xù)遇阻，上下活動管柱，使其通過遇阻點，下鉆至1 730.88 m，下放遇阻力30 kN，上提管柱遇卡(大鉤載荷50 kN)，多次上下活動管柱，無法通過阻卡點，小排量循環(huán)憋壓明顯(泥漿泵正循環(huán)1.07 g/cm3過濾鹽水，排量200 L/min，泵壓1 min持續(xù)上漲至7 MPa)。

多種措施嘗試解卡未果，就地提前坐封頂部封隔器，下入頂部封隔器回收工具回收防砂管柱?；厥辗郎肮苤疸@至1 155.5 m(頂部封隔器位于壁掛器底端，壁掛器最小內(nèi)徑154.15 mm)遇卡(大鉤載荷50 kN)，下放管柱遇阻(大鉤載荷20 kN)，多次上下活動管柱并間歇性開泵正循環(huán)沖洗嘗試解卡，并下入液壓震擊器解卡未果，基地決定對頂部封隔器進(jìn)行套銑和打撈。

2) 再次刮管洗井與MTWF應(yīng)用效果。

分析第1趟防砂管柱阻卡的原因主要有以下幾方面：

①對于該類水平分支井，防砂管柱和分支井眼導(dǎo)向器間隙過小，管柱下入風(fēng)險本來就高。

②結(jié)合首次刮管洗井夾帶出鋁合金片的現(xiàn)象，井筒清潔程度難以保證，且水平井段井斜大，管柱不居中，進(jìn)一步加大了防砂管柱下入難度。

③常規(guī)水平井刮管洗井管柱及作業(yè)難以滿足分支水平井井筒清潔要求。

防砂管柱打撈出井后，為了保障后續(xù)防砂管柱的順利下入，再次刮管洗井，采用MTWF多功能井筒清潔器，刮管洗井管柱為：152.4 mm(6英寸)牙輪鉆頭(無噴嘴)+變扣+88.9 mm(3英寸)鉆桿+177.8 mm(7英寸)套管旋轉(zhuǎn)刮管器+88.9 mm(3英寸)鉆桿+177.8 mm(7英寸)MTWF多功能井筒清潔器+88.9 mm(3英寸)鉆桿+177.8 mm(7英寸)強磁工具+88.9 mm(3英寸)短鉆桿+變扣+127 mm(5英寸)鉆桿16柱+127 mm(5英寸)加重鉆桿+127 mm(5英寸)鉆桿。為了保障刮管洗井質(zhì)量，在下入多功能井筒清潔器的同時，攜帶強磁工具，吸附井下金屬碎屑。在回接筒以上5 m位置、1 240 m等多個位置大排量正循環(huán)1.07 g/cm3EZFLOW鉆井液，期間在頂部封隔器坐封位置上下30 m范圍內(nèi)刮管3次。正替燒堿水8 m3+過濾KCL鹽水，期間 間歇性上下活動管柱，直至連續(xù)30 min返出液濁度小于70。刮管洗井管柱起鉆至井口，觀察多功能井筒清潔器攜帶出套銑碎片和大塊合金塊(長8 cm×寬4 cm×厚0.5 cm)，采用強磁工具吸附大量的鐵屑和小鐵片。然后重新組下充填防砂管柱，由于管柱間隙很小，下鉆過程中在1 624.12、1 706.06、1 742.34、1 789.63、1 849.96 m等位置有阻掛，通過上下活動鉆具均可順利通過，30.5 h后充填防砂管柱下入到位。應(yīng)用表明，MTWF多功能井筒清潔器的應(yīng)用充分保障了刮管洗井質(zhì)量和井筒清潔程度，為充填防砂管柱的順利下鉆到位創(chuàng)造了有利條件。

3 結(jié)論

1) 多功能井筒清潔器有效解決了分支水平井完井洗井難題，保障了刮管洗井質(zhì)量和井筒清潔程度，為防砂管柱順利下鉆到位創(chuàng)造了有利條件。

2) 作為渤海油田A區(qū)塊第1口分支水平井，多功能井筒清潔器在A1H1井中的成功應(yīng)用，為該區(qū)塊后續(xù)分支水平井的完井作業(yè)提供了經(jīng)驗和技術(shù)儲備。

3) 建議針對該類分支水平井在完井作業(yè)前可增加一趟通井作業(yè)，同時可考慮選用外徑更小的頂部封隔器，增大管柱間隙，降低防砂管柱下入風(fēng)險。