井筒式井眼全壓井技術(shù)

井筒式井眼全壓井技術(shù)

隨著金融領(lǐng)域技術(shù)的深入研究和普及，所有石油公司的需求都越來越高。也就是說，在打開油藏之前，井底必須保持低平衡，這是整個過程中的低平衡技術(shù)。目前利用井下套管閥進(jìn)行全過程欠平衡鉆井已經(jīng)成為研究熱點。通過調(diào)研多種規(guī)格的井下套管閥,并結(jié)合勝利油田已完成欠平衡井的情況,決定引進(jìn)威德福公司的井下套管閥,并成功地利用該閥在渤深6-13井實施全過程欠平衡作業(yè)。一、整個過程的失敗和技術(shù)的關(guān)鍵1.整個過程的輸送技術(shù)全過程欠平衡技術(shù)是指在不壓井的條件下實現(xiàn)欠平衡鉆進(jìn)、不壓井起下鉆具、電測儀器、完井管具等,該技術(shù)包括以下幾方面。(1)欠平衡鉆井技術(shù)即在鉆進(jìn)過程中始終保持鉆井流體的循環(huán)壓力低于所鉆地層的孔隙壓力。通過利用欠平衡動態(tài)數(shù)值模擬軟件進(jìn)行設(shè)計計算、選用合理的欠平衡鉆井液體系、配備井口壓力監(jiān)控設(shè)備和地面流體處理設(shè)備,國內(nèi)專業(yè)的欠平衡鉆井技術(shù)公司一般都能夠?qū)崿F(xiàn)在鉆進(jìn)過程中保持井底欠平衡狀態(tài)。(2)不壓井起下鉆技術(shù)在鉆進(jìn)過程中保持欠平衡狀態(tài)的井,起鉆時由于抽汲作用、鉆井液環(huán)空流動阻力減少等因素,井底瞬時欠壓值將大于設(shè)計的欠平衡壓力值,地層流體涌入量將超過地面設(shè)備的控制能力,造成作業(yè)困難,因而起鉆前或起下鉆過程中需要壓井以平衡地層壓力。但壓井作業(yè)有可能完全抵消欠平衡技術(shù)帶來的好的效果,因此需要采用不壓井起下鉆技術(shù)。該作業(yè)方法需要采用更先進(jìn)的作業(yè)技術(shù)和專用設(shè)備。(3)行測井作業(yè)由于根據(jù)目前的地質(zhì)判別能力還不能確切地掌握油層分布位置。因此,在完井前進(jìn)行測井作業(yè)還是必不可少的。由于一般測井周期比較長,測井過程中井下又沒有鉆具,為避免井控事故,在測井前通常也需要壓井。目前國內(nèi)外都有不壓井測井的實例,即測井儀器下入井中后,利用電纜防噴頭密封井口和測井電纜,實現(xiàn)帶壓測井。(4)保持儲層的欠平衡同起下鉆一樣,如果下入完井管具時操作不當(dāng),也會對儲層產(chǎn)生污染,因此,在下完井管具時井下也必須要保持欠平衡狀態(tài)。綜上所述,全過程欠平衡鉆井的關(guān)鍵在于不壓井作業(yè)。2.使用套管閥的井下隔離技術(shù)欠平衡鉆井的特點是在井底產(chǎn)生負(fù)壓差,使儲層流體能夠進(jìn)入井筒并隨鉆井流體返出地面。對于液相欠平衡鉆井,在停止鉆井液循環(huán)時,井底壓力將降低,負(fù)壓差增大,地層流體侵入量增多。為保持欠平衡作業(yè)的穩(wěn)定性,需要實時地通過節(jié)流系統(tǒng)控制井口壓力和井底壓力。起鉆過程中,隨著油氣在井筒中膨脹并滑脫上升,井口控制壓力將越來越高。在起鉆初期和下鉆后期,由于管具(鉆具、套管、油管及測井電纜等)的浮重大于井口壓力對管具的上頂力,管具不存在被頂出的危險,但在起鉆后期和下鉆開始時,管具浮重小于井口壓力對鉆具的上頂力,起鉆時管具可能被頂出并造成井噴,下鉆時管具無法下入。為解決上述問題,除了井口必備的常規(guī)旋轉(zhuǎn)防噴器外,還需配備強行起下鉆裝置或井下套管閥。在作業(yè)過程中,由于強行起下鉆裝置占用鉆機時間較長,采用套管閥的井下隔離技術(shù)逐漸開始普及。國外幾家大的油公司在采用井下安全閥(SSSV)的基礎(chǔ)上開發(fā)了井下套管閥,例如哈里伯頓公司研發(fā)了套管井控閥(CasingWell-ControlValve),威德福公司研制了井下套管閥(DownholeDeploymentValve,DDV),并已經(jīng)成功地在40多口井上進(jìn)行了試驗和應(yīng)用。3.井下套管閥組井下套管閥是一種全井筒的安裝于套管的截止閥,可作為技術(shù)套管的組成部分下入并固于井中,在閥板關(guān)閉狀態(tài)能夠隔離井下的油氣和壓力,保證井口作業(yè)安全;在開啟狀態(tài)允許鉆具組合通過。欠平衡鉆井過程中需要起鉆時,首先將鉆具帶壓起鉆至井下套管閥以上,然后通過地面控制裝置關(guān)閉閥板,再泄掉上部套管內(nèi)的壓力,敞開井口,按照常規(guī)方法起鉆。下鉆時按常規(guī)方法下至閥板上方后,首先利用旋轉(zhuǎn)防噴系統(tǒng)和常規(guī)閘板防噴器密封井口,然后從井口泵入流體以平衡閥板上、下的壓力,再通過地面控制裝置打開閥板,最后打開閘板防噴器,帶壓下鉆到井底并進(jìn)行欠平衡鉆進(jìn)。威德福公司的井下套管閥由外筒、內(nèi)部滑動心軸、閥板、閥座及閥板復(fù)位機構(gòu)組成,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。外筒通過上下接頭與常規(guī)套管連接;安裝于內(nèi)筒的滑動心軸與外筒及多組密封圈形成空心油缸;外筒上部加工有兩個油口,由地面控制裝置向油口內(nèi)注入液壓液,驅(qū)動滑動心軸上下移動,打開或關(guān)閉閥板。根據(jù)勝利油田已完成的欠平衡井的情況,決定選用威德福公司7″-32lbs/ft(1in=2.54cm;1ft=0.3048m)的井下套管閥,首先在渤深6區(qū)塊的渤深6-13井進(jìn)行現(xiàn)場試驗和應(yīng)用。二、整個過程是不平衡的1.勘探1-13井的基本信息(1)渤深6潛山成藏渤深6潛山位于濟(jì)陽坳陷東部埕南斷裂帶的下降盤,其北為埕東凸起,其南為渤南洼陷,處于孤西大斷層和埕南大斷層夾持的二臺階上,成藏條件非常有利。渤深6潛山主要儲層為奧陶系八陡組、馬家溝組、冶里—亮甲山組,寒武系風(fēng)山組、張夏組的灰?guī)r和白云巖,儲集空間為碳酸鹽巖中的裂縫及孔洞。碳酸鹽巖中裂縫和微裂縫極為發(fā)育,縱橫交錯,上下貫通,在潛山內(nèi)幕形成了由斷層控制的網(wǎng)狀裂縫及多層巖溶帶,為渤深6潛山的成藏提供了良好的運移通道和儲集空間。自2003年以來,勝利油田在渤深6區(qū)塊完成2口探井:渤深6井和渤601井;12口生產(chǎn)井:渤深6-1至渤深6-12井。其中渤深6井以外的其他井都采用了欠平衡鉆井技術(shù),取得了令人滿意的效果:投產(chǎn)時大多數(shù)的井能夠自噴生產(chǎn);渤深6-1、6-2、6-5井日產(chǎn)油量在100t以上;渤深6-3、6-6、6-8、6-10、6-12日產(chǎn)油量在80t以上;探井渤601井上報探明石油地質(zhì)儲量1000×104t。由于渤深6-8和6-10井的產(chǎn)能和產(chǎn)量都很好,決定在渤深6區(qū)塊的邊緣再鉆一口加密井——渤深6-13井,其位置如圖2所示。(2)張夏組井前油氣藏勘探及井井結(jié)構(gòu)井口位置:渤南油田渤深6-10井井口方位304°,距離557m;構(gòu)造位置:濟(jì)陽坳陷渤深6-8斷塊;油藏巖性:灰?guī)r;完鉆層位:寒武系張夏組;鉆探目的:開發(fā)下古生界油藏;完井方式:篩管完井;井口組成:四通+FZ35-70+2FZ35-70+FH35-70+7100旋轉(zhuǎn)控制頭;設(shè)計井身結(jié)構(gòu):?660.4mm×101m/?508mm×100m+?346.1mm×2033m/?273.05mm×2030m+?241.3mm×4312m/?177.8mm×4311m+?149.2mm×4800m。2.現(xiàn)場工藝試驗和室內(nèi)試驗全過程欠平衡鉆井的技術(shù)綜合性非常強,對鉆井設(shè)計、固井工藝和設(shè)備、鉆井液設(shè)計、測井的施工和解釋、完井設(shè)計和施工都提出了新的、更高的挑戰(zhàn)。充分做好前期準(zhǔn)備工作是全過程欠平衡作業(yè)成功的關(guān)鍵。該井第四次開鉆前首先完成以下準(zhǔn)備工作。1)根據(jù)渤深6區(qū)塊十幾口欠平衡井的成功經(jīng)驗,制定了節(jié)流循環(huán)法、壓井灌注法和等排量灌注法3種不壓井起下鉆工藝措施。經(jīng)項目組專家多次論證并改進(jìn),確定利用水泥車實施等排量灌注工藝為現(xiàn)場首選工藝技術(shù)。2)根據(jù)不壓井起下鉆、不壓井下油管的工藝要求,研制了可靠性更高的舌板式鉆桿單向閥、?73.0mm和?88.9mm油管單向閥及一種鉆采四通。對鉆桿單向閥和油管單向閥進(jìn)行了室內(nèi)試驗,其中鉆桿單向閥的試驗壓力達(dá)到52MPa,保壓15min不泄不漏;油管單向閥也達(dá)到了單向密封和定壓剪斷閥心的設(shè)計要求。3)研制了?73.0mm和?88.9mm密封油管的膠心,并進(jìn)行了過油管的往復(fù)試驗,試驗壓力為1～8MPa。試驗過程中,油管接頭過膠心324次后只在接箍處發(fā)生微量泄漏,表明單只膠心能夠保證帶壓下油管3000m以上;到試驗結(jié)束時油管接頭過膠心816次,油管本體一直處于密封不漏狀態(tài),滿足不壓井下油管的工藝要求。4)根據(jù)帶壓測井井口裝置的配備要求,研制了電纜密封裝置與旋轉(zhuǎn)控制頭之間的連接裝置,并將上述裝置與全套帶壓測井系統(tǒng)連接成整體進(jìn)行室內(nèi)壓力測試。經(jīng)過試驗,系統(tǒng)整體達(dá)到了不壓井測井的要求。5)在井隊原來70MPa節(jié)流管匯的基礎(chǔ)上,又串連一套帶有四翼節(jié)流線路的35MPa節(jié)流管匯。該35MPa節(jié)流管匯的節(jié)控箱由PID控制器和計算機控制,能夠更精確地實時監(jiān)測、控制井口壓力。3.整個工作流程是不平衡(1)套管閥的入井試驗威德福公司的技術(shù)人員到達(dá)井場后,首先對套管閥進(jìn)行地面開關(guān)測試。套管閥共開關(guān)4次,測試數(shù)據(jù)表明套管閥的各項指標(biāo)正常,達(dá)到了入井的要求;井隊下套管至設(shè)計深度時,將井下套管閥接入套管串,每個套管接箍處安裝專用卡子以固定和保護(hù)控制液壓管線;下完套管后又進(jìn)行了兩次試壓和功能測試;然后按照設(shè)計成功地進(jìn)行插入法固井作業(yè);最后對套管閥進(jìn)行了開關(guān)功能測試。至此,欠平衡鉆進(jìn)前共進(jìn)行了7次開關(guān)測試。(2)壓力試驗按設(shè)計要求對壓力控制裝備進(jìn)行試壓,試壓記錄如表1。全部壓力控制裝備都試壓合格。(3)地層參數(shù)2005年8月20日開始第4次開鉆欠平衡鉆進(jìn),第4次開鉆鉆具組合為:?149.2mm鉆頭+330×310雙母接頭+?88.9mm止回閥+311×3A10+?120.7mm鉆鋌+3A11×310+?88.9mm斜臺肩鉆桿1柱+?88.9mm止回閥+?88.9mm斜臺肩鉆桿+310×311保護(hù)接頭+310×311下旋塞+?108.0mm六方鉆桿。采用無固相鉆井液,密度1.05～1.06g/cm3,黏度40～50s。鉆進(jìn)參數(shù):鉆井泵排量18L/s,鉆壓50～70kN。鉆進(jìn)至4525.3m時檢測到機械鉆速提高、全烴值升高,判斷正在鉆入油氣層。隨后,檢測的全烴值逐漸升高到11.8%,火炬開始著火,火焰高0.5～1m,顏色為橙黃色,著火30min。此后火炬又兩次著火,著火時間分別為10min和4min。2005年9月2日該井完鉆,井深4702m。(4)鉆井液密度選擇在以往欠平衡鉆井中,按井控要求,起下鉆前鉆井液密度要附加0.07～0.15g/cm3(高油氣比井按氣井要求),即壓井鉆井液密度應(yīng)為1.12～1.20g/cm3,該區(qū)塊起鉆鉆井液密度一般在1.17g/cm3以上,而本井的鉆井液密度始終為1.05～1.06g/cm3。本井不壓井起下鉆工藝為:起鉆前首先利用原鉆井液充分洗井,確保井眼干凈;然后停泵,同時通過水泥車、壓井管匯、井口、節(jié)流管匯、液氣分離器的循環(huán)回路連續(xù)灌漿,并通過節(jié)流閥在井口施加一定的套壓;通過旋轉(zhuǎn)控制頭膠心起鉆,控制起鉆速度,做到勻速起鉆,并根據(jù)起鉆速度確定水泥車的排量,保持灌入鉆井液的體積與起出鉆柱的體積相等;起鉆至套管閥以上后,關(guān)閉套管閥,接方鉆桿開泵將井內(nèi)的油氣循環(huán)出來;最后起出旋轉(zhuǎn)密封總成,進(jìn)行常規(guī)起鉆。下鉆作業(yè)與起鉆作業(yè)的作業(yè)程序相似。該井4次利用井下套管閥進(jìn)行不壓井起下鉆作業(yè)。這也是首次在高油氣比的渤深6區(qū)塊實施不壓井起下鉆作業(yè),達(dá)到了保護(hù)油氣層的目的。(5)不壓井鉆孔完鉆后按照井控要求安裝帶壓測井裝置,試壓合格后進(jìn)行不壓井測井作業(yè),完成測井作業(yè)4次,井下套管閥開關(guān)4次。(6)防噴器閘板心入油管放線為進(jìn)行試油作業(yè),將鉆井四通更換為鉆采四通,將鉆桿密封膠心更換為油管密封膠心,將防噴器閘板心更換為與油管匹配的閘板心,然后開始不壓井下入油管。其作業(yè)程序與下鉆桿的程序相同。試油過程中產(chǎn)出少量氣體,采油廠決定下入篩管完井。下篩管前的通井過程中,井下套管閥共開關(guān)1次,火炬著火1次,著火15min。(7)套管閥關(guān)井作業(yè)在井下套管閥關(guān)閉狀態(tài)下不壓井下入篩管;打開閥板前再安裝旋轉(zhuǎn)控制頭以帶壓下入上部鉆桿,直至將完井管具安裝到位;最后利用套管閥關(guān)井后,采油廠安裝采油井口設(shè)備,完井。目前該井還未投產(chǎn)。該井利用井下套管閥實施了全過程欠平衡作業(yè)。在欠平衡作業(yè)