实体筛管完井技术在氮气钻井中的应用.pdf

第 3 1 卷 第 5期 2 0 0 9年 1 0月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI LL I NG PR0DUCT1 0N TECHNOLOGY V0 1 ． 31 No ． 5 Oe t ．2 0 09 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 0 9 0 50 0 4 5 0 3 实体筛管完井技术在氮气钻 井中的应用 赵 前 进 吐哈 油田公 司工程技 术研 究院， 新疆哈 密8 3 9 0 0 9 摘要针对气体钻井完井方式单一、 完井程序复杂、 采用套管阀或非透式可膨胀筛管完井技术成本高、 可靠性差等问题， 自 主研发了利用暂堵剂密封筛管的实体筛管完井技术。该技术先将筛管用暂堵剂密封为盲管后对其进行割缝或打孔处理． 然后 利用成熟的下尾管完井技术入井后钻掉暂堵剂， 最终实现储层与筛管连通。该技术在三塘湖油田牛气 I井氮气钻井中得到 了 成功应 用， 完钻后 日产 气量 2 ． 5 x 1 0 m ， 为邻 井的 6 倍 以上 ， 实现 了低 成本、 零 污染、 安 全顺 利下入 筛管的全过程氮 气钻 完井技 术， 为降低氮气钻井筛管完井成本提供 了一条有效的途径。 关键词氮气钻井；完井；实体筛管； 暂堵剂 ；吐哈油田 中图分类号 T E 2 5 7 文献标识码 A Ap pl i c a t i o n o f s t uf f e d s c r e e n p i p e c o m p l e t i o n t e c h no l o g y i n N2 dr i l l e d we l l s Z H A 0 Q ia n j in Re s e a r c h＆De v e l o p me n t C e n t e r o f T u h a O i lfie l d C o m p a n y ， P e t r o c h i n a ， Ha mi 8 3 9 0 0 9 ， C h i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f t h e u n i q u e a n d c o mp l i c a t e d c o mp l e t i o n me t h o d f o r g a s d r i l l i n g ， a n d h i g h c o s t a n d l o w r e l i a b i l i t y o f DDV a n d l e a k l e s s i n fla t a b l e s c r e e n p i p e ， t h e s t u ffe d s c r e e n p i p e wi t h t e mp o r a r y p l u g g i n g a g e n t wa s d e v e l o p e d a u t o n o mo u s l y ． W i t h t h i s t e c h n o l o g y , t h e s c r e e n p i p e wa s p l u g g e d wi t h t e mp o r a ry p l u g g i n g a g e n t t o b e b l a n k tub i n g i n a d v a n c e ， a n d t h e n s l o t o r p e r f o r a t e h o l e s o n t h e p i p e ． Afte r r u n n i n g t h e s c r e e n p i p e d o wn h o l e ， t h e t e mp o r a ry p l u g g i n g a g e n t wi l l b e d r i l l e d ， a n d t h e n t h e f o r ma t i o n wi l l c o mm u n i c a t e wi t h s c r e e n p i p e ． T h i s t e c h n o l o g y wa s s u c c e s s f u l l y u s e d i n t h e N， d r i l l e d we l l wh i c h i s Ni u q i 一 1 W e l l i n S a n t a n g h u Oi l F i e l d ， t h e d a i l y p r o d u c t i o n r a t e a f t e r c o mp l e t i o n wa s 2 ． 5 x 1 0 m wh i c h i s 6 t i me s mo r e t h a n o ffs e t we l l s ． T h e l o w c o s t ． 1 o w p o l l u t i o n a n d s a f e r s c r e e n p i p e d e s i g n i n g me t h o d i s a n e ffe c t i v e me a n s for N， d r i l l e d we l l s c o mp l e t i o n ． K e y wo r ds N2 d r i l l e d we l l s ； we l l c o mpl e t i on； s tuffe d s c r e e n pi pe ；t e mpo r a ry pl u gg i n g a g e nt ； Tub a Oi l fie l d 欠平衡完井最主要 的难点就是在井 口带压的情 况下 ， 地层可燃流体不问断地进入井筒 ， 在高度负压 状态下， 流体沿着井眼环空快速上返至井口。钻进 时， 钻具在旋转防喷器 的抱紧密封下 ， 上返流体被迫 从预设 的通道流向井场 以外。但旋转防喷器 的胶芯 不能密封筛管 ， 当胶芯抱紧筛管后 ， 井筒环空 中流向 井 口的流体仍然可 以通过胶芯以下部分筛管 的缝 隙 中进入筛管内， 从筛管 内以及胶芯以上 的筛管缝隙 中流向钻台和井 口装置周 围， 存在极大的安全隐患 ， 因此不能采用此方法下入长度大于旋转防喷器与全 封闸板之间的距离的筛管， 如何将油管和筛管安全、 可靠 、 经济地下人井 内是欠平衡完井技术需要讨论 的焦点问题。 1 欠平衡完井技术现状 Cu r r e nt s i t ua t i o n o f u nd e r b a l a n c e d c o mp l e - t i o n t e c h n o l o g y 目前真正能满足全过程欠平衡完井的方式有裸 眼完井和筛管完井 ， 国内下入筛管的方法只有借助 于套管 阀法和不压井起下钻装置配合下人非透式可 作者简介 赵前进， 2 0 0 4 年毕业于西安石油大学石油工程专业， 主要从事钻井工艺研究及欠平衡现场技术服务工作， 助理工程师。电话 0 9 0 2 2 7 6 8 4 7 7 ， E ma i l z h a o q i a n j i n p e t r o c h i n a ． t o m． c n 。 4 6 石油钻采工艺 2 0 0 9年 1 0月 第 3 l 卷 第 5 期 膨胀割缝管法 ， 后者 尚处于试验阶段。完井方式单 一 、成本高、 裸眼完井后期储层不稳定等一系列的问 题不能满足油气开采要求， 在很大程度上制约了气 体钻井的大规模应用。具体分析 以上完井方式存在 以下缺点。 1 裸眼完井只需要在欠平衡条件下下入油管 ， 需要不压井起下钻装置和单向定压阀 2种辅助设备 即可实现安全作业， 但裸眼对地质要求较高， 对于大 多数地层不适应 ， 局限性较大。 2 利用套管阀下入筛管进行欠平衡完井也具有 较大的局限性 ， 一是套管阀为一次性使用设备 ， 成本 较高 ； 二是套管阀预安装在技术套管中， 并采用水 泥封固， 一旦失效则没有任何补救措施。 3 非透式可膨胀割缝管完井工艺较复杂 ， 工序 多， 目前 尚处于试验阶段 ， 存 在管柱人井后 胀不开 尤其是两根割缝管之间的连接接头难以胀开 、 不造 缝和胀开后缝宽大 、 不防砂等风险。 3种方法均存在较大的局限性， 严重地制约 了气 体钻井技术的推广应用。因此 ， 寻求适应性强 、 成本 低 、 风险小的气体钻井完井技术显得尤为重要。 2 吐哈油 田氮气钻井完井现状 C u r r e n t s i t u a t i o n o f N 2 d r i ll e d we H s c o mp l e - t i o ni n l h aOi l F i e l d 2 0 0 5 年以来 ， 吐哈油田先后实施了 1 2口氮气钻 井 ， 采用了裸眼完井和使用套管 阀实现筛管完井技 术 ， 其 中红台 2 1 5井采用 了裸眼完井 ， 完钻后油气 产量 比邻井提高 5 ～ 1 0倍 ， 但开采过程 中地层 出砂非 常严重， 导致后来井壁坍塌而井眼报废 ， 采取常规钻 井液冲砂 、 固井、 射孔等措施后 ， 油产量 由原来 的 4 0 t ／ d下降到 2 0 。 红台 2 ． 1 7井和牛东平 1 井使用 了套管阀 ， 在现 场施工时表现出了诸多问题。红台 2 1 7 井套管 阀 下深 6 7 2 ． 6 8 m， 钻进 1 3 m便 自动点火成功， 取得 了 非常好的欠平衡钻井效果， 然 而在钻井过程中发现 套管阀经过4 次关闭后天然气仍然从井 口冒出， 表 明套管阀严重失效。牛东平 1 井设计为三开水平段 纯氮气钻进， 在测井过程中仪器电缆被套管阀剪断， 说 明套管 阀开关失灵处于关 闭状态或半开状态 ， 套 管阀密封失效 ， 被迫转为充气钻井。 3口井的完井失败 ， 说 明了裸眼完井后期生产和 利用套管阀来实现筛管完井在现场操作 中存在很大 的安全隐患， 严重制约了欠平衡钻井完井的发展。 3 实体筛管主要技术 Pr i ma r y t e c h no l o g y s t u dy o n t he s t u f f e d s c r e e n p i p e 3 ． 1 总体思路 Ove r a l l p l a n 用于气体欠平衡钻井条件下实现筛管完井的实 体筛管工具， 具体是将筛管串变为实体壁管串， 预防 流体从筛管串内流向井口， 利用成熟的下人尾管管 串技术下入井内。 这样可以实现一种操作程序简单、 使用设备少的筛管完井技术 ， 保证气体钻井条件下 的完井方式在工艺技术上有所突破， 进而推广应用 ； 可解决完井成本高的难题， 彻底结束依靠套管阀、 非 透式割缝管实现筛管完井的被动局面， 大大节约完 井成本 ；与裸眼完井相 比， 可有效避免后期储层出 砂 、 坍塌发生的可能性。 3 ． 2 技术思路及主要参数 T e c h ni c a l p l a n a n d ma i n p a r a m e t e r s 将要下人井 内的套管用暂堵剂密封为盲管 ， 然 后对盲管进行割缝或打孔处理 ， 要求割缝或打孔后， 缝或孔深度大于管壁厚度 ， 以利于钻暂堵剂后储层 与管内连通。 暂堵剂要求具有一定 的承压能力 ， 与套管壁密 封效果好， 使油气不易从筛管缝或孔之间相互窜流； 另外要求其可钻性好 ， 使筛管与储层及时连通。 现场操作中利用不压井起下井 内管串的原理和 工艺 ， 把处理好的盲管串下入井底 ， 悬挂后下人小钻 具再次进行氮气钻井将盲管 内的暂堵剂钻掉， 使其 形成内外通透的筛管， 实现管内与储层连通 。为防止 在钻暂堵剂时筛管脱扣 ， 筛管接箍应采用丝扣胶黏 牢 ， 或采用电焊将其焊牢。此技术的特点是各项工艺 成熟， 管串成本低， 现场操作简便。其难点是在未固 井的情况下， 钻筛管 内暂堵剂时， 对筛管可能会造成 一 定程度的损坏， 影响后期生产， 因此采用此方法在 初期试验时， 筛管串不宜过长 ， 应在 1 0 0 m 内为宜。 孔眼参数 孔眼直径 6 ～ 8 mm， 孔密 2 4孔 ／ m， 孔 眼分布为 6 0 。 相位螺旋线布孔 ， 套管接箍处有 4 5 。 倒 角 避免下筛管时损坏旋转 防喷器胶芯 ， 具体参数 根据储层粒径分布 、 出砂情况可改变布孑 L ／ 缝参数。 3 ． 3 作 业工艺 流程 Op e r a t i o n t e c h n o l o g i c a l p r o c e s s 1 将处理好的盲管 串下入井底 ； 2 悬挂盲管 串， 退扣起钻 ； 3 下人小钻具进行气体钻井 ， 将盲管 内的暂堵剂钻掉 ； 4 钻完暂堵剂后起钻 ， 形成筛管。 赵前进 实体 筛管完井技 术在氮气钻井 中的应用 4 7 4 现场试验 Fi e l d t r a i l 牛气 1井是部署在 三塘 湖盆地 马朗 凹陷 牛圈 湖构造带 的一 口采气井 。2 0 0 7年 1 0月 1 9日在牛 气 1 井 三 开 1 5 2 ． 4 mm井 段 9 8 4 ～ 1 0 4 5 m 实施 纯 氮气欠平衡钻 井 ， 钻压 3 0 ～ 5 0 k N， 转 盘转速 6 5 ～ 7 0 r ／ mi n ， 氮 气 注 入 量 6 0 ～ 8 0 m ／ mi n ， 注 入 压 力 2 ～ 3 MP a 。该 井在钻至井 深 1 0 0 0 m时点火 成功 ， 火焰 高度约 1 5 m。具体 的操作工艺流程如下。 1 不压井下实体带眼管。实体带 眼管管 串结 构 O1 2 7 mm 浮鞋 O1 2 7 mm实 体带 眼管管 串 6 1 m O1 2 7 mm套 管 串 2 0 m O1 2 7 mm O1 7 7 ． 8 mm尾管悬挂器 O1 2 1 m m 浮阀 O8 9 mm钻杆。 其程序为全封闸板 防喷器处于关闭状态下 此 时地层返 出的油气 由钻井 四通和油管 四通的旁通被 导流出井 口 ， 将带有实体管的管串下至全封闸板上 约 0 ． 3 m处一关闭旋转防喷器一打开全封闸板防喷器 一继续下钻至井底一下人预定位置后悬挂并倒扣起 钻一按照起钻程序起钻悬挂 ， 坐封后起出送人钻具。 2 钻 实体带 眼管暂堵剂 。下人小钻具进行氮 气钻井， 将实体管 内的暂堵剂钻掉， 最终实现筛管 完井。采用 01 0 2 mm刮刀钻头 08 9 mm箭形单 流阀 2只 08 9 mm钻铤 8 1 m 08 9 mm斜 坡 钻杆 O8 9 mm单流 阀 O8 9 mm 方钻 杆下旋 塞 0 8 9 mil l 六方钻杆钻具组合下钻管内暂堵剂， 钻井 参数为 钻压 1 O ～ 2 0 k N， 转盘转速 6 0 r ／ mi n 。 3 不压 井下油管 及完 井。起 出送入 钻具 ， 换 O6 0 ． 3 2 5 mm 的旋转 防 喷器胶芯 ， 将带有 单 向定 压 阀 O7 3 mm9 3 8 ． 6 3 m 加厚油管下入 ， 管串结构为 O7 3 mm 内 倒 角 油 管 接 箍 O 7 3 mm 油 管 1根 O7 3 mm单 向定压接 头 O 7 3 mm止 过短节 O7 3 mm 油 管 串 油 管 挂 油 管 挂 油 管 转 换 短 节 7 3 mm油管 1 根 。 下油管及完井程序 打开油管头放喷管线一更 换半封 闸板防喷器为 O 7 3 mm 闸板芯一按标准进行 气密封试压一下油管至全封闸板防喷器以上 0 ． 2 ～ 0 ． 3 m一 打开全封闸板防喷器一下油管串至设计井深一 油管挂坐封至油管头一紧固油管头顶丝一倒扣一拆 卸钻井井 口装置一安装采油树一通过采油树向油管 内注气憋压至顶通油管。 5 应用效果 Ap p l i c a t i o n p e r f o r ma n c e 根 据 邻 井 牛 1 0 1 井 J 3 q层 位 1 0 8 7 ． 2 4 ～ 1 0 8 9 ． 1 0 m 的岩心流动试验数据判断 ， 该储层为强水敏 ， 孔 隙 问连通性差 ， 具有较强的非均质性 ， 地层压力系数为 0 ． 8 ～ 0 ． 9 ， 综合评价为中孔 ～中、 低渗储层。 在强水敏储层中应用常规钻井液很容易使地层 的黏土膨胀 ， 造成对油气流动的水相圈闭伤害， 储层 污染严重。岩心实验证 明储层遇水后 ， 气相渗透 率急剧下降， 当含水饱和度超过 6 0 ％时， 天然气的 渗透率会降到原来的 1 5 ％～ 1 8 ％， 且很难恢复， 从而 严重影 响了气井产量。邻井牛 1 1 1 井 、 牛 1 8 1 4井 、 牛平 1 井运用常规钻井稳产气量为 4 0 0 0 m ／ d ， 而牛 气 1 井采用 0 8 mm油嘴生产 ， 天然气无阻流量 1 0 1 0 m ／ d ， 稳产量为 2 ． 5 1 0 m ／ d ， 比邻井提高 6 倍 以 上 ， 表明氮气钻井 以及后期无伤害筛管完井工艺有 效保护 了水敏浅气层。 6 结论 Co n c l u s i o ns 1 吐哈油田首次在氮气钻井中采用 了实体筛管 完井技术 ， 安全有效地实现 了全过 程的欠平衡钻井 完井 ， 避免 了常规钻井液滤液对气层的严重伤害， 有 效保护 了水敏性浅气层 ， 在产量上与邻井相 比大幅 度提高 ， 为欠平衡完井方式提供了新的思路。 2 在现场操作中带眼管上下钻头要平稳 ， 防止 管 内暂堵剂产生裂缝 ， 以免下入过程中井 口失控 ， 套 管丝扣采用特制胶黏合 ， 采用适当钻压 、 转速 ， 要 防 止套管脱扣。 3 在该井 中下入 的实体筛管长度较短 ， 在以后 的研究 中应该进一步优选合适的暂堵剂材料及钻井 参数 ， 以满足较长储层段 的实体筛管 的下人与安全 钻进问题。 参考文献 Re f e r e nc es [ 1 ] 马宗金 ， 肖润德 ． 现代欠平衡钻井技术 [ J ] ． 钻采．Y - 艺， 2 0 0 0 ． 2 3 3 1 - 4 ． MA Z o n g j i n ， XI A O R u n d e ． R e c e n t u n d e r b a l a n c e d d r i l l i n g t e c h n o l o g y[ J j． D r i l l i n g P r o d u c t i o n T e c h n o l o g y , 2 0 0 0 ， 2 3 3 1 - 4 ． [ 2] 高德利 ． 油气钻探新技术[ M] ． 北京石油工业出版社， l 99 8． G AO D e l i ． N e w t e c h n o l o g i e s o f o i l a n d g a s d r i l l i n g I M]． B e i j i n g P e t r o l e u m I n d u s t r y P r e s s ， 1 9 9 8 ． 修 改稿收到 日期2 0 0 9 0 8 ． 2 8 [ 编辑朱伟 ]