井筒式井眼全压井技术

井筒式井眼全压井技术

随着金融领域技术的深入研究和普及，所有石油公司的需求都越来越高。也就是说，在打开油藏之前，井底必须保持低平衡，这是整个过程中的低平衡技术。目前利用井下套管阀进行全过程欠平衡钻井已经成为研究热点。通过调研多种规格的井下套管阀,并结合胜利油田已完成欠平衡井的情况,决定引进威德福公司的井下套管阀,并成功地利用该阀在渤深6-13井实施全过程欠平衡作业。一、整个过程的失败和技术的关键1.整个过程的输送技术全过程欠平衡技术是指在不压井的条件下实现欠平衡钻进、不压井起下钻具、电测仪器、完井管具等,该技术包括以下几方面。(1)欠平衡钻井技术即在钻进过程中始终保持钻井流体的循环压力低于所钻地层的孔隙压力。通过利用欠平衡动态数值模拟软件进行设计计算、选用合理的欠平衡钻井液体系、配备井口压力监控设备和地面流体处理设备,国内专业的欠平衡钻井技术公司一般都能够实现在钻进过程中保持井底欠平衡状态。(2)不压井起下钻技术在钻进过程中保持欠平衡状态的井,起钻时由于抽汲作用、钻井液环空流动阻力减少等因素,井底瞬时欠压值将大于设计的欠平衡压力值,地层流体涌入量将超过地面设备的控制能力,造成作业困难,因而起钻前或起下钻过程中需要压井以平衡地层压力。但压井作业有可能完全抵消欠平衡技术带来的好的效果,因此需要采用不压井起下钻技术。该作业方法需要采用更先进的作业技术和专用设备。(3)行测井作业由于根据目前的地质判别能力还不能确切地掌握油层分布位置。因此,在完井前进行测井作业还是必不可少的。由于一般测井周期比较长,测井过程中井下又没有钻具,为避免井控事故,在测井前通常也需要压井。目前国内外都有不压井测井的实例,即测井仪器下入井中后,利用电缆防喷头密封井口和测井电缆,实现带压测井。(4)保持储层的欠平衡同起下钻一样,如果下入完井管具时操作不当,也会对储层产生污染,因此,在下完井管具时井下也必须要保持欠平衡状态。综上所述,全过程欠平衡钻井的关键在于不压井作业。2.使用套管阀的井下隔离技术欠平衡钻井的特点是在井底产生负压差,使储层流体能够进入井筒并随钻井流体返出地面。对于液相欠平衡钻井,在停止钻井液循环时,井底压力将降低,负压差增大,地层流体侵入量增多。为保持欠平衡作业的稳定性,需要实时地通过节流系统控制井口压力和井底压力。起钻过程中,随着油气在井筒中膨胀并滑脱上升,井口控制压力将越来越高。在起钻初期和下钻后期,由于管具(钻具、套管、油管及测井电缆等)的浮重大于井口压力对管具的上顶力,管具不存在被顶出的危险,但在起钻后期和下钻开始时,管具浮重小于井口压力对钻具的上顶力,起钻时管具可能被顶出并造成井喷,下钻时管具无法下入。为解决上述问题,除了井口必备的常规旋转防喷器外,还需配备强行起下钻装置或井下套管阀。在作业过程中,由于强行起下钻装置占用钻机时间较长,采用套管阀的井下隔离技术逐渐开始普及。国外几家大的油公司在采用井下安全阀(SSSV)的基础上开发了井下套管阀,例如哈里伯顿公司研发了套管井控阀(CasingWell-ControlValve),威德福公司研制了井下套管阀(DownholeDeploymentValve,DDV),并已经成功地在40多口井上进行了试验和应用。3.井下套管阀组井下套管阀是一种全井筒的安装于套管的截止阀,可作为技术套管的组成部分下入并固于井中,在阀板关闭状态能够隔离井下的油气和压力,保证井口作业安全;在开启状态允许钻具组合通过。欠平衡钻井过程中需要起钻时,首先将钻具带压起钻至井下套管阀以上,然后通过地面控制装置关闭阀板,再泄掉上部套管内的压力,敞开井口,按照常规方法起钻。下钻时按常规方法下至阀板上方后,首先利用旋转防喷系统和常规闸板防喷器密封井口,然后从井口泵入流体以平衡阀板上、下的压力,再通过地面控制装置打开阀板,最后打开闸板防喷器,带压下钻到井底并进行欠平衡钻进。威德福公司的井下套管阀由外筒、内部滑动心轴、阀板、阀座及阀板复位机构组成,其结构示意图如图1所示。外筒通过上下接头与常规套管连接;安装于内筒的滑动心轴与外筒及多组密封圈形成空心油缸;外筒上部加工有两个油口,由地面控制装置向油口内注入液压液,驱动滑动心轴上下移动,打开或关闭阀板。根据胜利油田已完成的欠平衡井的情况,决定选用威德福公司7″-32lbs/ft(1in=2.54cm;1ft=0.3048m)的井下套管阀,首先在渤深6区块的渤深6-13井进行现场试验和应用。二、整个过程是不平衡的1.勘探1-13井的基本信息(1)渤深6潜山成藏渤深6潜山位于济阳坳陷东部埕南断裂带的下降盘,其北为埕东凸起,其南为渤南洼陷,处于孤西大断层和埕南大断层夹持的二台阶上,成藏条件非常有利。渤深6潜山主要储层为奥陶系八陡组、马家沟组、冶里—亮甲山组,寒武系风山组、张夏组的灰岩和白云岩,储集空间为碳酸盐岩中的裂缝及孔洞。碳酸盐岩中裂缝和微裂缝极为发育,纵横交错,上下贯通,在潜山内幕形成了由断层控制的网状裂缝及多层岩溶带,为渤深6潜山的成藏提供了良好的运移通道和储集空间。自2003年以来,胜利油田在渤深6区块完成2口探井:渤深6井和渤601井;12口生产井: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钻井技术,取得了令人满意的效果:投产时大多数的井能够自喷生产;渤深6-1、6-2、6-5井日产油量在100t以上;渤深6-3、6-6、6-8、6-10、6-12日产油量在80t以上;探井渤601井上报探明石油地质储量1000×104t。由于渤深6-8和6-10井的产能和产量都很好,决定在渤深6区块的边缘再钻一口加密井——渤深6-13井,其位置如图2所示。(2)张夏组井前油气藏勘探及井井结构井口位置:渤南油田渤深6-10井井口方位304°,距离557m;构造位置:济阳坳陷渤深6-8断块;油藏岩性:灰岩;完钻层位:寒武系张夏组;钻探目的:开发下古生界油藏;完井方式:筛管完井;井口组成:四通+FZ35-70+2FZ35-70+FH35-70+7100旋转控制头;设计井身结构:Ø660.4mm×101m/Ø508mm×100m+Ø346.1mm×2033m/Ø273.05mm×2030m+Ø241.3mm×4312m/Ø177.8mm×4311m+Ø149.2mm×4800m。2.现场工艺试验和室内试验全过程欠平衡钻井的技术综合性非常强,对钻井设计、固井工艺和设备、钻井液设计、测井的施工和解释、完井设计和施工都提出了新的、更高的挑战。充分做好前期准备工作是全过程欠平衡作业成功的关键。该井第四次开钻前首先完成以下准备工作。1)根据渤深6区块十几口欠平衡井的成功经验,制定了节流循环法、压井灌注法和等排量灌注法3种不压井起下钻工艺措施。经项目组专家多次论证并改进,确定利用水泥车实施等排量灌注工艺为现场首选工艺技术。2)根据不压井起下钻、不压井下油管的工艺要求,研制了可靠性更高的舌板式钻杆单向阀、Ø73.0mm和Ø88.9mm油管单向阀及一种钻采四通。对钻杆单向阀和油管单向阀进行了室内试验,其中钻杆单向阀的试验压力达到52MPa,保压15min不泄不漏;油管单向阀也达到了单向密封和定压剪断阀心的设计要求。3)研制了Ø73.0mm和Ø88.9mm密封油管的胶心,并进行了过油管的往复试验,试验压力为1～8MPa。试验过程中,油管接头过胶心324次后只在接箍处发生微量泄漏,表明单只胶心能够保证带压下油管3000m以上;到试验结束时油管接头过胶心816次,油管本体一直处于密封不漏状态,满足不压井下油管的工艺要求。4)根据带压测井井口装置的配备要求,研制了电缆密封装置与旋转控制头之间的连接装置,并将上述装置与全套带压测井系统连接成整体进行室内压力测试。经过试验,系统整体达到了不压井测井的要求。5)在井队原来70MPa节流管汇的基础上,又串连一套带有四翼节流线路的35MPa节流管汇。该35MPa节流管汇的节控箱由PID控制器和计算机控制,能够更精确地实时监测、控制井口压力。3.整个工作流程是不平衡(1)套管阀的入井试验威德福公司的技术人员到达井场后,首先对套管阀进行地面开关测试。套管阀共开关4次,测试数据表明套管阀的各项指标正常,达到了入井的要求;井队下套管至设计深度时,将井下套管阀接入套管串,每个套管接箍处安装专用卡子以固定和保护控制液压管线;下完套管后又进行了两次试压和功能测试;然后按照设计成功地进行插入法固井作业;最后对套管阀进行了开关功能测试。至此,欠平衡钻进前共进行了7次开关测试。(2)压力试验按设计要求对压力控制装备进行试压,试压记录如表1。全部压力控制装备都试压合格。(3)地层参数2005年8月20日开始第4次开钻欠平衡钻进,第4次开钻钻具组合为:Ø149.2mm钻头+330×310双母接头+Ø88.9mm止回阀+311×3A10+Ø120.7mm钻铤+3A11×310+Ø88.9mm斜台肩钻杆1柱+Ø88.9mm止回阀+Ø88.9mm斜台肩钻杆+310×311保护接头+310×311下旋塞+Ø108.0mm六方钻杆。采用无固相钻井液,密度1.05～1.06g/cm3,黏度40～50s。钻进参数:钻井泵排量18L/s,钻压50～70kN。钻进至4525.3m时检测到机械钻速提高、全烃值升高,判断正在钻入油气层。随后,检测的全烃值逐渐升高到11.8%,火炬开始着火,火焰高0.5～1m,颜色为橙黄色,着火30min。此后火炬又两次着火,着火时间分别为10min和4min。2005年9月2日该井完钻,井深4702m。(4)钻井液密度选择在以往欠平衡钻井中,按井控要求,起下钻前钻井液密度要附加0.07～0.15g/cm3(高油气比井按气井要求),即压井钻井液密度应为1.12～1.20g/cm3,该区块起钻钻井液密度一般在1.17g/cm3以上,而本井的钻井液密度始终为1.05～1.06g/cm3。本井不压井起下钻工艺为:起钻前首先利用原钻井液充分洗井,确保井眼干净;然后停泵,同时通过水泥车、压井管汇、井口、节流管汇、液气分离器的循环回路连续灌浆,并通过节流阀在井口施加一定的套压;通过旋转控制头胶心起钻,控制起钻速度,做到匀速起钻,并根据起钻速度确定水泥车的排量,保持灌入钻井液的体积与起出钻柱的体积相等;起钻至套管阀以上后,关闭套管阀,接方钻杆开泵将井内的油气循环出来;最后起出旋转密封总成,进行常规起钻。下钻作业与起钻作业的作业程序相似。该井4次利用井下套管阀进行不压井起下钻作业。这也是首次在高油气比的渤深6区块实施不压井起下钻作业,达到了保护油气层的目的。(5)不压井钻孔完钻后按照井控要求安装带压测井装置,试压合格后进行不压井测井作业,完成测井作业4次,井下套管阀开关4次。(6)防喷器闸板心入油管放线为进行试油作业,将钻井四通更换为钻采四通,将钻杆密封胶心更换为油管密封胶心,将防喷器闸板心更换为与油管匹配的闸板心,然后开始不压井下入油管。其作业程序与下钻杆的程序相同。试油过程中产出少量气体,采油厂决定下入筛管完井。下筛管前的通井过程中,井下套管阀共开关1次,火炬着火1次,着火15min。(7)套管阀关井作业在井下套管阀关闭状态下不压井下入筛管;打开阀板前再安装旋转控制头以带压下入上部钻杆,直至将完井管具安装到位;最后利用套管阀关井后,采油厂安装采油井口设备,完井。目前该井还未投产。该井利用井下套管阀实施了全过程欠平衡作业。在欠平衡作业