液压扶正器在胜利油田非常规油井固井中的应用.pdf

第 4 2卷 第 1 期 2 0 1 4 年 1月 石 油 钻 探 技 术 P ETR I EUM DRI LI I NG TECHNI QUES Vo 1 ． 4 2 No ． 1 J a n ． ， 2 0 1 4 ●钻井完井 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 0 8 9 0 ． 2 0 1 4 ． 0 1 ． 0 1 4 液压扶正器在胜 利油 田非常规油井 固井 中的应 用 马明新，杨海波， 徐鑫 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研 究院 ， 山东 东营 2 5 7 0 1 7 摘要 为提高胜利油田非常规油气区块水平井水平段的 固井质量和压裂效果， 针对该类水平井水平段应用 常规刚性扶正器时套管下入困难、 居中差等问题， 研制开发了内置滑套式、 易下入、 能撑开防止退、 扶正力强且满足 非常规油气区块高压压裂的 4 1 3 9 ． 7 mm液压扶正器。采用双级球座液压扶正器套管组合、 投球胀封的方式， 同 时对液压扶正器管串的下入摩阻、 固井质量进行 了分析 。该液压扶正器在胜利油田非常规油气区块进行 了现场应 用， 结果表明， 带液压扶正器完井管串的下入摩阻小于带刚性扶正器完井管串的下入摩阻， 提高了水平段的固井质 量 ， 可为非常规油 气井 固井提供技术 支持 。 关键词 液压扶正器 非常规油气 水平井 固井 中图分 类号 T E 9 2 5 ． 2 文献标识码 A 完 井 胜 利 油 田 文章编号 1 0 0 1 ～ 0 8 9 0 2 0 1 4 0 1 0 0 7 1 0 4 App l i c a t i o n o f Hy dr a u l i c Ce nt r a l i z e r i n Unc o nv e nt i o na l Oi l W e l l Ce me nt i ng o f S he n g l i Oi l fie l d M a M i ng xi n， Ya ng Ha i b o， Xu Xi n Dr i l l i n g T e c h n o l o g y Dr i l l i n g T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e ， S i n o p e c S h e n g l i O i l f i e l d S e r v i c e C o T po r a t i o n， Do n g yi n g， Sh a n d o n g， 2 5 7 0 1 7 ， C i n a Ab s t r a c t To r e s o l v e d i f f i c u l t i e s a n d p o o r c e n t r a l i z a t i o n i n r u n n i n g c a s i n g wi t h c o n v e n t i o n a 1 r i g i d c e n t r a l i z e r s ， i mp r o v e t h e c e me n t i n g q u a l i t y a n d g u a r a n t e e f r a c t u r e e f f e c t i n I o n g h o r i z o n t a l we l I o f u n c o n v e n t i o n a l we l 1 ， t h e声 1 3 9 ． 7 mm h y d r a u l i c c e n t r a l i z e r h a d b e e n d e v e l o p e d w h i c h ， d i f f e r e n t f r o m t h e d o me s t i c l a mi n a t i o n c o r e a n d s ma l l s i z e c e n t r a l i z e r ， f e a t u r e s e a s y r u n n i n g， s e l f - l o c k i n g， h i g h c e n t r a l i z i n g s t r e n g t h， a n d c o u l d me e t t h e h i g h p r e s s u r e f r a c t u r i n g d e ma n d s o f u n c o n v e n t i o n a l we l 1 ． I t h a d b e e n a p p l i e d i n u n c o n v e n t i o n a l b l o c k o f S h e n g l i Oi l f i e l d b y t h e mo d e o f d o u b l e b a l l s e a t h y d r a u l i c c e n t r a l i z e r s t r i n g a n d b a l l d r o p p i n g e x p a n s i o n t e c h n i q u e ， t h e f r i c t i o n o f h y d r a u l i c c e n t r a l i z e r o n d r i l l s t r i n g a n d c e me n t i n g q u a l i t y we r e a n a l y z e d， wh i c h p r o v e d t h a t f r i c t i o n o n h y d r a u l i c c e n t r a l i z e r s t r i n g wa s c o mp l e t e l y b e l o w t h a t o n r i g i d c e n t r a l i z e r s t r i n g， h y d r a u l i c c e n t r a l i z e r c o u l d g r e a t l y i mp r o v e c e me n t i n g q u a l i t y o f h o r i z o n t a l s e c t i o n， a n d i t p r o v i d e d s t r o n g t e c h n i c a l s u p p o r t f o r u n c o n v e n t i o n a l we l l c e me n t i n g ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c c e n t r a l i z e r ； u n c o n v e n t i o n a l o i l a n d g a s ； h o r i z o n t a l we l l ； we l 1 c e me n t i n g； we l l c o m p l e t i o n ； S h e n g l i Oi l f i e l d 目前 ， 胜利油 田部署在非常规油气区块 的水平 井大多采用套管射孔压裂的完井方式[ 1 - 4 ] 。为提高 水平段 固井质量 、 保证压裂效果 ， 水平段一般采用扶 正器扶正套管 ， 以提高顶替效率l_ 5 ] 。然而， 常规刚性 扶正 器存 在 尺 寸大 、 下 入 困难、 套 管居 中差等 问 题l_ 6 ] ， 严重影响 了非 常规油气区块水平井的固井质 量 引。针对上述问题 ， 研制开发 了内置滑套式、 易 下人、 撑开防止退 、 扶正力强、 能满足非常规油气 区 块高压压裂的液压扶正器l 】 。 。 。为了说明其施工工 艺及现场应用效果 ， 笔者首先阐述了液压扶正器 的 结构原理， 介绍了其固井施工工艺； 同时结合胜利油 田非常规油气区块的固井技术措施 ， 介绍 了该扶正 器的现场应用情况 ， 并对液压 扶正器管 串的安放方 式、 下人摩阻、 固井质量进行了详细分析。 1 液压扶正器工作原理及施工工艺 1 ． 1 工作原理及技术优势 液压扶正器 主要 由中心管、 液缸、 活塞、 止退环、 剪切销钉和扶正片等部件组成m] 。当压力达到设定 收稿 日期 2 0 1 3 0 5 0 7 ； 改回 日期 2 0 1 3 1 2 1 9 。 作者简 介 马 明新 1 9 8 6 一 ， 男， 山 东临朐人 ， 2 0 0 8年毕 业于 中 国石 油大学 华 东 材料 科 学与 工程 专 业， 2 0 1 1年 获 中国石 油大 学 华东 油气井工程 专业硕士 学位 ， 主要从事 固井工具研 发工作 。 联 系方式 0 5 4 6 8 7 7 1 5 6 3 ， ma mi n g x in u p c 1 6 3 ． c o r n 。 基金项 目 国家科技 重大专项“ 断块油 田特高舍 水期提 高水驱采 收率技术” 编号 2 0 1 l Z X0 5 0 1 1 - 0 0 3 、 “ 低 渗油 气田 完井关键技 术” 编号 2 0 1 1 Z X0 5 0 2 2 0 0 6 及“ 胜利油田薄互层低渗透油 田开发 示范 工程” 编号 2 0 1 l z X0 5 0 5 1 资助。 7 2 石 油 钻 探 技 术 值 1 2 1 4 MP a 时 ， 剪断剪切销钉 ， 液缸推动活塞挤 压扶正片， 在活塞和扶正片顶帽的作用下 ， 扶正片撑 开变形 ， 达到扶正套管 的 目的。活塞上带有止退机 构 ， 防止推动块回退 ， 保证扶正片的撑开效果。 1 3 9 ． 7 m r l l 液压扶正器 的最大外径 1 8 5 ． 0 m m， 最小通径 1 2 1 ． 0 r n l T l ， 长度 1 ． 9 5 m， 打 开压力 1 2 ～ 1 4 a ， 撑开后最大外径 2 5 5 ． O I - n l T l ， 撑开后单个扶 正器扶 正力大于 7 ． 8 k N[ “ ] 。地面试验结 果表明， 1 只液压扶正器能够支撑 2 根套管至少离地 2 5 mm， 能 起到明显的扶正效果_ 1 。 相对于国内常规刚性扶正器及其他结构的扶正 器， 液压扶正器具有 以下技术优势 1 最大外径 比常 规刚性扶正器 2 1 0 ． 0 mm 小 ， 有利于下人 ； 2 液缸 为内置滑套式 ， 可以避免液缸被卡提前打开 ， 下入更 安全 ； 3 胀封完成后进液孔可 自行关闭 ， 试验承压可 达 1 0 5 MP a 无渗漏， 满足非常规油气区块高压压裂 施工 ； 4 扶正片采用超强弹簧钢 ， 采用 6片扶正片， 弹簧 片变 形均 匀、 扶 正力 大 ， 膨 胀 后最 大外 径 达 2 5 5 ． 0 mm， 利于套管居 中； 5 膨胀过程 中止退机构 能防止回退 ， 利于工具膨胀动作 ； 6 膨胀后过流面积 大 ， 适合于致密砂岩 、 砂砾岩、 页岩以及掉块 比较严 重的地层 ， 利于固井作业 。 1 ． 2 固井管串 地面试验中， 1只液压 扶正器能够支撑 2根套 管至少离地 2 5 mm， 而 1只液压扶正器对 3根套管 进行支撑时， 由于套管的挠性 ， 套管串中间贴地 1 ～ 2 m， 因此为保证扶正效果， 建议每 2 根套管上放 1 只液压扶正器。建 议固井管 串结构为 引鞋 旋 流 套管浮箍 2 套 双级球座 1套套管液压扶正 器组合 水平段每 2根套管上放 1只液压扶正器 套管 串到井 口。 1 ． 3 施 工 工艺 1 根据完井管串结构连接液压扶正器与套管组 合， 按照相关规范进行下套管作业， 控制好下放速度， 严禁猛提猛放 ， 在轻微遇阻情况下可缓慢上下活动管 柱 不建议旋转管柱， 必须旋转管柱时旋转扭矩不超过 套管接箍额定扭矩的 2 O ， 保证完井管串顺利下入。 2 下套管过程中， 每 3 O根 或少于 3 O根 套管 灌一次钻井液， 进入水平段前要灌满钻井液 ， 下到水 平段中部再灌满一次 ， 下到位后还需灌满钻井液 。 3 下完套管后 ， 慢慢开泵循环 ， 观察循环压力 变化情况 ， 循环压力稳定后大排量循环 1 ～2周 ， 将 井底沉砂循环清洗干净 ， 防止投球过程 中发生憋堵 情况。 4 根据球座位置和泵排量计算送球到位的总 液量和时间， 井口投球 ， 送球过程中控制泵压 ， 使其 低于 1 0 MP a ， 如果是电动泵 ， 预计离到位还有 6 m。 时将泵排量降至 0 ． 8 m3 ／rai n左右， 等待缓慢起压； 如果不是电动泵 ， 预计离到位还有 3 I T I 。时换固井泵 车送球 。 5 将球送到位以后 ， 首先加压至 1 4 ～1 6 MP a ， 憋压 3 rai n使液压扶正器液缸充分进液 ， 胀封液压 扶正器 ， 胀封过程中要准确控制泵压与憋压时间 ， 不 得直接憋通球座。 6 压力无变化后加压至 1 8 ～2 0 MP a ， 缓慢 憋 压至球座憋通 ， 建立循环后大排量洗井 ， 然后进行固 井施工。 2 非常规油气 区块的固井技术措施 针对非常规油气区块水平井固井中存在的问题 ， 分别在通井、 钻井液、 液压扶正器和水泥浆等方面采 取了相应措施， 以改善该类水平井的固井质量 。 1 通井措 施。采用近钻头双扶正器钻具组合 进行通井 ， 通井过程中要对起钻遇阻 卡钻 井段、 缩 径段和井眼曲率变化大的井段反复划眼或进行短起 下， 使井眼连续 、 光滑 、 便于顺利下人套管串。通井 到底后， 彻底循环洗井， 清除井内岩屑， 洗井时问不 少于 2个循环周。 2 钻井液措施 。通井、 下套管和固井过程 中要 保持钻井液性能稳定 。套管下 到底后 ， 调整好钻井 液性能 ， 然后根据井下情况逐步提高排量循环 1 ～2 周洗井 ， 待井底沉砂循环清洗干净后再投球 。固井 前循环 l ～2 周 ， 将钻井液黏度 调整为 5 0 ～6 0 S ， 以 提高顶替效率 ， 降低固井顶替压力 。 3 液压扶正器 的安放方式 。为提高水平段 的 固井质量 ， 防止油气水窜， 需要安放液压扶正器实现 井下长水平段套管居 中， 提高固井质量 。推荐在水 平段每 2根套管安放 1只液压扶正器 ， 也可以视实 际压裂情况在局部射孔段位置增减液压 扶正器数 量 ， 施工过程 中要严格遵守液压扶正器施工规范。 4 水泥浆 。非常规水平井 固井时， 油基钻井液 存在油膜 ， 影响水泥环胶结质量 ， 为此采用高效前置 液冲洗井壁， 降低油膜对固井质量的影响； 采用紊流 顶替以提高顶替效率； 油层上部采用低密度漂珠水 泥浆降低固井后期顶替压力 ， 油层段采用塑性微膨 第 4 2 卷第 l 期 马明新等． 液压扶正器在胜利油田非常规油井固井中的应用 胀水泥提高固井一 、 二界面的胶结质量 ， 同时将水泥 浆返至井 口， 封固全井段 。为降低 固井顶替后期的 压力 ， 做好水泥浆 、 前置液 和钻井液 的配伍性试验 ， 防止发生增稠现象 。 5 固井后憋压候凝 。固井碰压后采用环 空憋 压候凝措施， 并保证足够的候凝时间 3 6 4 8 h ， 同 时尽量避免在测固井声 幅之前替换套管内钻井液 ， 防止 由于套管 内静液柱压力变化 、 套管变形而破坏 套管外水泥胶结质量。 3 在非常规油气区块的应用 截至 目前 ， 液压扶正器 已在胜利油 田非常规油 气 区块现场应用 1 8口井 ， 共下人扶正器 3 1 9只， 固 井成功率 1 0 0 。其 中， 在 2 0 1 2年的非 常规油气大 会战 中， 先后在 8口井应用液压扶正器 2 4 2只， 应用 液压扶正器后 ， 水平段一 界面 固井质量 均在优 良以 上 ， 二界面均在合格 以上 ， 非常规 油气 区块水平井 水平段 的固井质量 得 到 了明显 改善 ； 而在应用 液 压扶正器之 前 ， 该 区块 水平 井水平 段 固井质 量普 遍 比较 差 ， 固井 合 格 率 仅 为 6 0 左 右 。下 面 以 Y2 2 7 1 HF井 为例 ， 介绍 固井施工过程和水平段 的 固井质量 。 3 ． 1 Y 2 2 7 - 1 HF井概况 Y2 2 7区块 目的层为东营沙河街组沙 4 段 ， 构造 位置位于济阳坳 陷东营凹陷北部 陡坡构造带 Y2 2 7 井砂砾岩体较 高部位 ， 含油面积 1 ． 5 k m。 ， 地质储量 2 7 0 1 0 t ， 属 于致密砂砾岩储层 ， 采用 1 3 9 ． 7 mm 套管固井泵送桥塞多级分段压裂技术。 Y 2 2 7 1 HF井井深 4 5 9 1 ． 0 0 m， 垂深3 6 0 8 ． 2 6 m， 水平段长 1 0 3 2 ． 0 0 m， 技术套管下深 3 5 6 0 ． 0 0 m， 造 斜点井深 2 8 1 6 ． 0 0 1 2 “1 ， 最 大井斜点井 深4 0 7 0 ． 7 8 m， 最大井斜角 8 O ． 6 5 。 ； 完钻钻井液密度 1 ． 5 k g ／ L， 漏斗 黏度 7 0 S 。Y 2 2 7 1 HF井的井身结构如图 1 所示 。 3 ． 2 液压扶正器 固井管串及安放方式 为保证两射孔点之间的固井质量 ， 防止压裂时 层间互窜， 保证压裂效果， 考虑综合完井成本， 采用 液压扶正器集 中扶正两射孔点之间的套管串。整个 水平段共设计 1 1 个射孔点 ， 每个 射孔 点上下 1 0 m 内不安放液压扶正器， 每两个射孔点之间按“ 2 根套 管1只液压扶正器” 的原则进行安放 ， 总共下入 3 5 只液压扶正器 。 0 5 00 1 0 0 0 l 5 0 0 2 0 0 0 懈 2 5 00 3 0 0 0 3 5 0 0 4 0 0 0 0 3 0 0 6 0 0 9 0 01 2 0 01 5 0 0 水平位移／ m 图 1 Y 2 2 7 - 1 HF井井身 结构 Fi g ．1 Ca s i ng pr o g r a m o f W e l l Y2 27 1 HF 固井管 串结 构 引鞋 0 ． 2 0 r n 旋 流套 管 1 0 ． 0 0 m短套管 1根 浮箍 0 ． 3 4 r n 套 管 1 根浮箍 0 ． 3 4 m双级球座 0 ． 4 2 m液压扶 正器与套管组合 套管串至井 口。 3 ． 3 液压扶正器管串下入摩阻分析 Y2 2 7 1 HF井 固井施工顺利， 整个水平段下套管 摩阻比较稳定 ， 下完套管后摩阻在 2 6 0 k N左右， 与通 井摩阻 2 0 0 k N相 比增大了。图 2 为 Y 2 2 7 1 HF井的 管串下人摩阻曲线， 由图 2可知 ， 随着井深增加 ， 下入 摩阻基本呈线性增大 ， 管串最终下人摩 阻 2 6 0 k N， 井 口剩余悬重 5 2 0 k N， 完井管串可以d, N下人。 ＼ 圜 愠 图2 Y 2 2 7 - 1 I -I F井的管串下入摩阻曲线 F i g ． 2 Dr a g c u r v e o n d r i l l s t r i n g o f W e l l Y2 2 7 1 HF 3 ． 4 Y 2 2 7 - 1 HF井的固井质量 Y 2 2 7 1 HF井 固井 后 憋压候 凝 ， 电测结 果 如 图 3 所示 图中红色椭 圆标志为液压扶 正器下入位 置 。固井质量评价结果为 水平段固井质量一界面 全优 ， 二界面优 良； 液压扶正器位置处固井效果最为