选择性固井技术在青海油田的应用

金凯 杜宇斌 谈志伟

摘  要：针对常规固井技术易污染老油田储层段的难题，开展选择性固井技术研究及先导性试验。青海油田选择性固井技术采用双层管结构，其上、下各设一套管外封隔器，将生产层与其他层段封隔开来，基本不改变固井程序，不增加固井施工时间。使得绕产层固井这一技术得以实现和推广，解决了现有选择性固井工艺过程繁琐，增大工作量，影响了施工进度的不足。

关键词：青海油田  选择性  固井技术  储层保护  封隔器

中圖分类号：TE256.6                          文献标识码：A                   文章编号：1674-098X（2020）10（a）-0043-03

Abstract： In view of the problem that conventional cementing technology is easy to pollute the reservoir of old oilfield， selective cementing technology research and pilot test are carried out. The selective cementing technology in Qinghai Oilfield adopts a double-layer pipe structure， with a casing outer packer set at the top and bottom respectively to seal the production layer from other layers， basically without changing the cementing procedure and increasing the cementing construction time. This technology can be realized and popularized， which solves the problems of the existing selective cementing process， such as tedious process， increasing workload and affecting the construction progress.

Key Words： Qinghai Oilfield; Selectivity; Well cementing technology; Reservoir protection; Packer

1  选择性固井技术原理及优势

选择性固井技术采用管外封隔器等各种井下工具，将地层有目的地分成若干段，通过特殊工艺技术，对油气藏实现只固上覆盖层不固油气层的目的。既可防止水泥浆对储层的伤害，又可实现层间封隔，为油田油藏分层改造和开发奠定了基础。有利于实现任意并段选择性注水泥固井，既保证固井质量，又避免水泥浆污染油层，实现了注水泥固井与油层保护的统一，能够满足油田油藏精细高效开发的需要[1-5]。

2  现有选择性固井技术工艺流程

目前，国内基本做法是产层段筛管完井、产层上下固井封固。主要流程为：（1）内管插入后，油套打压胀封管外封。正循环定量固产层下部井段;（2）上提内管少许，循环冲洗;（3）上提内管至上部滑套处机械方式拉开滑套，内管内投球，内管封隔器密封住滑套开关上下，固产层上部井段。固后管内泄压内管封隔器回收，上提内管关闭滑套。冲洗起出内管候凝。

在实践中，暴露出了该工艺技术的诸多弊端：工艺过程繁琐，增大了工作量;每一步得谨慎小心，环环相扣，不确定因素多，施工风险大，完成质量受影响，如下套管期间不能建立循环，对井身质量要求非常苛刻;水泥浆注替到位后，机械式关孔操作较常规尾管丢手更为复杂，耗时较长，危及管柱安全等等[5-6]。极大地影响了该技术的大规模推广应用。

3  青海油田选择性固井技术

青海油田针对该技术开展了大量的调查研究，通过剖析选择性固井技术中主要工具的结构特点、工作原理，设计现场易于操作及控制的工艺流程。青海油田选择性固井装置采用双层管结构，其上、下各设一套管外封隔器，将生产层与其他层段封隔开来，水泥浆沿套管柱下行，经球座、浮箍、浮鞋进入套管与井壁的环形空间，而后上返。待到达选择性固井装置处时，由于管外封隔器的作用，水泥浆由选择性固井装置的下部径向孔进入双层管结构，绕过管外封隔器，经上部径向孔排出，重新进入套管与井壁的环形空间。待水泥浆凝固后，就会在套管与井壁间、双层管环空间形成水泥环，而双层管的外管与井壁间无水泥环形成，即在生产层实现裸眼完井。实现了选择性固井的目的。

3.1 选择性固井装置结构与原理

选择性固井装置由管外上隔离系统、管外下隔离系统、中心通道系统、上导流系统、下导流系统及辅助系统组成。

3.1.1 上下管外隔离系统

上、下管外隔离系统的基本结构相同，主要由控制阀部件、密封部件和联接部件三部分构成。控制阀部件包含开启阀、单流阀和平衡阀，完成对膨胀介质的流动控制。密封部件包含内胶筒、外胶筒、金属加强片、支持环和胶筒接头等，是实现密封的主要部件。联接部分包含中心管、提升短接、接箍和套管短节等，主要起配合联接的作用。管外隔离系统的胶筒是一种可承压高压的膨胀密封元件，它的各项指标决定了管外隔离系统的性能。系统特点如下：（1）膨胀比，适应大井眼，胶筒的膨胀率达到150%～250%;（2）高强度，胀封后接触应力衰减小，保持好的密封隔离;（3）采用充填式三阀系封隔机构，适应不规则井眼，能与不规则的裸眼井壁形成可靠的压力密封，并能自动调节压力以适应环空压差的变化，同时起到扶正套管使其居中的作用。

阻流阀在下入时，同泵冲式金属片阀一起防止胶筒提前膨胀;座封时剪断销钉，在弹簧力作用下推动阀体运动，并限制一定量的液体进入系统内，起延时作用，以使胶筒充分膨胀。

单流阀用来防止流体从膨胀室倒流，起锁定密封压力作用。

平衡阀的作用是在足够的压力下使胶筒充分膨胀后，将进入胶筒的液体通道堵死，从而使单流阀关闭。

这几种阀的工作压力，均可在地面调整。隔离系统技术性能：泵冲式金属片阀、阻流阀和平衡阀的开启压力均为8.2MPa;承受壓差的能力受胶筒膨胀程度的影响，设计承压能力为15MPa。

3.1.2 上下导流系统

上下导流系统为水泥浆流体控制装置，按照设计液流方向控制其开启、关闭、流速等主要技术性能，保证水泥浆流体按照工艺要求，进入产层外的套管与井壁环套空间，实现理想的固井施工。

保持循环畅通和密封的同时能够防止大颗粒进入循环通道，颗粒进入通道后设计的结构能够自行疏通循环通道。在循环通道堵塞到一定压力值的时候能够开辟新的循环通道。

3.1.3 外壁缺氧陶化管材

有氧状态下，强度韧性与45#钢相当，缺氧受热后其内铰链物失去强度，管材强度韧性降低。陶化的厚度30～80nm。陶瓷转化膜具有优良的耐腐蚀性，抗冲击力，能提高涂料的附着力。表面附着力达到GB/T 9286 中的0级（最高级），高出磷化2级～3级，陶化中性盐雾试验240h。

3.1.4 中心通道系统及端部连接

不仅仅是连接各个部件，在保持与管外隔离装置的相对密封滑动600mm（单端）同时，自身能够脱臼500mm（单端），这个作用是补偿管子的自身伸缩，与管外封隔器部分没有关联。

4  青海油田选择性固井技术现场应用

4.1 选择性固井装置下入位置确定

英6-6-A3井是部署在柴达木盆地英东油田英东一号构造上的一口采油井，完钻井深1345m，该井油气层顶底界为763～1315m，为多油层分段射孔生产井。选择性固井装置下入层段位于1251.5～1254m，此处油层厚度为2.5m，即选择性固井装置上封隔器下沿深度位置为1248.6m，下封隔器上沿深度位置为1254.5m，允许误差±0.3m（以下封隔器上沿为测量基准）。

4.2 选择性固井装置主要技术参数

（1）选择性固井装置技术参数，见表1。

（2）坐封球座技术参数，见表2。

4.3 选择性固井技术施工过程

（1）连接管柱下套管。

球座连接在浮箍上方后，连接套管串，而后连接选择性固井装置，下套管到位。

（2）循环钻井液。

循环流量1m3/min，循环两周后的最终稳定压力4.9MPa，此时从振动筛观察已无较大颗粒排出。

（3）投球。

钢球直径φ45mm，球座位置1340m，钻井液密度1.32g/cm3。根据钢球在钻井液中的自由落体运动，计算钢球落到球座的时间约为17.8min。最后确定等待20min投球到位。

（4）坐封。

用混浆车（固井车）打压，设定排量0.2m3/min，设定压力12MPa;到设定压力后，实际显示压力12.5MPa，稳压约60s，让封隔器坐封。

（5）重新建立循环。

继续以排量0.2m3/min憋压至19MPa，稳压30s后，又继续升压至20MPa，销钉被剪断，坐封滑套被打开，压力突降至5MPa。而后接钻井泵循环，设定排量为1m3/min，立管压力由起初的5MPa到5.5MPa，再升至11MPa，而后慢慢降至10MPa、9MPa、7MPa、6MPa，最后稳定在4.7MPa。

重新建立循环后，之所以有如此大的压力波动，是因为封隔器坐封后流体只能从封隔器下端的径向孔进入导流阀，经双层管结构，绕过封隔器，从上端的径向孔重新进入套管与井壁的环形空间。这个过程需要先憋压打开导流阀，重新建立循环，待循环流道稳定后，压力下降，而稳定在一定数值。一般情况下，此处的压降为0.5～2MPa。如果投球前未循环彻底，憋通球座后进一步循环洗井，彻底清洗井壁，降低摩阻，压力还可能进一步降低，从而低于初始循环压力。

（6）固井。

按照既定固井程序进行打前置液、隔离液、打灰、侯凝。

英6-6-A3井为青海油田第一口选择性固井施工井，施工过程中各个工序一气呵成，工具下井顺利，固井施工做到施工连续不间断。

5  结语

（1）青海油田选择性固井技术解决了现有技术工艺过程繁琐，增大了工作量，影响了施工进度的不足，使得绕产层固井这一技术得以实现和推广。

（2）保证井下组件的操作可靠性和产品质量，合理确定选择性固井工具的下井数量、下深、间距等参数，工具准确卡住层位是选择性固井技术成功与否的关键。

（3）该项工艺技术还需要根据青海油田地质和油气藏实际，开展进一步研究，并结合实践逐步改良和完善，最终形成一套适用于老油田增产的选择性固井技术。

参考文献

[1] 李丹阳，闵鹏，徐铠昀，等.选择性固井技术在塔里木漏失性油田的应用[J].钻采工艺，2015，38（5）：111-112.

[2] 鲜明，康力，周训耀，等.选择性固井完井工艺在阿克莫木气田的应用——以AK1-H6井为例[J].天然气技术与经济，2015，9（4）：42-45，79.

[3] 张亮.关于使用TAM工具进行选择性固井失败的原因分析[J].信息周刊，2018（12）：46.

[4] 钟富林.滑套固井选择性压裂技术研究[D].大庆：东北石油大学，2015.

[5] 程福全.复杂地层固井技术存在的问题与研究方向探析[J].西部探矿工程，2020，32（6）：67-68.

[6] 许多祥.微型液压系统驱动页岩气井固井滑套研究[D].兰州：兰州理工大学，2019.