多功能井筒清洁器在渤海油田分支水平井应用

2020-02-27

石油矿场机械 2020年1期

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459)①

渤海油田A区块是典型的高含水油田，综合含水率95.7%，高含水问题已逐渐成为低产低效井和关停井的首因[1-8]。A1H井于2013-09投产，目前含水高达97.8%，日产油8.5 m3/d，累计产油5.5×104m3，预测剩余可采储量3.0×104m3。为了治理低产低效井，进一步挖掘油田潜力，设计采用分支水平井技术对A1H井在原井眼保留的基础上进行侧钻，后期实现新井眼与老井眼的轮采。侧钻井A1H1井是渤海油田首口分支水平井，采用贝克四级分支井技术[9-16]，通过壁挂器和分支井眼导向器、主井眼导向器的配合实现分支井眼或主井眼的连通与隔离[17-19]，壁挂器和分支井眼导向器缩径最小内径154.15 mm(6.069 英寸)，充填防砂管柱下入间隙小(114.3 mm复合优质筛管+152.4 mm顶部封隔器)、难度大，对刮管洗井质量和井筒清洁要求高，常规刮管洗井管柱和工艺难以满足作业要求[20-21]。

为确保A1H1井刮管洗井质量，降低防砂管柱下入风险，在刮管洗井作业中采用MTWF多功能井筒清洁器。介绍了多功能井筒清洁器的结构、工作原理、适用工况以及在A1H1井的应用效果。多功能井筒清洁器在分支水平井A1H1井刮管洗井作业中的应用，实现了一趟钻完成刮管洗井和碎屑收集的效果，提高了井筒清洁程度，有效降低了防砂管柱下入风险，保障了该井充填防砂作业的顺利实施，为渤海油田分支水平井防砂完井提供了经验。

1 MTWF多功能井筒清洁器

1.1 结构

MTWF(Multi-Task Wellbore Filter)多功能井筒清洁器从上往下依次由上部流道、毛刷总成、旁通孔、破裂盘、碎屑回收腔、筛缝过滤器、观察孔和扶正器组成，其结构如图1所示。该工具可通过上部Baker专用毛刷和下部筛缝过滤器实现一趟下钻，同时刮管和收集碎屑。

1—上部流道；2—毛刷总成；3—旁通孔；4—破裂盘；5—碎屑回收腔；6—筛缝过滤器；7—观察孔；8—扶正器。

1.2 工作原理

多功能井筒清洁器在下入和起出井筒时，有2种工作状态。

1) 下入时的工作状态。

下入时，毛刷总成在套管内壁摩擦力的作用下上行，下方的3个旁通孔露出(如图2所示)，井筒流体经旁通口进入，从上部流道流出，具有较大的流通通道，可以避免压活塞情况的出现，方便管柱快速下入。

图2 下入状态时旁通孔打开状态

2) 起出时的工作状态。

多功能井筒清洁器在刮管起钻过程中，毛刷总成在套管内壁摩擦力作用下下行，旁通孔关闭(如图3所示)，毛刷清洁套管内壁，毛刷将环空基本封住，环空的流体智能通过毛刷总成上部的流道进入清洁器内部，流经碎屑回收腔，从下部本体上的筛缝过滤器流出回到下部环空，此时从套管内壁刮下来的碎屑杂物便被收集在碎屑回收腔中，随着起钻被带出井筒，达到清洁井筒的目的。若多功能清洁器碎屑回收腔收集满或者筛网过滤器被堵塞时，可通过环空加压4.55 MPa，压碎破裂盘，建立新的流体流通通道，避免起钻过程中出现拔活塞的现象。起出井筒后，打开下部的观察孔，倒出碎屑回收腔中的碎屑。

图3 起出状态时旁通孔关闭状态

1.3 适用工况

多功能井筒清洁器主要用于完井刮管洗井作业过程中，实现一趟钻刮管和碎屑收集。主要应用于对井筒清洁程度要求较高的井。

1) 井斜40°及以上的大位移井、大斜度井。

2) 井筒间隙小、防砂管柱下入风险较大的井。

3) 在环空难以提高返速的井。

4) 泥浆携砂能力不足的井。

5) 大部分的深水井。

2 现场应用情况

2.1 A1H1井概况

A1H1井是在原井眼A1H井基础上侧钻的分支水平井，侧钻的目的是为了治理低产低效井，进一步挖掘油田潜力。A1H1井分支井眼为152.4 mm(6 英寸)裸眼水平井，在244.5 mm(9英寸)套管开窗作业，侧钻点为1 155 m。一开215.9 mm(8英寸)井眼钻进至1 889 m，下入177.8 mm(7英寸)尾管(N80、29ppf、BTC)至1 880.2 m，尾管挂回接筒顶深1 129.25 m，球座顶深1 832.28 m。二开152.4 mm(6 英寸)裸眼井段1 880.2～2 316 m。井身结构如图4所示。

图4 分支水平井A1H1井井身结构

在分支井眼作业过程中，需采用如图5所示的封隔器将原井眼暂堵，当需要连通主井眼时，通过应力使破裂盘破碎即可。在分支井眼下套管固井时，将壁挂器连接在尾管挂下面，随套管一起下入至分支井眼连接处，后期作业时，将分支井眼导向器插入壁管器内部，上下通过O形圈密封壁管器，导通分支井眼。后期主井眼重入时，起出分支井眼导向器，下入主井眼导向器，导通主井眼。

1—封隔器；2—磨铣延伸筒；3—破裂盘；4—引鞋。

A1H1井分支井眼导向器深度1 144.11～1 153.86 m，最小内通径154.15 mm(6.069 英寸)。A1H1井设计采用152.4 mm(6英寸)裸眼+114.3 mm(4英寸)优质筛管砾石充填防砂完井，下入普通合采生产管柱。顶部封隔器最大外径152.4 mm(6英寸)，设计坐封深度为1 814.93 m，顶部封隔器与分支井眼导向器间隙仅0.88 mm，防砂管柱下入风险大，对井筒清洁程度要求较高。

2.2 现场应用与效果

1) 首次刮管洗井及防砂管柱阻卡处理。

A1H1井152.4 mm(6 英寸)裸眼钻井结束后，第1趟刮管洗井管柱为：152.4 mm(6英寸)牙轮钻头(无喷嘴)+变扣+88.9 mm(3英寸)钻杆+177.8 mm(7英寸)套管旋转刮管器+88.9 mm(3英寸)钻杆+变扣+244.5 mm(9英寸)套管旋转刮管器+127 mm(5英寸)钻杆+127 mm(5英寸)加重钻杆。管柱下钻至分支井眼导向器位置，接顶驱，泥浆泵大排量正循环1.07 g/cm3EZFLOW钻井液，循环至无明显固相。继续下钻至1 194 m，泥浆泵大排量正循环钻井液，期间在过电缆封隔器及顶部封隔器坐封位置上下30 m范围内刮管3遍，然后正替烧碱水8 m3+过滤KCL盐水，顶替套管内的钻井液，循环洗井至连续30 min返出液浊度小于70。起钻过程中，在分支井眼导向器位置大排量正循环过滤KCL盐水，冲洗分支井眼导向器和壁挂器。刮管洗井管柱起出后，177.8 mm(7英寸)套管旋转刮管器弹片之间夹带了一块铝合金材质的金属片，怀疑是套管附件。

洗井结束后，组下充填防砂管柱：GPV引鞋+盲管+O-RING SEAL SUB+114.3 mm(4英寸)复合优质筛管+顶部封隔器总成(内管串：Stinger+73.0 mm(2英寸)HYD511冲管+充填总成+封隔器坐封服务工具)+88.9 mm(3英寸)钻杆+变扣+127 mm(5英寸)加重钻杆+127 mm(5英寸)钻杆。防砂管柱在下入过程中在1 640.94 m(顶部封隔器进入分支井眼导向器)、1651.54 m(顶部封隔器出分支井眼导向器)、1 664.66～1 693.02 m及1 705.98、1 730.53 m等多个位置连续遇阻，上下活动管柱，使其通过遇阻点，下钻至1 730.88 m，下放遇阻力30 kN，上提管柱遇卡(大钩载荷50 kN)，多次上下活动管柱，无法通过阻卡点，小排量循环憋压明显(泥浆泵正循环1.07 g/cm3过滤盐水，排量200 L/min，泵压1 min持续上涨至7 MPa)。

多种措施尝试解卡未果，就地提前坐封顶部封隔器，下入顶部封隔器回收工具回收防砂管柱。回收防砂管柱起钻至1 155.5 m(顶部封隔器位于壁挂器底端，壁挂器最小内径154.15 mm)遇卡(大钩载荷50 kN)，下放管柱遇阻(大钩载荷20 kN)，多次上下活动管柱并间歇性开泵正循环冲洗尝试解卡，并下入液压震击器解卡未果，基地决定对顶部封隔器进行套铣和打捞。

2) 再次刮管洗井与MTWF应用效果。

分析第1趟防砂管柱阻卡的原因主要有以下几方面：

①对于该类水平分支井，防砂管柱和分支井眼导向器间隙过小，管柱下入风险本来就高。

②结合首次刮管洗井夹带出铝合金片的现象，井筒清洁程度难以保证，且水平井段井斜大，管柱不居中，进一步加大了防砂管柱下入难度。

③常规水平井刮管洗井管柱及作业难以满足分支水平井井筒清洁要求。

防砂管柱打捞出井后，为了保障后续防砂管柱的顺利下入，再次刮管洗井，采用MTWF多功能井筒清洁器，刮管洗井管柱为：152.4 mm(6英寸)牙轮钻头(无喷嘴)+变扣+88.9 mm(3英寸)钻杆+177.8 mm(7英寸)套管旋转刮管器+88.9 mm(3英寸)钻杆+177.8 mm(7英寸)MTWF多功能井筒清洁器+88.9 mm(3英寸)钻杆+177.8 mm(7英寸)强磁工具+88.9 mm(3英寸)短钻杆+变扣+127 mm(5英寸)钻杆16柱+127 mm(5英寸)加重钻杆+127 mm(5英寸)钻杆。为了保障刮管洗井质量，在下入多功能井筒清洁器的同时，携带强磁工具，吸附井下金属碎屑。在回接筒以上5 m位置、1 240 m等多个位置大排量正循环1.07 g/cm3EZFLOW钻井液，期间在顶部封隔器坐封位置上下30 m范围内刮管3次。正替烧碱水8 m3+过滤KCL盐水，期间间歇性上下活动管柱，直至连续30 min返出液浊度小于70。刮管洗井管柱起钻至井口，观察多功能井筒清洁器携带出套铣碎片和大块合金块(长8 cm×宽4 cm×厚0.5 cm)，采用强磁工具吸附大量的铁屑和小铁片。然后重新组下充填防砂管柱，由于管柱间隙很小，下钻过程中在1 624.12、1 706.06、1 742.34、1 789.63、1 849.96 m等位置有阻挂，通过上下活动钻具均可顺利通过，30.5 h后充填防砂管柱下入到位。应用表明，MTWF多功能井筒清洁器的应用充分保障了刮管洗井质量和井筒清洁程度，为充填防砂管柱的顺利下钻到位创造了有利条件。