东海大位移井完井技术研究与应用

李舜水， 唐鹏磊， 吴 健

(1. 中海石油(中国)有限公司上海分公司，上海 200335； 2. 中海油能源发展股份有限公司上海工程技术分公司，上海 200335)

0 引 言

东海某油气田从1998年11月投产以来，已连续生产二十余年，目前已进入中后期开发阶段，油气产量逐年递减，综合含水率约为95%，亟需利用老井侧钻来实现边际油气藏的低成本开发，延长老油田的稳产寿命。近三年来，先后利用平台A老井眼侧钻完成了两口大位移井，利用平台B剩余井槽完成了一口大位移井，较大程度地缓解了油气田的产量压力，保障了油气田产量的稳定。

三口大位移井均采用套管射孔完井进行合采，复杂的井眼轨迹给完井投产带来了巨大挑战。通过三口井的作业总结，在大位移井完井作业中，井筒高效清洁是保障作业顺利的基础；精准安全的射孔作业是产量的保障，井筒完整性则是长期安全生产的关键。

1 大位移井完井作业的难点

1.1 井身结构复杂，井筒清洁难度大

东海在某油气田完成的三口大位移井，井深均超过6 500 m，最深的达到7 296 m，三口井井斜数据如表1所示。以井12为例，井深在1 551～5 963 m，为井斜大于70°的长达4 412 m的稳斜段，在此井段，岩屑等上返难度极大，易形成岩屑床。而在5 997 m以下为5-1/2″的尾管，作业时使用2-7/8″钻具，但因钻具尺寸受限，压力损耗大，循环泵压高，排量受限，更加影响了洗井的效果。此外，在钻井期间，为降低管柱的摩阻，提高钻井效率，可采用油基钻井液作业；而转入完井后，使用水基完井液，需要将油基钻井液清洗干净，由于清洗难度较高，而转用水基完井液后，井筒摩阻明显增加，因此更突显了井筒清洁的重要性。

表1 东海某油气田三口大位移井井斜数据

1.2 射孔作业难度大，作业风险高

三口大位移井，射孔段均位于尾管内，且射孔深度均超过6 500 m，三口井射孔段如表2所示。以井12为例，其射孔段为6 414.5～6 999.5 m，净射孔长为23 m，射孔跨度达到585 m。且在5-1/2″尾管内射孔，采用3-1/2″的射孔枪。射孔管柱的校深通过电缆方式无法下放到位，泵送电缆也无法将仪器串泵送到位。常规校深方案无法满足大位移井的校深需求。射孔后出于管柱及射孔口袋的原因，管柱循环通道无法下放至射孔段以下，射孔段的天然气无法循环出井筒，因此在长达7 000 m的射孔管柱起钻过程中，井控风险非常高。此外，大位移井后期修井的难度非常高，因此一般不考虑后期修井，储层尽可能一次被射开，射孔层位一般尽可能地多，射孔跨度较大，相应的射孔枪断爆的风险也较高。

表2 东海某油气田三口大位移井射孔段

1.3 生产管柱的完整性要求高

大位移井出于其井身结构的原因，因此完井后钢丝作业、连续油管等后期作业很难实现。如果完井管柱的完整性不能得到保障，那么对后期安全生产会是一个严重威胁。而且由于大位移井后期处理手段有限，很难通过其他手段来解决出现的问题，因此在完井作业中，全面把控生产管柱的完整性是作业的一个重要部分。

2 井筒高效清洁技术

井筒清洁处理是完井作业的第一步，也是完井作业的基础。在东海三口大位移井完井作业时，通过两趟刮管洗井作业，完成井筒的高效清洁。

2.1 高效井筒清洁工具

常规使用水基钻井液作业开发井，在完井作业时，刮管洗井管柱仅使用刮管器就能达成清洁井筒的目标。但对于使用油基钻井液的大位移井，仅使用刮管器，很难将井筒清洁干净，因此为保障井筒的清洁效果，需要使用高效的清洁工具。通过三口井的实践探索，在大位移井洗井过程中，以井筒过滤器、套管刷、强磁清洁器、刮管器的组合效果最佳。

刮管器(见图1)主要用于清除套管内壁上的泥饼、水泥环等固相堆积；强磁清洁器用于吸附金属碎屑，加强清除杂质的效果；套管刷(见图2)用于清除套管内壁的浮锈及泥饼等杂质；井筒过滤器(见图3)在起出管柱时将所有工作液导流入内部滤网，实现最终用清洁液清洁全井筒的工作。

图2 套管刷Fig.2 Casing brush

图3 井筒过滤器Fig.3 Wellbore filtrator

2.2 油基钻井液专用套管清洗剂组合

针对油基钻井液，在洗井时，选择使用专用的油基钻井液套管清洗剂，并配合隔离液，增强杂质携带效果。配方(见表3)如下： ①隔离液： 淡水+0.5%PF-XC-H；②清洗液： 过滤海水+0.8%NaOH、钻井水+3%～4%PF-MOCLEAN；③搬土浆。

表3 清洗剂配方Tab.3 Cleaning agent formula

下入刮管清洗井管柱时采用钻杆+多功能井筒过滤器+套管刷+强磁铁+刮管器+牙轮钻头的组合方式，首先采用30 m3搬土浆(如果平台钻井液池受限，则也可不用)+20 m3隔离液+海水组合，循环出井筒中的油基钻井液并回收；其次利用15 m3隔离液+20 m3油基钻井液套管清洗液+15 m3隔离液+海水洗井液组合，将油基钻井液套管清洗液在环空上下顶替三遍；最后反循环清洗井筒直至工作液浊度小于30，并在封隔器坐封位置上100 m下50 m、原钻水泥塞位置、尾管挂顶部等关键位置重点清洗。

2.3 抗磨减阻剂

在大位移井完井中，套管内摩阻是作业的一大难点，因此如何有效地降低摩阻也是作业的一个重点。根据东海地层的配伍性情况，常用的完井液体系有甲酸盐体系、隐形酸体系以及有机盐体系，且均为水基完井液体系。相较于钻井用的油基钻井液体系，摩阻较大。因此寻找合适的抗磨减阻剂成为关键。通过实践证明，在隐形酸体系中使用一种称为CX-300-SWC的润滑剂，可以有效降低管柱摩阻，且和完井液具有较好的配伍性，在井17″尾管海水洗井过程中，原上提、下放悬重分别为260 t、 64 t，替入低摩阻完井液后，上提、下放悬重分别为178 t、 96 t，上提悬重降低31.5%，下放悬重增加50%，通过全井筒摩阻系数反演计算，摩阻系数由0.36降为0.24，下降33.3%，润滑剂明显改善了井筒中完井液的润滑性。但该种润滑剂在甲酸盐体系中，效果不显著，而在有机盐体系中，更存在不配伍的情况。因此，如果能够找到既能和完井液配伍，又能有效降低摩阻的润滑剂，那么对完井作业十分有利。井1使用润滑剂前后管柱悬重对比如表4所示。

表4 井1使用润滑剂前后管柱悬重对比

3 大位移井射孔工艺

射孔是连通井筒与储层的关键作业，射孔的精确度将直接影响投产后的产量。因此要求射孔管柱既要能够精准射孔，又要能够保障井筒安全。

3.1 LWD校深方式

由于大位移井井身结构等因素，常规的电缆校深无法满足大位移井射孔的需求。因此通过在射孔管柱上携带随钻LWD工具，测量地层伽马和套管同位素标记的位置，同时现场精确丈量射孔枪的第一发弹到伽马定位仪的距离，以实现管柱的精确定位，消除电缆测井工具无法到位的问题。LWD的数据信号传输以井筒内工作液为载体，将LWD工具下至套管同位素以下，开泵并控制排量在仪器适用范围内，匀速缓慢上提管柱测量，对比获得校深结果。如图4所示。

图4 校深对比曲线Fig.4 School depth curve comparison

在LWD校深时，为避免校深时循环压力过高，对射孔枪安全起爆产生影响，因此在LWD校深时，需要控制循环压力使其不能过高。而在大位移井中，超长的管柱及复杂的井身情况，导致即使在较小的排量下，也具有较高的循环压力，若在安全压力限制下，达不到LWD仪器工作的排量，则将无法使用LWD仪器。因此，为避免发生上述情况，在刮管清洗井管柱时(刮管洗井时泵压不受限制)，带随钻LWD仪器，提前进行管柱预校深作业，测得管柱的拉伸量以及尾管挂的顶部深度，并在管柱上做好标记。在下射孔管柱时，保持射孔枪以上的管柱与刮管时预校深的管柱一致，这样即使在射孔校深时无法使用LWD，也可以根据预校深结果对射孔管柱进行校深，此方法的精确度满足射孔需求。在预校深时应注意，在替入完井液后进行预校深，应保持与射孔校深时的井筒内工作液状态一致。

对于使用LWD仪器校深的射孔管柱，在设计时应考虑以下三点： ①LWD设计位置在套管同位素以上5 m左右为佳，校深时将LWD下至套管同位素以下，开泵上提进行校深，当测出套管同位素后，继续上提即可到达预定位置，不用改变管柱上行、下行状态；②射孔管柱大小钻具变扣接头，与尾管挂距离以20 m以内为最佳，既能保证LWD校深时管柱的下放距离，又可以通过变扣定位尾管挂辅助校深；③射孔管柱设计的最大下放距离，要在井筒口袋的范围内。

3.2 射孔管柱结构优化

根据射孔需求，如果有尺寸合适的LWD仪器，可以在尾管中使用，则携带随钻LWD仪器的射孔管柱组合为： 枪头+下部压力延时点火头+射孔枪+上部压力延时点火头+盲堵加压接头+循环接头+减震管柱+LWD工具+滤网接头+震击器+小钻具+变扣接头+大钻具。

如果没有小套管内可使用的LWD仪器，则可在上一层套管内使用大尺寸的LWD仪器，射孔管柱组合为： 枪头+下部压力延时点火头+射孔枪+上部压力延时点火头+盲堵加压接头+循环接头1#+减震管柱+小钻具+循环接头2#+变扣接头+大钻具+LWD工具+滤网接头+震击器+大钻具。

为保障射孔管柱的安全，在大位移井射孔管柱中，设计了多道安全保险。一方面，射孔点火头采用上下两级点火头，以保障射孔引爆的成功率，如果射孔跨度较大，则可以设计多级射孔，将长的夹层段隔开，降低断爆风险。另一个方面，在LWD工具下连接减震管柱，降低射孔瞬间管柱震动，保护LWD仪器，并在LWD工具上方连接滤网接头，避免大的碎屑和编织物等杂质进入LWD仪器，影响工具性能。此外，对于使用大尺寸LWD仪器的管柱，由于LWD仪器工作排量较高，因此将循环孔上提至尾管以上，以有效降低循环泵压。

3.3 井控安全作业方式

大位移井的井控难度要高于常规井，一旦发生井控问题，则需要较长时间进行起下钻等作业。为了兼顾LWD仪器工作，将循环孔上提到尾管以上，会导致循环通道离射孔段较远，使得井控风险较高。为保障射孔后起钻作业的安全，在射孔后循环压井期间充分循环，并根据需要进行短起下作业，短起下时间不能少于4 h，起钻速度控制在30 m/h以内，监测气全量在3%以内。起出射孔管柱后，根据现场情况，可以再单独下入一趟循环排气管柱，对射孔段进行充分循环排气，为后期下生产管柱提供稳定的井筒条件。

4 优化生产管柱，保障管柱完整性

完井生产管柱的完整性，是保障井筒长期安全生产的关键。在完井管柱设计和施工中，要充分考虑配产、携液、气举诱喷和井筒完整等方面。

4.1 管柱结构选择

根据油藏开发需求和钢丝作业能力等，选择合适的工具优化完井生产管柱。若油藏要求后期需要进行修井等措施，则提前考虑修井可行性方案，使用插入式回接生产管柱，管柱组合为： 导向引鞋+油管+插入式封隔器+定位插入密封总成+油管+气举阀+井下安全阀+油管+油管挂，分两趟下入生产管柱，通过可回收插入式封隔器回接。

为验证下入油管的密封性，在生产管柱下入过程中需要钢丝投堵，对油管试压。由于钢丝作业下深安全井斜在55°以内，因此无法实现一趟钢丝作业下堵塞器至管柱底部。进行试压作业时，需要考虑分段钢丝作业投堵试压。为解决大井斜段造成的钢丝作业难的问题，有两种解决方案。一种是在封隔器以上分段安装尺寸逐级变化的坐落接头，通过下管柱期间，在各级坐落接头上投堵试压。另一种是使用油管内封隔器，钢丝作业投油管内封隔器至预定深度，坐封后进行油管试压，油管试压后取出油管内封隔器。

一趟管柱下至井底的生产管柱，使用V0级别的油管携带式永久封隔器作为生产封隔器，以确保油套环空密封性。封隔器坐封采用投球打压方式作业，主方案采用剪切球座+不可溶球，并备用固定球座+可溶球，以确保封隔器能够有效坐封。

4.2 油管的选择

选择油管尺寸时，根据油藏配产要求以及地层流体性质，通过软件校核确认管柱尺寸和钢级。通过地层流体性质分析以及地层温压情况，确定管材的防磨材质，选择合适的管材材质。同时考虑管材成本、安全余量、井筒复杂性和管材库存情况等，最终确定管柱尺寸。

4.3 油管的下入

为保障生产管柱的质量，应严格监控气密油管的下入质量。为此在东海总结经验教训，形成了一套现场作业的标准作业流程，以保障气密油管的下入质量。气密油管下入作业的标准作业流程前后效果对比如表5所示。

下入气密油管作业前，召集相关单位人员召开技术协调会，安排相关单位和人员分工作业。

生产管柱的下入程序如下：

(1) 油管吊装，就位至钻台。提前在坡道上铺设油管位置的橡胶垫，吊装所用配套工具，且不能损伤油管本体、外涂层及标记，吊装时确保所有油管公扣、母扣端带有螺纹保护器；使用长度大于1 m的标准塑质通径规，对单根气密油管进行通径，卸掉螺纹保护器后，使用干净的棉布擦净公扣端，检查公扣端螺纹，螺纹及密封面上不能有手指可碰到的毛刺、划痕、腐蚀坑及肉眼明显可见的刀痕、磨痕和微裂纹等缺陷，若有以上缺陷，则须更换，否则不能入井。

(2) 涂抹丝扣油、对扣。使用软毛刷，沿螺纹方向均匀涂抹满足标准要求的气密性油管螺纹脂。对扣前检查吊卡是否与井口对中，对扣时，在母扣端安装对扣器，使用对扣器对扣。

(3) 引扣、手动旋扣、紧扣。使用皮带钳对气密性油管人工引扣，引扣后正转至产生扭矩；使用无牙痕钳牙的油管钳，在钳牙与油管的接触部位垫220目硅丝网，对气密性油管上扣；气密性油管的上扣扭矩值要与油管厂家推荐的标准相匹配；上扣扭矩采用时间-扭矩、圈数-扭矩两种方式同时监控。

(4) 生产管柱通径试压。管柱在下入过程中或者到位后应做正压试验。在管柱下入过程中或到位后，应对井下管柱进行钢丝作业通径。

(5) 生产管柱下放。生产管柱上提、下放应平稳，上提高度以刚好打开吊卡(提出卡瓦)为宜，下放卡瓦时应减少冲击载荷。控制生产管柱的下放速度，并以管柱自动灌液速度和井下工具承压能力等参数确定。下油管过程中，应派专人观察和记录井口完井液返出情况，记录管柱排代量和悬重变化情况，如果发现异常情况，则应采取相应措施。油管下井的深度须达到设计要求，复查油管下井与未下井根数与送井油管总数是否相符。

表5 气密油管下入作业的标准作业流程前后效果对比

5 结 语

通过理论和实践的双重标准，验证了东海三口大位移井以及大位移井完井技术的可行性，满足了井筒清洁、射孔安全、管柱可靠的要求。

(1) 大位移、大斜度、长稳斜、低返速井段，宜采用高效清洁工具，并分趟完成全井筒的刮管洗井，满足井筒的清洁要求。针对油基钻井液的井筒，使用专用的油基钻井液套管清洗剂以降低油基钻井液的清洗难度。根据井筒摩阻情况，选择合适的、配伍良好的完井液润滑剂，可以较好地改善井筒摩阻条件。

(2) 根据井筒情况，在无法使用电缆校深时，可通过射孔管柱携带LWD仪器，进行随钻校深，也可精确定位。射孔管柱采用LWD校深，不仅要在LWD工作排量下考虑泵压对射孔点火的影响，还要考虑井控安全和管柱安全。

(3) 通过油管的分段钢丝作业试压，确保管柱密封性、采用V0级别的油管携带式封隔器保障油套环空密封、通过剪切球座+不可溶球与固定球座+可溶球配合保障封隔器坐封安全。以此保障管柱的完整性，为大位移井长期的安全生产提供保障。