冻胶阀技术在全过程欠平衡钻井中的应用.doc

冻胶阀技术在全过程欠平衡钻井中的应用 文 涛，夏宏南，段飞飞，屈胜元，严维锋（长江大学石油工程学院，湖北 荆州 434023） [摘要]：针对欠平衡钻完井所面临的不能直接敞开井口进行起下钻、下完井套管串和套管阀存在的结构复杂及只能一次性使用等问题，开展了冻胶阀工艺技术研究；通过室内及现场试验对冻胶阀进行性能评价，形成了能适应不同条件的冻胶阀工艺技术，较好地实现了全过程的欠平衡钻井完井作业，且具有施工工艺简单和成本低优势，目前取得的研究成果已经在现场试验中得到了充分验证。 [关键词]：全过程；欠平衡；完井；冻胶阀 采用欠平衡钻井技术钻进储层，循环流体产生的井底压力小于地层压力，储层中的流体在压差的作用下流入井筒并上返出井口，因此，不能直接敞开井口进行起下钻、下完井管串等作业。为安全顺利有控制地实现起下钻和完井作业，目前主要借助不压井起下钻装置或套管阀等辅助设备来完成。 1 不压井起下钻装置 不压井起下钻装置主要包括液压动力系统、举升系统、卡瓦系统等，安装在钻台面以上，通过液压举升系统和卡瓦在管具上提供一定的力，克服井口压力对钻具的上顶力。但实践证明，不压井起下钻装置在使用前需要大量时间安装设备，使用过程中需要大量时间实现起钻和下钻作业，延长了起下钻的时间，增加了钻井费用。 图1 不压井起下钻装置 2 套管阀技术 套管阀是连接在技术套管上，能把空井筒从套管阀处分隔成上下两段的井下封井器，其优点是能实现包括筛管等复杂管串在内的各类管串的顺利下入。采用套管阀实现欠平衡钻井和完井存在两个主要问题： 一是套管阀结构较为复杂，入井后一旦失效，几乎没有补救措施； 二是套管阀为一次性使用设备，价格高昂。 2005年，吐哈油田红台2－15井氮气钻井获得了重大油气突破，采用不压井起下钻装置进行欠平衡起下钻和下油管作业，采用裸眼完井，开采过程中地层出砂严重，影响生产。红台2－17井三开氮气钻进13m便自动点火成功，起钻过程中发现安装在技术套管上的套管阀气密封失效，在没有其它更好完井技术的情况下，被迫转为常规钻井液钻井。 由于完井技术单一，严重制约了欠平衡钻井技术的发展。因此，寻求适应性强、成本低、风险小、工艺简单的欠平衡钻井和完井技术显得尤为迫切。目前在各油田推广应用的主要是利用冻胶段塞封隔井筒的欠平衡钻井完井技术，简称冻胶阀技术。其思路是采用作业井自产原油配合冻胶阀/泥浆帽，在没有不压井起下钻装置和套管阀的条件下进行起下钻、下筛管和下油管等钻井完井作业，达到降低欠平衡钻井成本和简化欠平衡钻井完井工艺的目的。 2冻胶阀及其工艺技术研究 1）冻胶段塞具有“阀”的功能，并具备以下特点： （1）由冻胶或冻胶与重浆帽组成； （2）在套管内形成； （3）处于常“关闭”状态； （4）能通过复杂的管串结构； （5）能平衡地层压力； （6）作业完成后，通过特定工艺恢复环空畅通。 图2 冻胶阀 2）欠平衡钻井对冻胶阀的性能要求： （1）具有一定强度和耐压性； （2）具备良好的静态和动态隔离密封功能，与套管壁形成静态密封，与钻完井管柱形成动态密封； （3）具有一定的穿透性，各种工具能顺利穿透冻胶； （4）具备返排彻底性，作业结束后冻胶能返排至地面。 目前吐哈油田开发出了两种性能的冻胶：低摩阻冻胶阀和高摩阻冻胶阀。低摩阻冻胶阀配合重浆帽适用于地层压力系数高于原油密度的油井、含气油井、低压气井、高压气井等各种类型的井。高摩阻冻胶阀仅依靠冻胶和套管壁之间的摩阻来平衡地层压力，完成起下钻和完井作业，适用于所有类型的井。 冻胶阀性能： （1）穿透性： 油管靠自身重量能顺利穿透冻胶阀。模拟测井工具管串（ф127mm+ф89mm）能顺利穿越冻胶。 （2）破胶性：加入一定浓度的破胶剂，可在相应时间内彻底破胶。 3 冻胶阀技术的应用 表1 冻胶阀技术在吐哈油田的应用情况表 井号 欠平衡钻井筛管完井 完钻井深（m） 地层压力系数 冻胶体积（m3） 长度 （m） 压井液或泥浆（m3） 注入方式 效果 备注 鸭940 3100 0.822 ４ 240 无 钻杆注入 有效 牛东8-12 1850 1.04 4.6 230 无 钻杆注入 有效 青2-10 4902 1.15 6.1 352 18 钻杆注入 有效 冻胶阀+泥浆 马207 795 0.7 ４ 100 无 钻杆注入 有效 牛东89-912 1710 0.65 6 300 无 钻杆注入 有效 以下为冻胶阀技术在某口井的应用实例： 油藏性质：稠油油藏；目的层：志留系中有5个油层，压力系数0.5左右；油层顶部为气层，气层压力系数为0.6～0.7左右；稠油密度为0.894g／cm3；稠油塑性粘度为60000mPa.s。 图3 井身结构图 冻胶阀注入深度：1000m；