非常规水平井多段钻塞完井工艺在泌页HF1井的应用

潘朝军

河南油田分公司井下作业处，河南 南阳473132

摘要：非常规水平井钻桥塞完井作业工艺技术，是开采页岩油气等非常资源的需要，目前还存在着诸多难题。在泌页HF1井钻桥塞施工中，通过选择带压施工装置，配套钻桥塞工具，设定施工参数，历时4天，仅用一支钻头就实现了在1042米水平段，钻桥塞14个，冲砂钻进达170.93米，开创了非常规钻桥塞的新记录。

[关键词] 非常规水平井 带压施工装置 工具组合 钻桥塞

一、主要技术对象和难点

页岩油气在美国已进入大规模勘探开发和迅速发展阶段，年产量1200亿方，占其天然气总量13%，目前非常规油气勘探开发在国内呈迅速发展之势。河南油田在泌阳凹陷开展页岩油气勘探，安深1井（直井）页岩层大型压裂获最高日产4.68立方米的工业油流，使得泌阳凹陷成为国内首个陆相页岩油勘探突破的地区。根据美国对页岩气等非常规资源开采的经验，采用水平井开采工艺是其目前最主要的技术，为提高非常规资源的开采效益，甚至提出了“井工厂”的概念。因此非常规水平井钻桥塞完井作业工艺技术，是开采页岩油气等非常资源的需要，也是主要的技术手段之一。但非常规水平井具有井段长、多井段压裂后，井下桥塞多、井况复杂的特点，给后期完井带来了较大的困难。

目前非常规水平井钻桥塞完井作业工艺，其主要技术难点，一是要采用不压井作业技术，它作为油田无污染作业工艺的重要组成部分，适应大环境发展和市场的

需求，代表着井下作业技术的发展方向。二是作业效率问题，水平井多段塞（桥塞多），还有压裂支撑剂的沉积等，直接影响到钻塞管柱的设计，是影响作业效率的关键。同时钻塞循环液的选择，也直接影响到钻塞的时效和经济效率。

二、主要研究内容

1、技术路线：

在技术调研和试验带压作业井口不喷、返出液带压、不压井的基础上，提出了采取：一是作业机起下钻、井口控制为主、井下控制为辅的不压井作业技术路线，保证起下管柱不发生井喷；二是套压保持一定压力，保持在钻塞过程中，钻塞碎屑的返出，即使是发生钻塞管柱临时停泵，也不影响钻塞碎屑的上返的技术思路，来保护钻塞管柱；三是利用压裂返排液，添加微量增粘剂，作为钻塞循环液，即增加返出液的携带碎屑的能力，又保证了井内液体的配伍性，不造成地层污染和伤害。 2、指标的确定

一是带压作业技术参数的确定：

(1)压力等级。按照防喷器压力等级的选用原则，压力等级确定为35MPa。(2)防顶力。在套管放喷的情况下，作业过程中形成的气油乳化段塞压力较低，经计算，上顶力不超过50kN，故防顶卡瓦卡紧力设计为100kN。(3)通径确定。井口油管挂直径为159mm，井下工具直径为115mm以内，故确定装置通径为180mm。(4)控制方式确定。采用液压控制，能在30s内实现封井，同时增设了储能器、远控台和手压泵，能在特殊情况下实现封井。

二是套压参数选定和钻塞管柱设计、钻塞操作控制。

三是钻塞循环液的选定。

三、应用情况

泌页HF1井是部署在南襄盆地泌阳凹陷深凹区的一口以主探页岩油为目的的水平预探井，于2011年11月17日完钻，完钻井深3722.0米，完钻垂深2432.11米，完钻层位H3Ⅲ。

1 泌页HF1井基本情况

1.1 泌页HF1井基础数据

表1 泌页HF1井基础数据表

地理位置 构造位置 河南省唐河县王集乡吕庄村东500m处 南襄盆地泌阳凹陷深凹区 2011.04.23 井 别 水平预探井 开钻日期 完钻日期 2011.11.17 完井日期 2011.12.10 完钻层位 H3Ⅲ 完钻井深(m) 完钻垂深(m) 3722m 2432.11 地面海拔(m) 131.28 补心海拔(m) 联入(m) 138.78 水泥返深(m) 地面 人工井底(m) 井位坐标 3651.02 7.10 完井方法 横Y：3811892.61 射孔完成 纵X：19627054.99 井深(m) 最大井斜 ° 方位角 ° 下入 深度 (m) 井底位移(m) 水泥 返深 (m) 阻流 环深 (m) 井 钻头尺寸×深度 套管名称 外径 壁厚 钢级 固井 身 (mm×m) (mm) (mm) 9.65 J-55 405.91 2599.51 1853- 3702 地面 质量 结 444.5×406.91 表层套管 339.7 构 311.1×2601.0 技术套管 244.5 11.05 P-110 地面 合格 3660.60 215.9×3722.0 油层套管 139.7 10.54 P-110 地面 1.2 压裂施工数据

泌页HF1井于2011年12月27日至2012年1月8日，历时13天完成了下入14级电缆桥塞，压裂15段的大型施工任务，累计泵注入井液22129立方米，累计加砂799.6吨。

图4 泌页HF1压裂后井身结构示意图

1.3 试油放喷情况

从2012年1月9日开始放喷，用8毫米的油嘴控制放喷，到1月18日，油压从32兆帕降到12.9兆帕，累计产水3400立方米，产油1.6吨，产气256立方米;从1月19日到1月30日，逐步用8、7、6毫米的油嘴控制放喷，油压从12.9兆帕降到2兆帕，累计产水5636立方米，产油165吨，产气6531立方米。

2 钻桥塞方案选定

2.1 操作要求

为了保证钻桥塞时，便于碎屑返排，最好的办法是，在钻塞之前，让套管保持有一定的压力。非常规压裂后钻塞工艺技术，在河南油田从没有施工过，如何保证这次施工做到万无一失，我们进行了多次论证分析，结合贝克休斯公司技术服务人员制定了一套比较详细的方案。

2.1.1 由于水平段较长达1000多米，电缆桥塞达14个之多，在压裂过程中难免在桥塞上部沉积一定量的砂子，如何保证钻塞后使桥塞的碎屑和砂子返出地面，决定利用地层的自身能量，当压裂后套压下降到2兆帕时开始钻塞施工。 2.1.2 为了保证能钻塞的顺利进行，采用了带压施工装置。 2.2 钻塞排量的确定

根据钻塞工具型号、井下套管内径，初步确定排量为200升/分钟、320升/分钟、500升/分钟，并要求在井口试验对应各种排量的压力。 2.3 钻塞施工泵压的确定

施工泵压的高彽，决定着施工的成败，控制泵压过彽，不能使砂子返出地面，

容易形成砂堵，控制泵压过高，容易损坏井下螺杆钻，造成新的井下事故。施工泵压设定在15兆帕。 2.4 钻塞施工钻压的确定

由于下入的螺杆钻直径仅为73毫米，整个钻塞过程都是在水平段，一方面井太深钻压不太容易控制，另一方面钻压若太大，容易使螺杆钻堵塞，造成螺杆钻上部油管反转，使油管脱扣。因此，钻塞时钻压应控制在5～10千牛。 2.5 钻塞液体的选择利用

该井压裂主要使用的滑溜水、线性胶，这些液体与地层的配伍性都得到了认可，压裂后放喷时有大量的返出液，如何利用这些返出液，我们也进行了详细分析，由于桥塞较多，在钻塞时也需要大量液体，根据钻塞方案的要求，我们对返出液进行了测试，最终决定使用返出液进行钻塞，再配制300立方米的线性胶，粘度要达到40毫帕秒，每钻完一个桥塞后，再用新配制的液体15～20立方米，顶替到井底，利用这些高粘度液体将井底的碎粒携带到地面，确保不造成卡钻事故。 2．6钻桥塞工具组合

该钻具组合主要有磨鞋、液压马达、双循环接头（带球座、4个剪钉、带破裂盘）、液压应急丢手工具（带球座、3个剪钉）、双单向阀和震击器组成，其主要作用是：

2.6.1 磨鞋 主要是磨铣桥塞

2.6.2 液压马达 主要是将液体的动能转化为旋转力，带动磨鞋磨铣桥塞。 2.6.3 双循环接头（带球座、4个剪钉、带破裂盘） 主要作用是当钻塞管柱从磨鞋或液压马达处堵死没法循环时，可从此处再次建立新的循环，起出井下工具。 2.6.4 液压应急丢手工具（带球座、3个剪钉） 主要作用是当整套钻具遇卡后，

经过各种处理，都没法解卡时，可投球打压从此处脱开起出以上管柱，再进行下步处理。

2.6.5 双单向阀 主要作用是一方面在带压下管柱时，起到密封油管的作用，另一方面是在整个钻塞过程中接单根油管加深时，不让环空中的具有碎硝的液体返回到液压马达中，避免损坏液压马达。

2.6.6 震击器 在钻塞的过程中，由于水平段较长，桥塞多达14个，如果稍一不慎就有可能造成卡钻事故，这时可用震击器活动震击解卡。

3 钻桥塞施工

3.1 安装带压作业井口

3.2 布置压裂车、摆放储液罐及循环管线

考虑到本次施工桥塞多达14个，为了确保在钻塞过程中不出现因施工泵压不稳定造成的卡钻或使钻具落井事故，我们采用二台2000型压裂车并联施工，由于压裂车上的定压装置安全准确可靠，在这次施工中发挥了巨大作用。 3.3 组装钻具

按照组合图组装钻具，并在井口试验，确保下入井中后能正常钻进。 3.4 下钻

由于采用了带压施工，所以，刚开始下钻的速度不会太快，当下入管柱的重量大于悬重时，要控制下钻速度不能超过10米/分钟。在经过井内有限制的地方,下放速度应减小到5米/分钟。如造斜点和狗腿度大的井段，每下入400米做下上提测试,并记录悬重、下放速度。

3.5 下钻到水平段的时候做上提下放测试。

3.6 在下到桥塞坐封深度以上15 米时停止下放，做上提下放拉力测试， 记录上提