摘要：莺琼盆地东方1-1气田87hSa井是中海石油(中国)有限公司湛江分公司所钻的一口目的层埋藏较浅的浅层水平井，该井的作业过程比较复杂：Φ311.15mm第二次开钻，第一个井段钻到目的层顶部后，由于地层的物性较差，打水泥塞回填整个井眼后，重新侧钻了第二个Φ311.15mm井眼，造成井眼轨迹变化大，摩阻扭矩大；后续的Φ244.5mm套管没有下到井底，留下677m的“口袋”，而在2930～3015m井段存在一个必封的水层。后续经过广泛的技术咨询，结合项目的实际情况，决定采用水平井筛管顶部加尾管，对尾管段注水泥封固水层的工艺技术，最后高效完成了该井作业。为此，介绍了这套筛管顶部注水泥工艺技术的基本原理、管柱结构、主要的配套工具、配套工具的优化选择，详尽分析了整个工艺过程以及每项作业的重点、难点和相关措施，总结了该套工艺技术的方案设计和现场实践等方面的经验，以期为今后类似井的作业提供借鉴与参考。

关键词：莺琼盆地；东方1-1气圈；水平井；优质防砂筛管；悬挂器；分级箍；管外封隔器；盲板短节

    莺琼盆地东方1-1气田87hSa井是中海石油(中国)有限公司湛江分公司所钻的一口目的层埋藏较浅的浅层水平井，该井的作业过程比较复杂：Φ311.15mm第二次开钻，第一个井段钻到目的层顶部后，由于地层的物性较差，打水泥塞回填整个井眼后，重新侧钻了第二个Φ311.15mm井眼，造成井眼轨迹变化大，摩阻扭矩大，后续的Φ244.5mm套管没有下到井底，留下677m的“口袋”，而在2930～3015m井段存在一个必封的水层。后续经过广泛的技术咨询，结合项目的实际情况，决定采用水平井筛管顶部加尾管，对尾管段注水泥封固水层的工艺技术^[1～2]，最后高效完成了该井作业。

    莺琼盆地东方1-1气田地层由上到下为：上新统的莺黄组(分为一、二、三、四段)，中新统上的莺黄组底部，中新统中的梅山组，中新统下的三亚组。其中BThSa井的目的层是莺黄组二段，岩性主要是灰色泥岩与灰色泥质粉砂岩、细砂岩成不等厚互层，目的层埋深在1357m左右。

    B7hSa井的作业水深是63m，Φ762mm隔水导管入泥67m。Φ444.5 mm井段深1243m，Φ339.7mm套管下深1239.15m。第二次开钻Φ311.15mm井段钻进到3201m。由于地层显示较差，决定对井眼回填(回填水泥塞：3190～3040m、2800～2650m；侧钻水泥塞：1358.6～1208.57m)，重新侧钻新的Φ311.15mm井段，侧钻井段深3571m，Φ244.5mm套管下深2894m(套管遇阻，没有下到井底)。第三次开钻Φ215.9mm井段，对于Φ244.5mm套管没有下到位留下的Φ311.15mm老井眼，下通井钻具通井检验，老井眼通井困难，憋泵憋扭矩，决定放弃该老井眼段，下注水泥塞钻具，打侧钻水泥塞(3023～2843m)，重新侧钻新的Φ215.9mm井段，完钻井深4006m。

    B7hSa井是老气田的调整井，表层井段的防碰任务艰巨。本井轨迹一开始就需要扭方位防碰，后续的第二次开钻井段又对第一个井段进行回填，侧钻新的井眼，新井眼的Φ244.5mm套管未下到位，回填剩余老井眼侧钻Φ215.9mm井段。所以整口井的井眼轨迹比较复杂，且目的层垂深浅，由于Φ311.15mm井段稳斜角大、稳斜段长、水平位移大等原因，造成在后续的Φ215.9mm井段作业中，摩阻扭矩大，钻进扭矩最高达到23000lb·ft(1lb·ft=0.13826kgm，下同)，钻进作业困难，井下风险大，且很多时候钻完一柱，接上新的立柱后，顶驱低转速根本无法转动起来。

    BThSa井的Φ244.5mm技术套管下到2893m遇阻，后续采取各种措施处理没有效果后，决定就地固井(留下677m的井眼段)。由于Φ311.15mm井段的2930～3015m是水层，Φ244.5mm技术套管没有封住水层段，为避免因水层和目的层处于同一裸眼井段而发生产层“水淹”，所以必须对水层进行固井封堵。后续作业方案：①下入Φ177.8mm尾管封固水层段，利用Φ152.4mm井眼钻水平段，下入Φ114.3mm筛管管柱完井；②开钻黟215.9 mm井眼，下入Φ177.8mm筛管+Φ177.8mm尾管，利用分级箍对水平段筛管顶部的尾管段注水泥固井，封固水层，满足开发需要。最后，甲方项目组通过对两种方案的综合对比分析，决定选用第二种方案完成该井后续作业。

    水平井筛管顶部注水泥工艺技术，将尾管注水泥固井技术和带管外封隔器的筛管完井技术结合在一起，主要利用筛管和管外封隔器实现主力油层筛管完井，上部通过管外封隔器、盲板短节、分级箍来实现筛管顶部的尾管注水泥固井。其施工工艺要点是：将完井管柱下入到设计位置，首先膨胀下部的管外封隔器，然后打开分级箍，对筛管顶部需要封固的尾管段注水泥；而后下钻钻掉管柱中的水泥塞及附件，最后下入完井生产管柱^[3]。

    水平井筛管顶部注水泥工艺技术复杂，使用的井下工具多一一增加的主要工具有分级箍、管外封隔器、悬挂器和盲板短节^[4]。

    1) 由于这套工艺技术的配套工具多且每个工具的设定位置也是非常重要和不可改变的，所以能否保证整个管柱串的顺利下到设计位置，是关乎整个作业成败的首要因素。

    2) 下完筛管及尾管后，由于分级箍失效或提前打开，不能全部完成憋压一管外封隔器胀封一+打开分级箍一关闭分级箍的施工工序，给整个施工过程带来不明朗的判断。分级箍无法正常打开时，则需要对尾管段射孔后，进行注水泥作业。

    3) 分级箍的内部件材质的选择需兼顾强度与可钻性，若偏重于强度，则在钻分级箍时耗时长，钻具定点转动时间长，对套管的磨损严重。

    4) 憋压打开分级箍关闭套后，由于高压射流瞬间冲击地层，严重破坏井壁，致使环空憋压而不通，无法建立循环，筛管顶部的尾管段注水泥失败。

    5) 由于分级箍内腔通径小于管串内径，选择钻分级箍及盲板短节的钻头或工具时只考虑管串内径，导致间隙太小，钻屑块大而堆积，出现硬卡。另外，分级箍、盲板短节和水泥塞及附件携带钻屑不干净，对后续的下生产管柱造成影响。

    6) 筛管管柱复杂，特别是管外封隔器，其外径大，增加了整个管柱的下钻难度。另外，分级箍与盲板之间的两个管外封隔器在高压下失效，不能封固环空，不能形成对后续的水泥浆的支撑作用，未能成功实现对上部必封段的封固，导致整个工艺流程失败^[5]。

    7) 悬挂器要求带封隔器，而且要求悬挂器卡瓦为内置型且流道大，以保证下管柱过程的安全及同井安全。另外，还要求悬挂器的性能稳定可靠邸]。

    B7hSa井Φ311.15mm井段的完钻井深是3571m，井斜角85°，其后的Φ244.5mm套管下深2894 m，没有下到设计深度(套管鞋离井底有677m的裸眼段)。后续打侧钻水泥塞回填剩余的老井段，下钻探水泥塞面2791m，钻水泥塞至2901m(钻头出套管鞋7m)，划槽休整水泥面，定点循环造台阶，控制机械钻速等措施开始侧钻作业，钻进至2909m确认侧钻Φ215.9mm井段成功。侧钻Φ215.9mm井段至4006m完钻，整个裸眼井段长1112m。

    侧钻Φ215.9mm井眼钻进过程中，钻进至井深3388m，做中途短起下，采用倒划眼起钻修整井壁，清洁井眼，在侧钻井段，适当降低转速、降低排量，在分叉点处小心操作，以免破坏隔墙。完钻后，对全井段倒划眼起钻，修整井壁，清洁井眼，小心操作，保护好隔墙部分。通过反复的上下修整，保证侧钻井段的井眼轨迹光滑，井壁干净。起钻前，调整钻井液性能，提高钻井液的润滑性。

    管柱组合：RF-154FF浮鞋+RF-140MT密封筒+变扣接头(Φ139.7mm LTC P*Φ139.7mm FOXB)+ Φ139.7mm FOX筛管+Φ139.7mm FOX盲管+变扣接头(Φ139.7mm FOX P*Φ139.7mm LTC B)+完井循环滑套总成(Φ168.3mm LTC B*Φ139.7mm LTC P)+变扣接头(Φ177.8mm BTC B*Φ168.3mm LTC P)+ Φ177.8mm套管2根+Φ177.8mm盲板短节+Φ177.8 mm套管1根+Φ177.8mm管外封隔器+Φ177.8mm套管1根+Φ177.8mm管外封隔器+分级箍+Φ177.8mm套管适量+Φ244.5mm*Φ177.8mm顶部悬挂器+送入工具。

3.3.1 送管柱到位

    B7hSa井的井眼轨迹相对复杂，井斜角大，整个的管柱在套管内的下放摩阻已经达到60t，几乎没有剩下多少钻具悬重，管柱串出套管鞋后，后续的送入钻具全部改用Φ127mm加重钻杆，增加送入管柱重量，以克服管柱下入需要的摩阻，累计使用30柱的Φ127mm加重钻杆，保证了后续管柱下入需要的重量，顺利将管柱下到设计深度。

3.3.2 坐挂尾管悬挂器，胀封管外封隔器，打开压差式分级箍

    管柱串下至预定深度后上下活动释放摩阻后称重，记录实测悬重，调整好钻具方余。缓慢开泵憋压至1500 Dsi(1psi=6.895kPa，下同)，停泵，稳压5min，后憋压慢慢下放钻具，观察悬重表悬重变化情况，当悬重下降至送入钻具浮重时，并且实际观察到的钻具下放距离接近计算值时，说明尾管悬挂器成功坐挂。

    通过各种参数确认尾管悬挂器已经成功坐挂后，卸掉憋压值，重新缓慢开泵，憋压至2000psi左右对管外封隔器进行胀封。为了确保管外封隔器涨封，可以反复的多次卸压，然后缓慢开泵憋压至2000psi(憋压至最高不能超过2200psi)，涨封管外封隔器。

    裸眼管外封隔器胀封完成后，卸掉憋压值，缓慢开泵蹩压至2800psi，观察压力变化情况，如果看到压力下降，且井口出现返出，说明已经成功打开固井分级箍。如果一次憋压未能打开固井分级箍，则需要反复多次的憋压，重复此动作，完成固井分级箍的打开动作。

3.3.3 尾管悬挂器送入工具倒扣

    确定成功打开了固井分级箍且井口返出等参数都正常后停泵，在保证悬挂器下压2～10t的情况下，转盘上坐好钻杆卡瓦，进行正转倒扣。初步确认送入工具已经倒松后，试着将尾管悬挂器缓慢提至中和点以后，再继续上提0.6～1.2m(但最多不要超过1.5m)。如果此时的悬重是送入钻具的浮重，说明送入工具倒扣成功，后将上提的钻具缓慢放回，使尾管悬挂器下压至少5～10t，准备注水泥作业。

3.3.4Φ177.8mm尾管段注水泥作业和分级箍关闭

    按照固井设计进行尾管固井作业。首先要逐渐开泵至正常的循环排量，观察返出及其他参数是否正常，在确保井下正常的情况下，循环钻井液2周，保证井眼干净，后按照固井设计进行尾管固井作业，整个作业过程顺利完成。

    替浆过程中，按照设计的替浆量，替浆至大小胶塞复合前2m³，适当降低排量至1000L/min，注意观察压力表的胶塞复合情况，确认复合后再恢复正常替浆排量。按照设计的替浆量，替浆后期降排量至800L/min，碰压至2550psi关闭分级箍(顶替水泥浆的循环

泵压2100psi，附加450psi的附加压力)，稳压10min，压力稳定，卸压检查回流，正常。至此，注水泥和关闭分级箍过程顺利完成^[6]。

3.3.5 座封尾管悬挂器上的封隔器，拔出送入工具的中心管

    在固井碰压和关闭分级箍完成后，缓慢上提送入钻具至中和点后再上提2m，然后再下放钻具，使尾管悬挂的封隔器受压25t，座封封隔器，稳压3min。为了确保封隔器的成功座封，可以反复多次此动作，但是此位置一定不能提高超过2m，以免把密封芯子提出而导致不能试压。按设计要求从环空对封隔器进行试压，试压2000psi/10min。试压结束后，先缓慢卸搏环空的压力，然后向钻具内正憋压1000psi，缓慢上提钻具，当看到压力突然下降时，立即钻具内快速开泵，冲出悬挂器顶部的这部分多余水泥浆，且循环时注意活动钻具。循环干净井筒中的多余水泥浆后，起出送入钻具，候凝。

    防砂管柱及固井管柱主要的工具位置，筛管底深度为3903.63m，回接筒顶深度为2784.74m，分级箍顶深度为3232.10m，管外封隔器座封顶深度为3248.55m、3233.27m，盲板短节顶深度为3263.78m，洗井滑套顶深度为3290.79m。

    组合钻水泥塞及套管附件钻具，Φ152.4mm牙轮钻头+浮阀接头+Φ95.25mm的钻铤9根+Φ88.9mm钻杆54根+变扣接头+p127 mm钻杆。下钻探水泥塞面，关防喷器对水泥塞以上的套管内试压2000psi/10min。钻水泥塞及尾管附件(分级箍处是第一个人工井底)，严格控制钻进的参数，控制钻速，保证水泥塞及附件尽量破碎成小部分，利于钻井液的及时的携带，保证井筒干净。钻井参数：2～1Oklb(1lb=4.4482N，下同)，30r/min，900～1500L/min，770～200psi，6500～9500lb·ft。钻进过程中，间断的替入稠浆对井眼进行清扫。

    钻进至井深3251.58m，离盲板短节还有12.2m，循环井筒干净，关防喷器对井筒和分级箍进行试压，满足作业需要。为了保证后续的完井生产管柱顺利下放，对分级箍及水泥塞段进行上下的反复修整，循环井筒干净。

    继续钻水泥塞及盲板短节至井深3272.41m，考虑到盲板短节的材质是满足可钻性的铝合金材料，为了尽量降低破损材料对后续下完井生产管柱的影响，严格控制钻进参数，控制钻进速度，保证携带干净。钻井参数：1～5klb，30r/min，1500～2000L/min，1400～2100psi，4000～10000lb·ft。钻进期间适时的顶替稠浆清扫井筒，上下大范围的活动钻具对盲板短节的位置进行修整^[7]。

冲洗刮管管柱下钻至井深3290.7m(洗井滑套位置)，遇阻20klb，上下活动，缓慢下压，旋转管柱，开小排量或开小转速活动，均无法通过遇阻点。后续结合反循环冲洗后，也无法通过遇阻点。决定在此位置替入完井液和破胶液，起出冲洗刮管管柱，起钻过程中测得地层漏失速度为0.6m³/h。

生产管柱按照计划下至设计的位置，油管挂坐到位，安装采油树及试压，坐封生产封隔器，油管内加压3900psi剪切坐封球座，下小直径管氮气诱喷，完成整口井的完井作业。

    1) 水平井筛管顶部注水泥工艺，管柱相对比较复杂。而这套工艺技术的实现，管柱上增加了循环滑套、盲板短节、管外封隔器及分级箍。为了保证管柱串按照设计下到预定的深度，首先在钻进过程中，在满足地质油藏开发需要的基础上，减少井眼轨迹的突变，防止出现螺旋轨迹，保证轨迹的光滑；其次，完钻后一定要采用措施(短起下钻或倒划眼等措施)，保证井眼畅通，干净；再次，下管柱前，调整好钻井液性能，提高润滑性，减少摩阻^[8]。

    2) 盲板短节是这套工艺技术实现的一个重要的工具。盲板短节加在管串上，截断了环空和套管内部的通道，实现后续动作的憋压需要。另外，也可以使用一个反向单流阀来实现此目的(反向单流阀，正向是不通的，可以憋压，反向可以实现通道)。盲板短节是双向密封的，可靠性更好，而且即使后续管外封隔器没有全部涨封或者损坏时，都不会造成固井水泥浆倒返进套管内部(水泥浆在压差的作用下会经过筛管注入套管内)，水泥浆下沉造成对油层的影响，而这恰恰是反向单向阀的缺点。反向单向阀的优点是，减少下套管过程中的风险，减少下套管过程中的灌泥浆时间，同时也可以避免因下套管过程中的压力激动引起压差式分级箍变形以及水力激荡引起分级箍提前打开的风险。通过对于这两种装置的分析对比，最终选择使用了双向密封的盲板短节^[8]。

    3) 管外封隔器也是保证这套工艺技术成功实现的一个重要的工具。管外封隔器封隔了套管和地层之间的环空间隙，实现下部的产层和上部的地层的隔离，也起到对固井水泥的支撑作用，防止水泥的下沉。目前，针对Φ215.9mm水平井段，配套的管外封隔器一般有Φ139.7 mm(对应的胶皮外径是Φ152.9mm)和Φ177.8mm(对应的胶皮外径是Φ195.2mm)的两种，结合材料准备以及工艺过程的实现，筛管顶部的尾管使用Φ177.8mm的，对应选择Φ177.8mm的管外封隔器，由于其外径较大，给管柱的下入会带来影响^[8]。另外，考虑到管外封隔器的胀封效果以及从降低作业风险的角度考虑，本井采用了两个管外封隔器，其间加上一根尾管距离，且管外封隔器的位置选择除了考虑封固段长度需要外，应尽量放在井眼轨迹光滑、井径没有突变的泥岩段。

    4) 分级箍是实现注水泥过程的另一个重要的工具。分级箍主要由本体、碰压座、关闭套、打开套及关闭塞组成。分级箍目前使用较多的是投球憋压打开式和液压作用压差打开式。考虑到技术的发展以及整个工艺工程的流畅，最终选择使用压差作用打开式。分级箍在注水泥作业前，憋压，钻井液传递压力，分级箍的打开套上行，分级箍的循环孔打开，而在注水泥结束后，钻杆胶塞与尾管胶塞复合后，到达分级箍，坐于胶塞座上，靠钻井液传递压力，胶塞推动关闭塞下行来关闭分级箍，分级箍关闭后有白锁功能。分级箍的上下接头内径与套管内径一致，但要小于关闭套内径，起下钻及钻除作业时可以有效地保护关闭套免遭损伤，全部附件均由可钻性好的橡胶或铝质材料制成且具有防转机构，方便后续钻除^[9]。为了保证关闭套的成功关闭，在替浆最后直至碰压前，在替浆泵压允许的情况下，应该尽量开大排量，增加压差值，以便更利于分级箍的关闭。碰压结束，稳压，停泵，井口卸压力，检验关闭套是否真正关闭，若回流不断，应继续再次关闭，且第二次应该附加比第一次更大的压力。多次试验均不能关闭分级箍时，则需要憋压候凝，直到卸压检查没有回流为止。

    5) 整套工艺技术的主要流程：憋压坐挂尾管悬挂器一憋压胀封管外封隔器一憋压打开分级箍一碰压关闭分级箍，可以看到整套的作业过程都是通过憋压来实现的。因此工具入井前必须准确的设定每个工具的压力级别，保证作业过程的顺利实施。尾管悬挂器的坐挂压力设置为1500psi，管外封隔器的涨封压力设置为2000psi，分级箍的液压打开压力设置为2800psi。

    6) 这套工艺技术能够得以实现，另一个重要的步骤是下钻去除水泥塞及胶塞、分级箍、盲板短节，连通上下部分的生产通道。分级箍、盲板短节等工具，去掉可钻的材质附件后，通径应与套管内径一致，在工具的选择上应该把好关。钻进过程中一定要精心操作，调整好钻井液性能，保证携带干净。另外，应该严格的控制钻井参数，坚持少钻多活动，防止金属物、水泥块或其他杂物堆积引起套管内硬卡钻。另外，对于分级箍关闭失效的情况下完成固井的，分级箍内腔有可能没有充填足够的水泥，在钻分级箍时，易脱落较大的金属物，更要小心应对，避免套管内硬卡。在分级箍和盲板短节间，钻进时可能会有放空现象，应遵循控时原则，坚持多拉多划，有效扩大内腔尺寸^[9]。

    1) 这套工艺技术是完井下防砂筛管技术、常规的尾管固井技术以及一些配套特殊工具的综合配套应用。

    2) 井眼准备是保证整个工艺各个工序正常顺利施工的前提条件。

    3) 为了尽量简化施工过程，确保工艺成功，悬挂器(带封隔器型)、分级箍、管外封隔器选用液压式；悬挂器的坐挂压力、分级箍的打开压力和管外封隔器的胀封压力均按照不同的压力级别设置；改进型的胶塞底部结构与尺寸，满足关闭分级箍的要求；尾管、固井相关工具和附件的扣型相匹配，通径和外径尽量相一致。

    4) 分级箍的内部材质选择兼顾强度与可钻性，若偏重于强度，则在钻分级箍耗时长，钻具定点转动时间长，对生产套管磨损严重。憋压打开分级箍的关闭套后，由于高压射流瞬间冲击地层，会严重破坏井壁，可能致使环空憋压而不通，无法建立循环，所以分级箍的位置选择，在满足一般要求的前提下，应该尽量放在产层以上塑性较差的泥岩段，避免放在物性好的砂岩段^[10]。

    5) 对于其他一些主力目的层上存在多个非主要油气层的井，如果仅仅为了实现封隔，满足主力层位的开发，可以使用管外封隔器来实现；但是如果是考虑到以后对这些现在的非主力油气层进行开发，可以在这些层位下入尾管，进行固井封隔，也为水平段的主力油层开采枯竭后，这一封闭的过渡区域内非主力油层的射孔开发提供了可能。这也是这套筛管顶部尾管注水泥工艺技术以后一个更广泛的潜在应用^[11]。

[1] 皇甫洁，张全胜，李文波.水平井筛管顶部注水泥技术的应用[J].钻采工艺，2007，30(4)：161-162.

[2] 赵金洲，张桂林.钻井工程技术手册[M].北京：中国石化出版社，2007.

[3] 曾嵘.尾管固井工艺在水平井BP1井的应用[J].钻采工艺，2003，26(6)：19-20.

[4] 何仕宝，常忠勇，廖富国，等.云安21井深井尾管同井技术[J].钻采工艺，2003，26(6)：16-18.

[5] 郭建国.深井、大斜度井尾管悬挂固井工艺[J].石油钻采工艺，2005，26(2)：9-11.

[6] 马开花，马兰荣，陈武军.高压油气井尾管回接固井新技术[J].石油钻采工艺，2005，27(3)：22-23.

[7] 陈生瑁.水平井完井与测试技术[M].北京：科学技术文献出版社，1991：31-79.

[8] 张宏军，张伟.潜山裂缝型油藏完井固井工艺技术研究[J].钻采工艺，2007，30(1)：126-127.

[9] 刘爱锋，张宏军，王建仓，等.强水敏油藏水平井完井同井新工艺[J].石油钻采工艺，2008，30(3)：132-134，138.

[10] 张伟，张宏军，朱静.全橡胶ECP在阶梯式水平井完井固井中的应用[J].石油钻采工艺，2008，30(3)：49-51.

[11] 张明昌，李学义.管外封隔器在高压低渗油藏完井中的应用[J].石油钻采工艺，1999，21(2)：45-47.

 

(本文作者：邵诗军¹ 赵苏文² 陈江华¹ 赵宝祥² 陈浩东¹ 1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司；2.中海油能源发展股份有限公司监督监理技术分公司)