气举反循环清砂技术的特殊应用

陆爱华， 刘 璞， 崔航波， 双志强， 周津捷， 张静严, 喻建祥

(1中石油塔里木油田公司 2重庆市涪陵页岩气环保研发与技术服务中心 3成都西南石大石油工程技术有限公司)

塔里木哈得奥陶系及哈拉哈塘油田属碳酸盐岩储层、“孔-缝-洞”复合型油气藏，顶部岩性主要为泥质灰岩及泥晶灰岩，泥质含量高，较疏松易垮塌，钻井时井漏失返严重。由于井壁失稳，流体不断冲刷，使井筒裸眼段产层发生垮塌砂埋。自2009年投入开发以来，生产过程中因生产压差加大，地层压力和应力释放，导致地层垮塌出砂现象严重，截至目前，累计发现130井次产层被埋(砂柱高3.32～1 603.89 m)，年影响原油产量4×104t以上。

塔里木超深碳酸盐岩存在以下问题：①超深井(7 000 m左右)，冲砂排量受限，井漏失返，(冲)捞砂效率低，卡钻风险大，捞砂成功率仅20%，捞至井底成功率仅54.5%；②作业周期长，平均单井捞砂时间高达22.33 d；③施工安全隐患大,因现有传统井下作业工艺技术已不能满足油田日益复杂的井况需求。针对塔里木的特殊复杂井况，国内外可借鉴的成熟经验较少[1-4]，气举反循环技术是油气井“井底负压”钻探技术前沿领域，因其特殊的反循环工艺，具有井底压力小、上返流速高、携砂效果好等特点，在水文地质钻井、水井和大口径工程等施工井中得到了广泛的应用[5-11]。本文结合工程实际，利用气举反循环技术进行清砂作业，验证了该技术在修井作业的适用性，这是对新技术的一个探索，也为解决世界级超深大漏失层碳酸盐岩裸眼沉砂快速处理技术难题提供了一种新的处理技术思路。

一、技术原理

1. 配套设备

气举反循环配套设备主要包括空压机、注气龙头、双壁钻杆、气水混合器、单壁钻杆、钻铤、钻头等。其中，双壁钻杆的连接扣型与油气井常规设备扣型相同，可与钻井设备直接连接；钻头是在常规牙轮钻头基础上进行改造，钻取中心部位直径约为50 mm的水眼[12-13]，并同时封堵其他水眼。

2. 工艺流程

空气经过空压机注入双壁钻杆芯管内部(即双壁钻杆的内管和外管之间的环状间隙)，气相流体沿双壁钻杆进入井筒，在双壁钻杆下部的气水混合器位置被喷入双壁钻杆内管，并与返排液相流体进行混合，在双壁钻杆内腔形成无数小气泡，气泡一面沿内管迅速上升，一面膨胀，形成低密度的混相流体，从而产生气举作用，此时井底为负压状态(即钻杆内腔的压力小于井眼的压力)。形成的压力差促使环空内流体向下移动，同时，使钻杆内腔的液体向上移动，形成循环。

当井底流体流速达到一定值时，连续不断地携带井底岩屑经钻头底部进入钻杆内腔，形成液、固二相流。液、固二相流在沿钻杆内腔上升到气水混合器的位置时，与喷入钻杆内腔的压缩空气混合形成气、液、固三相流。气、液、固三相流继续沿钻杆内腔向上移动，最终流出地表，进入地面循环系统。净化后的钻井液通过泥浆泵经压井管汇重新注入井筒环空中，致使环空内流体携带井底的岩屑通过钻头中心部位的水眼进入钻杆内部，再经过气水龙头、水龙带等设备进入沉砂池，混相流体通过自由沉淀，分离混相流体中各相，再通过自由流动的方式，将液相流体运移至井口环空。至此，建立了气举反循环技术在修井作业中的循环系统。

二、特殊的技术改造

1. 塔里术油田X井基本情况

(1)地下水源丰富。该井地下水源丰富，在修井作业中，能够保持井内水位稳定。

(2)沉砂严重。在进行捞砂作业前，井内沉砂24.87 m，严重影响油田正常生产。

(3)捞砂作业成功率低。在对该井进行捞砂作业期间，多次出现卡钻、堵水眼、井塌等井下二次复杂情况，见表1。

表1 X井进行捞砂作业出现的井下二次复杂情况

2. 技术改造原理

在汲取了前期捞砂作业失败的经验基础上，充分考虑井下的特殊情况，对气举反循环技术进行了改造，如图1所示。

捞砂作业中，地层能够自发地补足排出井口的液量，使井内始终能够保持液位稳定，这是该井的特殊情况。因此，根据该井的特殊性，可以对气举反循环工艺进行具有针对性的改造。

图1 气举反循环技术改造原理示意图

双壁钻杆上下连接单壁钻杆(即井内钻具呈“单-双-单”形式)进入井筒，压缩气体经旋转控制头从井口泵入井筒环空，使井筒内液面维持在一定深度，此时井筒环空持续带压。

气相流体由双壁钻杆进入井筒，与返排的液相流体进行混合，在上部单壁钻杆内腔形成低密度混相流体，分散气泡沿内管迅速上升的同时发生膨胀，从而达到气举作用。由于双壁钻杆上部具有一定数量的单壁钻杆，使井内气举行程增大，气举效果更为明显，同时减少了双壁钻杆使用量，缩减了作业成本。

三、技术应用

1. 钻具组合

钻具组合自下而上：Ø95 mm三牙轮钻头+2A30×2A10变扣+Ø60.3 mm钻杆21根+Ø60.3 mm短钻杆1根+2A11×NC35推盘变扣+Ø120.7 mm钻铤4根+NC35×210变扣+211×Ø139.7 mm母变扣+Ø139.7 mm沉砂管8根+Ø139.7 mm公×210变扣+Ø73 mm钻杆+211×310变扣+Ø88.9 mm钻杆+311×NC40变扣+Ø88.9 mm双壁钻杆30根+反循环注气阀+NC40公×310变扣+Ø88.9 mm钻杆+311×NC40变扣+Ø88.9 mmGS短钻杆1根+NC40×310变扣+Ø88.9 mm短钻杆1根+六棱方钻杆至井口。

2. 应用情况

在对该井进行多次捞砂作业尝试失败后，采用改造后的气举反循环技术进行捞砂作业。

2.1 作业过程

下负压捞砂管柱至6 759.83 m，制氮车反循环注气，开转盘负压循环捞砂至6 797.52 m(人工井底6 800 m)，钻压0.5～3 t，无进尺，下压推盘6～8 t三次位置不变，捞砂井段6 772.36～6 797.52 m，累计进尺25.16 m，压力7.3 MPa，转速40～50 r/min，流量1 200 m3/h。

2.2 应用情况

捞砂作业过程中，突破了常规先捞砂再下单封丢手裸眼防砂尾管工艺技术，采用先下丢手自由裸眼防砂尾管，再下捞砂管柱气举捞砂，将捞砂与防砂工艺合二为一，实现了边捞砂，边下压坐实丢手自由防砂尾管，达到了及时防砂目的。捞砂作业后的井身结构如图2所示。抽油杆悬挂器距井口7.75 m,自上而下组合为：Ø28 mm钢杆91根、扶正器8个×734.27 m×742.02 m,Ø25 mm钢杆154根、扶正器2个×1 404.95 mm×2 147.07 m,Ø22 mm钢杆33根、扶正器3个301.4 m×2 448.57 m,Ø22 mm拉杆×9.2 m×2 457.77 mm,Ø57 mm杆式抽油泵×12.17 m×2 469.82 m。

图2 X井捞砂作业前井身结构图

2.3 应用效果

首次尝试“捞砂+防砂”一体化特殊气举反循环清砂新工艺并获成功，一次性进尺22.39 m，振动筛出口返出细砂约33 L，沉砂池(锥形罐内)粉砂60 L，后起捞砂管柱沉砂管内清理出地层砂约305 L，共捞获井底沉砂约398 L。

该井捞砂作业完，注气120 m3，注水2 189 m3，焖井后，自喷生产，油压16 MPa，日产液128 t，日产油95 t，含水25.41%，成功使闲置两年的长关井恢复产能。

四、结论

(1)针对该井的特殊性，在几次捞砂作业失败后，对气举反循环工艺进行了改造和探索性地尝试，并取得了成功，一次性进尺22.39 m，共捞获井底沉砂约398 L，取得了显著增油效果，延长油井寿命周期，大幅提升了油井采油效率与油井利用率，对国内外类似大漏失层典型井的沉砂问题处理具有重要借鉴意义，推广应用前景广阔。

(2)作业过程突破了常规先捞砂再下单封丢手裸眼防砂尾管工艺技术，创新性地采用先下丢手自由裸眼防砂尾管，再下捞砂管柱气举捞砂新工艺，将捞砂与防砂工艺合二为一，实现了边捞砂，边下压坐实丢手自由防砂尾管，达到及时防砂目的。这为彻底解决疏松岩性碳酸盐岩储层捞砂过程中重复垮塌的技术难题，提供了新的技术处理思路。