春風(fēng)油田作為超稠油開采的重要陣地，長(zhǎng)期面臨著諸多棘手難題。淺薄層超稠油開發(fā)過程中，井口抬升、冒汽現(xiàn)象頻發(fā)，儲(chǔ)層的高孔高滲以及高泥質(zhì)含量更是導(dǎo)致油層損害嚴(yán)重，大幅降低油井產(chǎn)能。這些問題不僅增加了開采成本，還對(duì)開采效率和油井壽命構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。2022 年，鉆井科研人員攻克難關(guān)，成功研發(fā)斜直井預(yù)應(yīng)力固井技術(shù)與封堵性聚合物鉆井液油層保護(hù)技術(shù)。這兩項(xiàng)技術(shù)聚焦春風(fēng)油田超稠油開采難題，為提升開采效率與油井壽命打下了基礎(chǔ)。

鉆井面臨的復(fù)雜挑戰(zhàn)

春風(fēng)油田的地質(zhì)條件給鉆井工作帶來了重重困難。從原油特性來看，這里的原油粘度極高且變化范圍大。排6井油藏溫度 26℃時(shí)，50℃條件下原油粘度竟達(dá) 126300mPa·s；排602井油藏溫度 30℃，50℃時(shí)原油粘度為 11188 mPa·s。這種高粘度的原油增加了開采的難度，對(duì)鉆井設(shè)備和工藝提出了更高要求。

儲(chǔ)層方面，埋藏淺是一大特點(diǎn)，深度僅在 200—600m 之間，溫度也較低，處于 20—30℃，油層壓力在 3—6MPa 范圍。儲(chǔ)層厚度薄，一般為 2—5m，孔隙度處于中—高范圍，為 20—30%，滲透率中等—高，在 100—650×10-3μm2。此外，儲(chǔ)層粘土含量高，泥質(zhì)含量大于 10%，水敏性極強(qiáng)，水敏指數(shù)≥94.32%，這使得儲(chǔ)層極易因外界因素發(fā)生污染損壞。

這些地質(zhì)特點(diǎn)衍生出一系列技術(shù)難點(diǎn)。在鉆井過程中，巖性膠結(jié)疏松、欠壓實(shí)，導(dǎo)致井壁穩(wěn)定性差，極易出現(xiàn)坍塌、井漏等事故，嚴(yán)重影響鉆井進(jìn)度和質(zhì)量。而蒸汽吞吐開采方式，使得套管頻繁經(jīng)歷熱脹冷縮，熱應(yīng)力不斷交替，不僅造成套管變形、井口抬升，還破壞了固井質(zhì)量，引發(fā)串層串氣，給井下安全生產(chǎn)帶來巨大隱患。同時(shí)，儲(chǔ)層的高滲透率和高粘土含量，使得粘土水化膨脹、顆粒運(yùn)移，降低了滲透率，污染了儲(chǔ)層，最終導(dǎo)致油井產(chǎn)能下降。

預(yù)應(yīng)力固井技術(shù)保障鉆井安全

面對(duì)春風(fēng)油田鉆井中井口抬升、套管損壞等問題，預(yù)應(yīng)力固井工藝技術(shù)成為關(guān)鍵解決方案。在技術(shù)選擇上，春風(fēng)油田排 601 南區(qū)、排 601—20 區(qū)塊、排 612 區(qū)塊等淺薄層超稠油油藏，在蒸汽吞吐開采過程中，受周期注汽影響，井口普遍出現(xiàn)抬升、冒汽現(xiàn)象，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。經(jīng)過廣泛調(diào)研，決定采用卡瓦式熱采套管頭 + 預(yù)應(yīng)力地錨工具進(jìn)行預(yù)應(yīng)力固井，這一選擇有效減緩了井口抬升和冒汽現(xiàn)象，基本滿足了現(xiàn)場(chǎng)開發(fā)需要。

現(xiàn)場(chǎng)采用了卡瓦式熱采套管頭（圖 1）?？ㄍ呤綗岵商坠茴^ TRZ 10 3/4”×7”-30，內(nèi)通徑 254mm，安全懸掛能力≥900KN。其獨(dú)特設(shè)計(jì)在于頂端油層套管的上部預(yù)留了 0—500mm 的上升空間，這一巧妙的預(yù)留設(shè)計(jì)，使得在注汽時(shí)，即便油層套管柱受熱膨脹伸長(zhǎng)上升，也不會(huì)造成井口裝置高度的變化。而且，該套管頭使用了可長(zhǎng)期在 400℃高溫下實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期密封的非橡膠材料，有效解決了井口密封難題，確保在高溫高壓環(huán)境下井口的密封性，為鉆井作業(yè)提供了可靠保障。
 
 
圖1 卡瓦式熱采套管頭
同時(shí)采用了預(yù)應(yīng)力固井地錨（圖 2）。它主要由主體、中心管、一級(jí)錨抓、二級(jí)錨抓和引鞋等組成。一級(jí)短錨抓適應(yīng)縮徑、堅(jiān)硬地層井眼，二級(jí)錨抓適應(yīng)疏松、擴(kuò)徑地層井眼，兩級(jí)錨抓沿軸向方向呈 90°對(duì)稱分布，并設(shè)防錨抓鎖死機(jī)構(gòu)，防止下井過程意外打開。錨爪張開外徑最大可達(dá) 520mm，這種設(shè)計(jì)使得地錨能夠適應(yīng)不同的地層條件，牢固地錨定管柱，確保在蒸汽吞吐過程中管柱的穩(wěn)定性。
 
 
圖2  預(yù)應(yīng)力地錨結(jié)構(gòu)示意圖
1、連接絲扣（7″BTC）  2、膠塞座  3、阻流環(huán)  4、循環(huán)孔  
5、中心管  6、一級(jí)錨爪  7、主體  8、二級(jí)錨爪  9、引鞋
在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，施工工序嚴(yán)謹(jǐn)且有序。首先，將地錨聯(lián)接于完井管柱底端并下入到位，投球起壓打開錨爪，錨定管柱，這一步確保了管柱在井下的穩(wěn)定性，為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。繼續(xù)升壓憋通浮箍，建立循環(huán)通道，保證固井過程中水泥漿的順利循環(huán)。接著進(jìn)行正常固井，投膠塞固井碰壓，泄壓，完成固井的基本操作。之后，根據(jù)計(jì)算結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)施工情況提拉套管至設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，利用熱采套管頭里面的卡瓦座掛，實(shí)現(xiàn)懸掛、密封，確保套管在井下的正確位置和密封性。最后，切割套管頭以上部分套管，安裝套管頭上部分，至此施工完畢。

經(jīng)過在春風(fēng)油田排 601 南區(qū)、601—20 區(qū)塊的應(yīng)用，效果顯著。目前絕大部分井均進(jìn)入第二、三輪次注汽開發(fā)，試驗(yàn)井均未出現(xiàn)井口抬升、冒汽現(xiàn)象，所有油井含水量正常，也均未出現(xiàn)水竄問題。這充分證明預(yù)應(yīng)力固井技術(shù)可有效延長(zhǎng)油井生產(chǎn)周期，避免井口抬升及套管損壞問題，為鉆井作業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

鉆井液油層保護(hù)技術(shù)提升油層保護(hù)效果

除了井口和套管問題，油層保護(hù)也是春風(fēng)油田鉆井過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。封堵性聚合物鉆井液油層保護(hù)技術(shù)的出現(xiàn)，為解決這一難題提供了有效途徑。

該技術(shù)的油層保護(hù)機(jī)理基于一種獨(dú)特的封堵型聚合物彈性微球（圖 3）。在無須明確預(yù)知孔喉尺寸的情況下，這種微球能在井壁上快速形成一層韌性強(qiáng)、滲透性極低的封堵層。這層封堵層就像一層堅(jiān)固的屏障，有效阻止鉆井液侵入油層，對(duì)孔徑分布范圍較大的油層產(chǎn)生有效的暫堵，克服了傳統(tǒng)屏蔽暫堵技術(shù)對(duì)地層孔隙尺寸的依賴。而且，這種封堵層具有良好的可逆性，只要消除過平衡壓力，封堵層的作用就將削弱，只要有反向流動(dòng)，封堵層就會(huì)被清除，不會(huì)對(duì)油層產(chǎn)生永久損害，恢復(fù)油井產(chǎn)能，無需額外的解堵作業(yè)，大大降低了解堵作業(yè)成本，同時(shí)也減少了對(duì)油層的二次傷害。

聚合物彈性微球主要由膠束聚合物、可變形的彈性粒子和填充加固劑三部分構(gòu)成，通過膠束聚合物在儲(chǔ)層表面形成封閉膜、彈性顆粒的擠壓變形及擴(kuò)張充填封堵以及填充加固劑的填充作用來實(shí)現(xiàn)高效的儲(chǔ)層保護(hù)性能（圖3）。
 
圖3 聚合物膠束封閉膜作用機(jī)理示意圖
（1-聚合物，2-聚合物膠束，3-聚合物膠束形成的低滲透率可變形封閉層）
聚合物彈性微球主要由膠束聚合物、可變形的彈性粒子和填充加固劑三部分構(gòu)成。膠束聚合物具有油溶和水溶兩親特性，可在井壁巖石表面迅速大量吸附。當(dāng)達(dá)到臨界濃度時(shí)，聚合物在巖石表面發(fā)生締合，形成疏水微區(qū)，疏水微區(qū)有一個(gè)疏水的內(nèi)核，由聚合物的疏水基團(tuán)構(gòu)成，外層由聚合物的親水鏈段包裹，形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到穩(wěn)定。隨著聚合物濃度的增加，在井壁上形成不同尺寸的大量膠束，并且聚合物由鏈內(nèi)締合發(fā)展到鏈間締合，從而在巖石表面形成封閉膜。這層封閉膜為后續(xù)的封堵工作提供了基礎(chǔ)框架。

可變形的彈性粒子具有較好的彈性，當(dāng)進(jìn)入巖石孔隙后有一定的擴(kuò)張?zhí)畛浜蛢?nèi)部擠緊壓實(shí)的雙重作用。其可變形性使其能夠適應(yīng)具有不同形狀和尺寸的孔隙或裂縫，像一個(gè)個(gè)靈活的 “小衛(wèi)士”，緊密填充在孔隙中，有效阻止鉆井液的侵入。填充加固材料則進(jìn)入由彈性材料和聚合物膠束形成的封堵層微孔隙，進(jìn)一步降低封堵層的滲透率，增強(qiáng)封堵層的強(qiáng)度，提  高封堵層的承壓能力，使封堵層更加堅(jiān)固耐用。

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，彈性微球在春風(fēng)油田排 601—20 區(qū)塊排 601—X439、451 井進(jìn)行了試驗(yàn)，同臺(tái)井排 601—X 441、452 使用油保材料非滲透處理劑進(jìn)行對(duì)比。在同臺(tái)井儲(chǔ)層變化不大的情況下，排 601—X 439、X451 井使用聚合物彈性微球后，平均周期累油 549t，生產(chǎn)時(shí)間 86t，油氣比 0.536，回采水率 1.301；而使用非滲透處理劑的 3 口井，平均周期累油 384.5t，生產(chǎn)時(shí)間 44t，油氣比 0.306，回采水率 0.324。彈性微球作為油保材料的油井主要生產(chǎn)指標(biāo)要遠(yuǎn)優(yōu)于使用非滲透處理劑的油井，充分說明彈性微球能夠有效減少春風(fēng)油田高孔高滲儲(chǔ)層的污染，提高單井產(chǎn)能，為鉆井過程中的油層保護(hù)提供了可靠的技術(shù)支持。