Hydraulic套管開窗工具在南海西部油田的首次應用

趙蘇文,段澤輝,顧純巍,羅 鳴,徐一龍

(1.中海油能源發展股份有限公司監督監理技術分公司,廣東湛江524057; 2.中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東湛江524057)

Hydraulic套管開窗工具在南海西部油田的首次應用

趙蘇文1,段澤輝2,顧純巍2,羅 鳴2,徐一龍2

(1.中海油能源發展股份有限公司監督監理技術分公司,廣東湛江524057; 2.中海石油(中國)有限公司湛江分公司,廣東湛江524057)

南海西部油田的潿洲11-1N-A12井是一口探邊注水井,該井采用威德福公司最新型的液壓磨銑套管開窗工具在9-5/8”套管內進行開窗側鉆,僅用一趟鉆就實現了定向、座掛、開窗、修窗和鉆進新地層14.12 m,大大節約了鉆井時間。介紹了威德福公司的Hydraulic套管開窗系統的組成部件及工具的優點,分析了如何在開窗作業過程中進行鉆井參數控制,總結了關于工具的送入、脫手、定向和窗口質量控制等方面的一些經驗,可以為以后類似井的套管開窗作業提供技術參考。

海洋鉆井;斜向器;隨鉆測量;套管開窗;修窗

為了降低海洋鉆井昂貴的費用投入,海洋石油鉆井作業者經常在一個較小的井口平臺上鉆多口叢式井,由于平臺井眼數量有限,利用套管開窗技術鉆側鉆井就變得越來越廣泛。

由于海洋作業的特殊性,通過對老井的開窗側鉆,可以實現平臺的挖潛生產,延長生產平臺的使用年限,最大限度的實現生產平臺的開發效益;對于復雜井,在可以實現地質油藏目的的前提下,放棄下部的復雜井段,從上部套管內開窗側鉆,是一種經濟,有效的處理方法,具有廣泛的應用價值;對于海洋探井,主井眼結束后,從上部套管內開窗側鉆,實現另一口探井的作業,減少移井位等拆遷和遷裝作業時間,大幅度地降低了勘探成本。

套管開窗側鉆是一種特殊的工藝,其基本原理就是在選定的施工井段某位置下入一個斜向器,待固定后利用斜向器的導斜和造斜作用,使用專用的磨銑工具,把銑鞋推向套管一側,在套管側面開窗,然后按設計方位側鉆出套管并進入一定深度的地層[1]。

潿洲11-1N-A12井是南海西部油田的一口探邊注水井,在主井眼完鉆后發現油藏邊界無油的情況下,作業者臨時決定改為注水井,由于9-5/8″套管下深較深,在裸眼段側鉆無法滿足地質油藏中靶要求,決定采用套管開窗側鉆。

該井利用威德福公司最新型的Hydraulic磨銑套管開窗工具,整個開窗工藝流程較復雜,本文將該工具的特點及開窗作業流程做了詳細的描述,可為以后類似的開窗側鉆作業提供技術參考。

1 井眼概況

潿洲11-1N-A 12井是南海西部油田的一口常規定向井。該井作業水深39 m,30”隔水管入泥37 m,13-3/8”套管下深1 039.5 m,9-5/8”套管鞋深度2 513.08 m,三開8-1/2”井段的完鉆深度為3 203 m,未下套管;該井140 m就開始造斜,至完鉆井深時,井斜為50.7°,井斜方位86°,垂深2 130.2 m,水平位移2 220.3 m。在主井眼未發現油跡的情況下,改該井為注水井,于是進行臨時棄井,在裸眼段注三個回填水泥塞,分別是3 185～2 985 m,2 985～2 785 m,2 785～2 600 m,整個裸眼段回填后,在9-5/8”套管鞋處注水泥塞,深度為2 600～2 461 m,見圖1。

圖1 潿洲11-1N-A12井井眼概況Fig.1 Hole summary of Weizhou11-1N-A12 well

2 Hydraulic套管開窗工具介紹

目前國內外有很多廠家具有先進磨銑套管開窗技術、工具和作業能力,其中以貝克休斯公司和威德福最為突出。作業者從油田自身特點入手,綜合考慮井口操作簡便、廠家工具系統的性能、現場應用及現場工程師經驗等因素,選用了威德福公司的套管開窗產品。這套9-5/8”Hydraulic Quick-Cut磨銑套管開窗系統工具是威德福公司最新研發的,與以往的套管開窗工具相比,它具有如下優勢:

(1)不需下橋塞和人工激活座掛錨定。該系統是液壓座掛斜向器,與以往的開窗工具相比,該系統不需要在斜向器底部下入橋塞或其它人工底來激活座掛錨定,其中ACCU TSET系統安裝于導向磨鞋及斜向器內保證了液壓激活座掛錨定的可靠性,該工具的結構如圖2。

圖2 Hydraulic QU ICK-Cut套管開窗工具Fig.2 Hydraulic QU ICK-Cut casing sidetracking tool

(2)只需一趟鉆就能實現定向、座掛和開窗口。與以往開窗工具比較,該系統的自動化程度有了大幅度提高。

(3)各個部件的設計更加合理。該系統的主要組成部分為底部錨總成、斜向器、開窗磨鞋、擾性磨鞋、擾性接頭和隨鉆測量工具。其中液壓錨外徑為8”,斜向器外徑為8”,斜坡為3°,開窗磨鞋外徑為8-1/2”,扣型為431,擾性磨鞋外徑為8-1/ 2”,扣型430X431,各部件的設計都有一定的改進。

3 磨銑套管開窗作業

3.1 井眼準備

在9-5/8”套管鞋處注水泥塞后,大排量循環2周,一方面沖洗多余水泥,另一方面沖洗9-5/8”套管內壁,以確保套管內壁干凈,避免下開窗側鉆工具前的通井作業[2]。

3.2 鉆具組合

鉆具組合:8”液壓錨定式斜向器+8-1/2”導向磨鞋+8-1/2”撓性磨鞋+1根5”加重鉆桿+ MWD工具+6根6-1/2”鉆鋌+9根5”加重鉆桿。鉆具中用到撓性接頭及加重鉆桿,有利于降低鉆具組合的剛性。

3.3 斜向器座掛

(1)下鉆:下鉆至1 863 m(9-5/8”套管內)上下活動鉆具,釋放下鉆過程中的扭矩,準確掌握上提和下放摩阻,保證井下鉆具處于自由狀態。

由于這套開窗側鉆工具的特殊性,加上這口井的井斜大,而且從1 039.5 m后都是50.7°的長穩斜段,所以在下鉆過程中一方面必須嚴格控制下放速度和不能轉動鉆具,另一方面必須嚴格控制下鉆的遇阻量,避免開窗側鉆鉆具在下鉆過程中下部的斜向器和上部的磨鞋鉆具被提前剪斷[3]。

下鉆過程中遇阻量不能超過30～40 kN,下放速度應控制在10 m/m in以內;輕提輕放卡瓦,不允許猛提猛放;鎖緊轉盤和頂驅,不允許轉動鉆具;原則上不允許開泵,如果開泵,要求嚴格控制排量在斜向器的座掛排量內(以海水計算,斜向器的座掛排量2 200 L/min)。

(2)調試MWD:下鉆至開窗點1 873 m,緩慢開泵到1 500 L/min后觀察10 min,如果MWD無變化,再用海水繼續緩慢開泵到1 900 L/min循環,觀察MWD,直至信號正常穩定;

(3)斜向器定向:要求斜向器坡面的方位為45°左右,結合該井的定向井資料,調整工具面至42°,多次確定工具面正確,且儀器信號穩定后,鎖定工具面;

(4)座掛底部錨和剪斷連接螺栓:繼續開泵至斜向器的座掛排量到2 000 L/min(排量大于2 000 L/min則底部錨自動座掛),座掛斜向器的底部錨。在此排量下,下放25 t剪切連接螺栓,上提鉆具0.5 m(該位置為中和點)后下放鉆具來確認連接螺栓被剪斷;再次上提鉆具至中和點,將頂驅扭矩控制在22.5 kN·m范圍內,低轉速轉動頂驅,鉆具自由轉動,扭矩正常,說明斜向器的底部錨座掛成功,連接螺栓被成功剪斷。

3.4 套管開窗

完成液壓座掛斜向器底部錨和剪切連接螺栓后,開始進行套管開窗作業。開窗過程中,最關鍵是要控制好開始的鉆井參數[4],本井套管開窗最主要的鉆井參數為:開始0.6 m,鉆壓9.8～19.6 kN,轉速50～60 r/min,排量控制在1 500～1 800 L/min;0.6～1.5 m,鉆壓控制在9.8～19.6 kN,轉速逐漸上升至80～120 r/min,排量控制在1 500～1 800 L/min;1.5 m以后,鉆壓控制在29.4 kN,轉速不超過120 r/min,排量控制在1 500～1 800 L/min。除了鉆井參數控制之外,在磨銑套管開窗過程中應注意觀察返出槽處磁鐵的套管鐵屑數量和形狀、振動篩的返出情況,及時判斷是否已經開出窗口進入地層。確定進入新地層后要注意鉆井參數,觀察井眼穩定情況及是否存在漏失等。

3.5 鉆裸眼口袋

當磨銑套管開窗成功后,為了下趟側鉆定向工具可以更好的作業,要求口袋盡量留長一些,必須保證撓性磨鞋完全出窗口進入地層,但由于磨鞋鉆具在地層中的進尺慢,考慮到時效因素,鉆進了14.12 m新地層。

3.6 修整窗口

開窗成功并鉆出14.12 m口袋后,需要修整窗口。

(1)上下活動開窗口鉆具時,發現過窗口位置的摩阻達50 kN,于是反復的上下活動鉆具來修整窗口,為了保證修整窗口的平滑,鉆具轉速高低速交替配合使用;

(2)由于修整窗口主要靠導向磨鞋和撓性磨鞋,所以上下活動鉆具的距離既要控制在導向磨鞋及撓性磨鞋之間,又要變化不同的位置,在修整2 h后,測試上提和下放摩阻為10 kN,滿足了鉆具過窗口摩阻小于20 kN的作業要求,完成修整窗口作業,于是起鉆轉入下步作業。

4 磨銑套管開窗技術關鍵

(1)針對這套開窗系統,可以根據各井的實際情況,選擇是否進行刮管通井作業[5]。如果井筒中不干凈或井筒中的泥漿停止時間長,可下刮管通井鉆具把井筒清洗干凈后,替滿干凈的海水,保證后續的斜向器及磨鞋鉆具組合安全順利下到位;由于這口井在9-5/8”套管鞋處注了水泥塞進行封堵,且井筒中已經是干凈的海水,所以,作業中選擇了不帶封隔器的斜向器,且本井前期已經對井筒進行了充分的洗井作業,后續沒有進行單獨的通井刮管;

(2)由于斜向器的底部錨是通過液壓形式來座掛的,要根據鉆井液的性能及MWD儀器的正常工作排量來計算設定底部錨座掛的銷釘數量及銷釘的材質(廠家有一套軟件系統來實現),這是在前期設計階段和廠家設計人員充分溝通完成,保證銷釘數量和銷釘材質選擇的準確性;

(3)斜向器組合和磨窗工具組合之間是通過螺栓連接的,而螺栓的剪切是通過機械下壓來實現的(剪切值為20～30 t),在定向井開窗作業中,要保證上部的鉆具能夠提供有效的下壓重量;

(4)這套磨銑套管開窗系統,斜向器的定向是通過隨鉆MWD儀器來實現的,考慮到磁干擾以及MWD工具的最低排量要求等,如果出現MWD儀器信號不好,無法完成斜向器的定向,可以考慮在這套開窗鉆具組合上增加定向接頭,必要時也可以通過陀螺定向來實現斜向器的定向。

5 結論

(1)本井的套管磨銑開窗作業,從組合磨銑開窗鉆具到起出拆甩完鉆具組合,累計用時24.25 h,高效完成了套管開窗作業。且從后續側鉆作業中的起下鉆及下尾管作業來看,開出的窗口平滑、干凈,完全可以滿足作業需要,為以后類似井的作業積累了經驗。

(2)這套新型的斜向器—磨鞋一體化開窗工具,減少了開窗程序,實現一趟鉆完成定向、開窗、修窗口和近距離口袋鉆進等一系列作業,技術成熟,作業時效高。

(3)這套新型的斜向器—磨鞋一體化開窗工具,自動化程度高,工具串復雜,井眼準備不充分或工具串下放過程中參數控制得不合理,都容易出現斜向器提前座掛,及工具串下部斜向器和上部磨鞋鉆具之間的銷釘被提前剪斷的風險(通過剪切銷釘連接)。

(4)一方面開窗工具入井前應該通過通井刮管作業,做好對井筒的準備工作,保證套管內壁光滑干凈。另一方面開窗工具入井后必須嚴格控制下放參數,下放過程中應盡量避免開泵,如果開泵也必須嚴格控制排量,且開泵速度應該緩慢;下放速度也要嚴格控制,且遇阻不能超過40 kN;整個下放過程中,禁止入井鉆具轉動。

(5)磨銑套管開窗作業中需要控制好鉆井參數及鉆速,保證開出窗口的質量。如果鉆壓過大,鉆具彎曲,導向磨鞋將快速出窗口,開出窗口的長度短,則可能需要進行擴窗口作業。

[1]蔣祖軍.使用套管開窗技術[J].鉆采工藝,1997,20(4):76-80.

[2]李炎軍,田藝,邵詩軍,等.潿洲12-1N油田復雜事故井套管開窗側鉆工藝設計與作業實踐[J].中國海上油氣,2006,18 (1):45-48.

[3]孫剛宏,劉明國,邱國虎,等.在φ139.5套管內定向開窗側鉆小井眼技術[J].石油鉆采工藝,2002,24(2):98-99.

[4]蒲健康,孫國華.φ139.7mm套管開窗側鉆尾管完井工藝的探討[J].石油鉆采工藝,1997,19(1):51-52.

[5]宋顯民,張立民,孫成林,等.水平井采油配套技術研究與應用[J].石油鉆采工藝,2007,29(2):111-114.

The application of hydraulic casing side-tracking tool in west oilfield of the South China Sea

Zhao Suwen1,Duan Zehui2,Gu Chunwei2,Luo M ing2,Xu Yilong2
(1.Supervision&Technology Com pany of CNOOC Energy Technology&Services L td.,Zhanjiang524057;2.Zhanjiang Branch of CNOOC L td.,Zhanjiang524057)

Weizhou11-1N-A12 is a delineation and injection well of Southwest China Sea Oilfield,a new type of hydraulicmilling w indow cutting toolmade by Weatherford Corporation was used to do sidetracking in 9-5/8”casing of this well.Directional drilling,hanging,w indow cutting,and w indow mending w as achieved in one drilling and drilled in new formation w ith 14.12 m.Componentsand p reponderanceof this new tool were described,how to control the drilling parameters during the p rocess of w indow cutting w as discussed,and some experiences such as setting and disposing of the tool,orientation,and w indow quality control were summarized,w hich can be p rovided as technical reference for w indow cutting of similar wells.

marine drilling;w hipstock;MWD;w indow cutting;w indow mend

book=84,ebook=25

TE243

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.03.084

1008-2336(2010)03-0084-04

2010-03-09;改回日期:2010-04-13

趙蘇文,1982年生,男,2005年畢業于中國石油大學(華東)石油工程專業,現任鉆井總監,主要從事海洋鉆井監督和工藝技術的研究工作。E-mail:zhaosw@cnooc.com.cn。