海上油田固井防砂一體化技術(shù)

魏愛拴 陳勝宏 許杰 左凱 郝宙正 王明杰

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司；2.中海油有限公司天津分公司

海上油田固井防砂一體化技術(shù)

魏愛拴1陳勝宏1許杰2左凱1郝宙正1王明杰1

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司；2.中海油有限公司天津分公司

為了解決老井開窗后固井與防砂問題。根據(jù)海上油田層系復(fù)雜、出砂嚴(yán)重、作業(yè)日費(fèi)高等特點(diǎn)，研究了一種適用于海上油田的新型固井防砂一體化工藝技術(shù)，該技術(shù)一趟鉆將防砂管柱與固井管柱下入井內(nèi)，然后通過在不同位置的操作，可實(shí)現(xiàn)上部問題井段的固井作業(yè)和下部油層段的防砂作業(yè)，作業(yè)過程中可控制防砂段的靜液柱壓力，防止地層坍塌，作業(yè)結(jié)束后無需鉆塞，避免了水泥對(duì)儲(chǔ)層的污染，完井后管柱通徑較大，利于后期開采或修井作業(yè)。該技術(shù)解決了長期困擾海上油田老井改造的技術(shù)難題，同時(shí)該技術(shù)在降低完井成本和后期作業(yè)難度等方面起到了積極作用。

固井；防砂；一體化；老井側(cè)鉆；海上油田

海上油田部分在生產(chǎn)油田年遞減率達(dá)到8%～10%，并存在生產(chǎn)井控制儲(chǔ)層面積有限的問題。如何既能進(jìn)一步挖潛剩余油，提高油田的產(chǎn)能，又能降低開發(fā)成本是渤海油田開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著渤海油田石油勘探開發(fā)的不斷深入，老井的改造與重修勢(shì)在必行。根據(jù)海上油田井網(wǎng)不規(guī)則、層系復(fù)雜、出砂嚴(yán)重、作業(yè)日費(fèi)高等特點(diǎn)，研究了適合海上油田低效井治理的固井防砂一體化技術(shù)，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)一趟鉆將防砂管柱與固井管柱送入井內(nèi)，通過在不同位置的操作，實(shí)現(xiàn)上部問題井段的封固和油層的防砂，作業(yè)結(jié)束后無需鉆塞，避免了水泥對(duì)地層的污染，完井后管柱保留了較大通徑，利于后期的開采和修井作業(yè)。

1 固井防砂技術(shù)現(xiàn)狀

Status of cementing and sand control technologies

目前常用固井防砂一體化工藝有2種：一種是不鉆塞篩管頂部注水泥防砂完井工藝（見圖1）。該工藝是在裸眼內(nèi)下入篩管，不固井，對(duì)油層以上井段采用內(nèi)管法通過分接箍實(shí)施注水泥固井，封固裸眼段復(fù)雜層位。另一種是需要鉆塞的篩管頂部注水泥防砂完井工藝，防砂篩管與生產(chǎn)套管一體下入，下部連接篩管，上部連接套管，套管與篩管之間需要下入固井分接箍，分接箍與防砂篩管間用管外封隔器封隔固井段與防砂段。篩管與套管下入到設(shè)計(jì)深度后，套管內(nèi)投固井刮塞，通過分接箍進(jìn)行固井作業(yè)，固井候凝結(jié)束需要進(jìn)行鉆塞作業(yè)。上述兩項(xiàng)技術(shù)只能進(jìn)行獨(dú)立篩管防砂，不能進(jìn)行礫石充填防砂，且作業(yè)時(shí)間較長，不適用于海上油井。

圖1 固井防砂管柱Fig. 1 Cementing and sand control string

2 固井防砂一體化工藝原理

Principle of integrated cementing and sand control technology

固井防砂一體化技術(shù)是結(jié)合分級(jí)固井技術(shù)與裸眼井礫石充填技術(shù)基礎(chǔ)上研究的一種新型完井工藝技術(shù)。固井防砂一體化工藝技術(shù)管柱主要由外層管柱與內(nèi)層管柱組成，外層管柱結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由頂部封隔器、循環(huán)滑套總成、固井滑套總成、管外封隔器、充填滑套總成、篩管、裸眼循環(huán)閥總成等組成。內(nèi)層管柱主要由封隔器坐封工具、脫手工具、沖管、轉(zhuǎn)換工具、滑套開關(guān)工具、插入管等組成。內(nèi)外層管柱在井口連接好，一起下入到設(shè)計(jì)深度后，首先完成頂部封隔器的坐封驗(yàn)封，然后再坐封管外封隔器。管外封隔器坐封完成后再進(jìn)行礫石充填作業(yè)，礫石充填作業(yè)時(shí)防砂車組開始從油管泵注砂漿進(jìn)行充填，砂漿通過充填轉(zhuǎn)換工具的充填孔、再經(jīng)過充填滑套流向篩管與裸眼環(huán)空，砂漿根據(jù)水平井充填α波與β波的規(guī)律完成防砂段的礫石充填作業(yè)。充填結(jié)束后上提管柱到反循環(huán)沖砂位置，反循環(huán)沖洗鉆桿內(nèi)的多余礫石。反循環(huán)沖砂結(jié)束后，上提管柱到注水泥位置，進(jìn)行注水泥作業(yè)，注水泥時(shí)水泥由固井滑套進(jìn)去裸眼段鉆井液從上部循環(huán)滑套返出，建立注水泥通道。注水泥結(jié)束后上提管柱到洗水泥位置，清洗鉆桿內(nèi)的殘余水泥。內(nèi)管柱在上提過程中，內(nèi)管柱上的滑套關(guān)閉工具會(huì)關(guān)閉充填滑套、循環(huán)滑套、固井滑套，保證外管柱的密封性。

圖2 固井防砂一體化工藝管柱Fig. 2 Integrated cementing and sand control string

3 管柱井眼通過性分析

Analysis on the running capacity of string through the borehole

以 ?215.9mm裸眼井固砂一體化管柱為模擬基礎(chǔ)，采用LANDMARK進(jìn)行模擬計(jì)算。完井液密度1.03 g/cm3，鉤載 250 kN，套管內(nèi)摩擦因數(shù) 0.1～0.3，裸眼段摩擦因數(shù)0.2～0.3，管柱組合如圖2。管柱受力分析結(jié)果表明管柱在下入過程中沒有出現(xiàn)螺旋彎曲和正弦彎曲，可順利下入到設(shè)計(jì)井段。

4 關(guān)鍵工具的設(shè)計(jì)

Design of key tools

頂部封隔器采用專用坐封工具與脫手工具通過液壓壓力完成坐封。頂部封隔器采用雙向可承載的卡瓦結(jié)構(gòu)，膠筒采用壓縮式膠筒結(jié)構(gòu)，提高了封隔器的密封可靠性與承載能力。

中心管的抗滑扣計(jì)算，與油管的抗滑扣計(jì)算相同。計(jì)算公式為

平式油管

加厚油管

式中，P為絲扣的抗滑扣載荷，N；D為油管外徑，mm；d為油管內(nèi)徑，mm；t為牙高，mm；σs為材料的屈服強(qiáng)度，MPa。

中心管設(shè)計(jì)兩處螺紋，分別與釋放接頭和解封環(huán)聯(lián)接，螺紋為 168.275 mm–8–Stub Acme特種矮牙梯形螺紋（牙高t=0.375p，p為螺距）；中心管材料為40CrMnMo，調(diào)質(zhì)后屈服強(qiáng)度不低于780 MPa，D=168.275 mm，t=0.375p=0.375×25.4/8=1.19 mm；d=152.4 mm 。

由公式（1）計(jì)算可得中心管的最大軸向拉伸載荷2 620 kN。

5 實(shí)例應(yīng)用

Case application

固井防砂一體化技術(shù)于2016年10月在渤海進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。固井防砂一體化工藝作業(yè)程序?yàn)椋簩⒐叹郎耙惑w化管柱用鉆桿送入到目標(biāo)井段，用鹽水正循環(huán)頂替裸眼段鉆井液，將裸眼段鉆井液頂替到頂部封隔器以上100 m，投球坐封頂部封隔器，然后脫手服務(wù)工具上提0.8 m驗(yàn)封頂部封隔器，同時(shí)坐封管外封隔器。確認(rèn)反循環(huán)位置和充填位置，在反循環(huán)位置做反循環(huán)測(cè)試，在充填位置做正循環(huán)測(cè)試，然后進(jìn)行充填作業(yè)。充填作業(yè)結(jié)束后反循環(huán)清洗鉆桿內(nèi)多余的礫石，上提管柱確認(rèn)注水泥位置與洗水泥位置，然后進(jìn)行注水泥作業(yè)，注水泥結(jié)束后，上提到洗水泥位置清洗鉆桿內(nèi)多余的水泥。

5.1 反循環(huán)測(cè)試

Reverse circulation testing

從充填位置上提管柱到反循環(huán)位置，在此位置導(dǎo)通反循環(huán)流程，關(guān)閉萬能防噴器，進(jìn)行反循環(huán)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 反循環(huán)測(cè)試結(jié)果Table 1 Reverse circulation testing result

5.2 充填位置正循環(huán)測(cè)試

Normal circulation testing of packing location

從下入位置上提管柱1.3 m，然后下放管柱，下壓150 kN，標(biāo)記為充填位置，做關(guān)防噴器正循環(huán)測(cè)試，正循環(huán)測(cè)試見表2。

5.3 充填作業(yè)

Packing operation

正循環(huán)測(cè)試結(jié)束后，開始加砂進(jìn)行充填作業(yè)。礫石充填排量1 m3/min，壓力3.5 MPa，脫砂壓力13.5 MPa。防砂充填曲線見圖3。

表2 正循環(huán)測(cè)試結(jié)果Table 2 Results of positive cycle test

圖3 防砂充填施工曲線Fig. 3 Construction curve of packing for sand control

5.4 注水泥作業(yè)

Cementing operation

將管柱定位在注水泥位置，下壓管柱150 kN，進(jìn)行注水泥作業(yè)，排量0.56 m3/min時(shí)泵壓4.8 MPa，排量0.755 m3/min時(shí)泵壓5.5 MPa，排量1.129 m3/min時(shí)泵壓6.5 MPa。

5.5 洗水泥作業(yè)

Cement washing operation

注水泥結(jié)束后，投鉆桿膠塞，以2 m3/min排量快速頂替16 m3后降低頂替排量，頂替到19 m3時(shí)出現(xiàn)碰壓顯示，碰壓5 MPa后，帶壓上提管柱1.5 m，然后打壓到9 MPa打通洗水泥通道，進(jìn)行洗水泥作業(yè)。洗水泥排量1.48 m3/min時(shí)泵壓5.3 MPa，排量2.02 m3/min時(shí)泵壓7 MPa。

6 結(jié)論

Conclusions

（1）固井防砂一體化技術(shù)通過一趟鉆完成固井作業(yè)和礫石充填防砂作業(yè)，提高了作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)了降本增效。

（2）固井防砂一體化技術(shù)完井后管柱大通徑，有利于后期的油田開采和修井作業(yè)。

（3）固井防砂一體化技術(shù)在低效井治理方面起到了關(guān)鍵作用，為今后同類油田開采提供了經(jīng)驗(yàn)。

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（修改稿收到日期 2017-06-27）

〔編輯 薛改珍〕

Integrated cementing and sand control technology in offshore oil fields

WEI Aishuan1, CHEN Shenghong1, XU Jie2, ZUO Kai1, HAO Zhouzheng1, WANG Mingjie1

1. Drilling & Production Company,CNOOC Energy Technology & Services Limited,Tianjin300452,China;
2. CNOOC Tianjin Branch Company,Tianjin300452,China

In order to deal with cementing and sand control in old wells after window cutting, a new type of integrated cementing and sand control technology suitable for offshore oil fields was developed based on the characteristics of offshore oil fields, e.g. complex formation, serious sand production and high daily operation cost. By virtue of this technology, both sand control string and cementing string are run in the hole by one trip. Then, the cementing operation in the upper troubled section and the sand control in the lower oil layer can be realized by carrying out the operation in different locations. During the operation, the hydrostatic column pressure of sand control interval can be controlled to prevent formation collapse. After the operation, plug drilling is not needed, so reservoir contamination is avoided. The string size after the completion is larger, and it is conducive to the late production or workover. This technology solves the technical difficulties that have hindered the stimulation of old wells in offshore oil fields for a long time, and also plays an active role in reducing the completion cost and alleviating the operation difficulty in the late stage.

cementing; sand control; integration; old well sidetracking; offshore oil field

∶

魏愛拴，陳勝宏，許杰，左凱，郝宙正，王明杰.海上油田固井防砂一體化技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2017，39（5）：570-573.

TE52

A

1000 – 7393（ 2017 ）05 – 0570 – 04 DOI∶10.13639/j.odpt.2017.05.007

中國海洋石油總公司項(xiàng)目“完井防砂系列工具研制Ⅲ期”（編號(hào)：CNOOC-KJ135KJXMNFGJ2016-01）。

魏愛拴（1983-），2008年畢業(yè)于中北大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事鉆完井工具研發(fā)工作。通訊地址：（300452）天津市塘沽區(qū)渤海石油路688號(hào)中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司201室。E-mail：weiash@cnooc.com.cn

: WEI Aishuan, CHEN Shenghong, XU Jie, ZUO Kai, HAO Zhouzheng, WANG Mingjie. Integrated cementing and sand control technology in offshore oil fields［J］. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(5)∶ 570-573.