超短半徑水平井完井工具的設計與測試

2021-05-21 04:55:04張彬奇謝濤張保康薛憲波曲躍

化工管理 2021年13期

張彬奇，謝濤，張保康，薛憲波，曲躍

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459； 2.中海油田服務股份有限公司，天津 300459)

0 引言

近年來海上油田開發進入高含水階段，剩余油分布十分零散，如何進一步挖掘剩余油潛力成為低油價形勢下急需解決的難題。超短半徑水平井利用原有井內套管進行開窗造斜，減少進尺，增大泄油面積，可重新激活低產低效井，改善薄油層、低滲透油層的開發效果。由于超短半徑水平井在完井過程中存在軌跡曲率半徑小、工具彎折易受損、管柱下入摩阻大等難題，完井設計往往采用裸眼完井方式。這種方式在致密砂巖、灰巖儲層應用中，主要優點有完井工藝簡單，泄油面積大，采收率高等，但對于海上疏松砂巖油藏，裸眼完井后出砂嚴重，往往造成砂礫堵塞井筒，損壞采油泵等問題。針對這一問題，設計完成了浮式柔性引鞋、柔性盲管、柔性篩管、柔性管外封隔器、多分支懸掛器等配套柔性完井工具。通過對樣機的抗拉測試與抗扭測試，設計工具均達到設計要求，滿足現場應用需求。

1 技術難點

超短半徑水平井的井眼曲率半徑通常在1.5～3.6 m，由柔性短節組成的特殊柔性鉆桿完成。近幾年超短半徑水平井技術已在我國大慶油田，勝利油田等陸上油田進行了成功應用，降低了鉆井作業成本，提高了老油田的開發效果。該技術在海上應用的經驗較少，在完井過程中面臨的主要技術問題主要有以下3 點：

(1)常規完井工具無法通過小曲率半徑井段；

(2)高造斜率要求完井工具能夠承受一定的拉力和扭矩；

(3)海上油田多為疏松砂巖儲層，完井時需考慮防砂需求。

2 完井工具的設計

2.1 浮式柔性引鞋

浮式柔性引鞋由基管、萬向節、導引頭組成(圖1)。引鞋裝配后可形成密閉空間，管柱入井后，這個空間呈封閉狀態，完井液不能進入，因而可以產生一定的浮力，減輕引鞋在完井液中的重量，便于引導防砂管柱下入裸眼段內。其主要優勢在于保證足夠彎曲自由度的條件下連接上部柔性完井管柱，并提供引導下入功能，提高柔性完井管柱的下入成功率。

圖1 浮式柔性引鞋結構圖

2.2 柔性盲管

盲管是連接防砂管柱，實現管外封隔器、懸掛器坐封和礫石充填等工藝步驟的配套裝置(圖2)。設計的柔性盲管由盲管基管和萬向節組成。盲管基管部分一端為用于連接的螺紋，另一端為萬向節，萬向節前段設計有螺紋扣，可與下一根柔性盲管或其他工具連接；萬向節起到提高柔性盲管變形自由度的作用，安裝在盲管基管的一端，并有用于連接的螺紋扣。

柔性盲管可以在保證足夠彎曲自由度的條件下連接各種超短半徑側鉆井完井工具，提供柔性完井管柱的機械連接完整性與密封性。

圖2 柔性盲管結構圖

2.3 柔性篩管

柔性篩管由篩管基管、篩網、保護套、萬向節、絲扣、可溶金屬暫堵套等構成(圖3)。篩管基管上設計有數個進液孔，外部包裹有篩網，篩網外部包裹有保護套，地層流體需要首先經過篩網才能進入管內，以此實現對地層砂的屏蔽。可溶金屬暫堵套安裝在篩管基管的進液孔外部，對進液孔進行密封，當可溶金屬暫堵套包裹進液孔時，可以隔絕柔性篩管內外空間，此時柔性篩管暫時處于盲管狀態，可以泵送攜砂液、化學暫堵劑等液體。當可溶金屬暫堵套接觸高濃度鹽水后可以快速溶解，這時篩管基管的進液孔將解除密封狀態，柔性篩管恢復進液功能。

圖3 柔性篩管結構圖

2.4 柔性管外封隔器

柔性管外封隔器由基管、壓環、彈性套、可溶約束套、萬向節等部分組成(圖4)。其中可溶約束套采用可溶金屬材質制作，其作用是約束彈性套，保證封隔器在下井過程中彈性套不會打開，封隔器處于收縮狀態，當完井管柱下入到位后，向井內注入高濃度鹽水，可溶金屬溶解，彈性套則會彈起，撐起膠皮實現封隔功能。

圖4 柔性管外封隔器結構圖

2.5 柔性篩管多分支懸掛器

柔性篩管多分支懸掛器由提升短節、丟手機構、基管、錐套、卡瓦、液缸等部分組成(圖5)。提升短節通過螺紋與丟手機構連接；丟手機構為機械液壓復合丟手機構，可以通過正轉或液壓實現丟手功能；丟手機構位于基管上部，基管下部設計有液缸進液孔；錐套安裝于基管外側，其形狀為倒錐形；卡瓦安裝于錐套下部；液缸安裝于卡瓦下部，當懸掛器需要工作時，管內打壓液缸向上伸出，推動卡瓦上行，卡瓦在錐套上滑動時外徑會逐步增大，直到接觸技套內壁，懸掛器完成坐掛。