赵苏文,段泽辉,顾纯巍,罗 鸣,徐一龙

(1.中海油能源发展股份有限公司监督监理技术分公司,广东湛江524057; 2.中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东湛江524057)

Hydraulic套管开窗工具在南海西部油田的首次应用

赵苏文1,段泽辉2,顾纯巍2,罗 鸣2,徐一龙2

(1.中海油能源发展股份有限公司监督监理技术分公司,广东湛江524057; 2.中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东湛江524057)

南海西部油田的涠洲11-1N-A12井是一口探边注水井,该井采用威德福公司最新型的液压磨铣套管开窗工具在9-5/8”套管内进行开窗侧钻,仅用一趟钻就实现了定向、座挂、开窗、修窗和钻进新地层14.12 m,大大节约了钻井时间。介绍了威德福公司的Hydraulic套管开窗系统的组成部件及工具的优点,分析了如何在开窗作业过程中进行钻井参数控制,总结了关于工具的送入、脱手、定向和窗口质量控制等方面的一些经验,可以为以后类似井的套管开窗作业提供技术参考。

海洋钻井;斜向器;随钻测量;套管开窗;修窗

为了降低海洋钻井昂贵的费用投入,海洋石油钻井作业者经常在一个较小的井口平台上钻多口丛式井,由于平台井眼数量有限,利用套管开窗技术钻侧钻井就变得越来越广泛。

由于海洋作业的特殊性,通过对老井的开窗侧钻,可以实现平台的挖潜生产,延长生产平台的使用年限,最大限度的实现生产平台的开发效益;对于复杂井,在可以实现地质油藏目的的前提下,放弃下部的复杂井段,从上部套管内开窗侧钻,是一种经济,有效的处理方法,具有广泛的应用价值;对于海洋探井,主井眼结束后,从上部套管内开窗侧钻,实现另一口探井的作业,减少移井位等拆迁和迁装作业时间,大幅度地降低了勘探成本。

套管开窗侧钻是一种特殊的工艺,其基本原理就是在选定的施工井段某位置下入一个斜向器,待固定后利用斜向器的导斜和造斜作用,使用专用的磨铣工具,把铣鞋推向套管一侧,在套管侧面开窗,然后按设计方位侧钻出套管并进入一定深度的地层[1]。

涠洲11-1N-A12井是南海西部油田的一口探边注水井,在主井眼完钻后发现油藏边界无油的情况下,作业者临时决定改为注水井,由于9-5/8″套管下深较深,在裸眼段侧钻无法满足地质油藏中靶要求,决定采用套管开窗侧钻。

该井利用威德福公司最新型的Hydraulic磨铣套管开窗工具,整个开窗工艺流程较复杂,本文将该工具的特点及开窗作业流程做了详细的描述,可为以后类似的开窗侧钻作业提供技术参考。

1 井眼概况

涠洲11-1N-A 12井是南海西部油田的一口常规定向井。该井作业水深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,三开8-1/2”井段的完钻深度为3 203 m,未下套管;该井140 m就开始造斜,至完钻井深时,井斜为50.7°,井斜方位86°,垂深2 130.2 m,水平位移2 220.3 m。在主井眼未发现油迹的情况下,改该井为注水井,于是进行临时弃井,在裸眼段注三个回填水泥塞,分别是3 185～2 985 m,2 985～2 785 m,2 785～2 600 m,整个裸眼段回填后,在9-5/8”套管鞋处注水泥塞,深度为2 600～2 461 m,见图1。

图1 涠洲11-1N-A12井井眼概况Fig.1 Hole summary of Weizhou11-1N-A12 well

2 Hydraulic套管开窗工具介绍

目前国内外有很多厂家具有先进磨铣套管开窗技术、工具和作业能力,其中以贝克休斯公司和威德福最为突出。作业者从油田自身特点入手,综合考虑井口操作简便、厂家工具系统的性能、现场应用及现场工程师经验等因素,选用了威德福公司的套管开窗产品。这套9-5/8”Hydraulic Quick-Cut磨铣套管开窗系统工具是威德福公司最新研发的,与以往的套管开窗工具相比,它具有如下优势:

(1)不需下桥塞和人工激活座挂锚定。该系统是液压座挂斜向器,与以往的开窗工具相比,该系统不需要在斜向器底部下入桥塞或其它人工底来激活座挂锚定,其中ACCU TSET系统安装于导向磨鞋及斜向器内保证了液压激活座挂锚定的可靠性,该工具的结构如图2。

图2 Hydraulic QU ICK-Cut套管开窗工具Fig.2 Hydraulic QU ICK-Cut casing sidetracking tool

(2)只需一趟钻就能实现定向、座挂和开窗口。与以往开窗工具比较,该系统的自动化程度有了大幅度提高。

(3)各个部件的设计更加合理。该系统的主要组成部分为底部锚总成、斜向器、开窗磨鞋、扰性磨鞋、扰性接头和随钻测量工具。其中液压锚外径为8”,斜向器外径为8”,斜坡为3°,开窗磨鞋外径为8-1/2”,扣型为431,扰性磨鞋外径为8-1/ 2”,扣型430X431,各部件的设计都有一定的改进。

3 磨铣套管开窗作业

3.1 井眼准备

在9-5/8”套管鞋处注水泥塞后,大排量循环2周,一方面冲洗多余水泥,另一方面冲洗9-5/8”套管内壁,以确保套管内壁干净,避免下开窗侧钻工具前的通井作业[2]。

3.2 钻具组合

钻具组合:8”液压锚定式斜向器+8-1/2”导向磨鞋+8-1/2”挠性磨鞋+1根5”加重钻杆+ MWD工具+6根6-1/2”钻铤+9根5”加重钻杆。钻具中用到挠性接头及加重钻杆,有利于降低钻具组合的刚性。

3.3 斜向器座挂

(1)下钻:下钻至1 863 m(9-5/8”套管内)上下活动钻具,释放下钻过程中的扭矩,准确掌握上提和下放摩阻,保证井下钻具处于自由状态。

由于这套开窗侧钻工具的特殊性,加上这口井的井斜大,而且从1 039.5 m后都是50.7°的长稳斜段,所以在下钻过程中一方面必须严格控制下放速度和不能转动钻具,另一方面必须严格控制下钻的遇阻量,避免开窗侧钻钻具在下钻过程中下部的斜向器和上部的磨鞋钻具被提前剪断[3]。

下钻过程中遇阻量不能超过30～40 kN,下放速度应控制在10 m/m in以内;轻提轻放卡瓦,不允许猛提猛放;锁紧转盘和顶驱,不允许转动钻具;原则上不允许开泵,如果开泵,要求严格控制排量在斜向器的座挂排量内(以海水计算,斜向器的座挂排量2 200 L/min)。

(2)调试MWD:下钻至开窗点1 873 m,缓慢开泵到1 500 L/min后观察10 min,如果MWD无变化,再用海水继续缓慢开泵到1 900 L/min循环,观察MWD,直至信号正常稳定;

(3)斜向器定向:要求斜向器坡面的方位为45°左右,结合该井的定向井资料,调整工具面至42°,多次确定工具面正确,且仪器信号稳定后,锁定工具面;

(4)座挂底部锚和剪断连接螺栓:继续开泵至斜向器的座挂排量到2 000 L/min(排量大于2 000 L/min则底部锚自动座挂),座挂斜向器的底部锚。在此排量下,下放25 t剪切连接螺栓,上提钻具0.5 m(该位置为中和点)后下放钻具来确认连接螺栓被剪断;再次上提钻具至中和点,将顶驱扭矩控制在22.5 kN·m范围内,低转速转动顶驱,钻具自由转动,扭矩正常,说明斜向器的底部锚座挂成功,连接螺栓被成功剪断。

3.4 套管开窗

完成液压座挂斜向器底部锚和剪切连接螺栓后,开始进行套管开窗作业。开窗过程中,最关键是要控制好开始的钻井参数[4],本井套管开窗最主要的钻井参数为:开始0.6 m,钻压9.8～19.6 kN,转速50～60 r/min,排量控制在1 500～1 800 L/min;0.6～1.5 m,钻压控制在9.8～19.6 kN,转速逐渐上升至80～120 r/min,排量控制在1 500～1 800 L/min;1.5 m以后,钻压控制在29.4 kN,转速不超过120 r/min,排量控制在1 500～1 800 L/min。除了钻井参数控制之外,在磨铣套管开窗过程中应注意观察返出槽处磁铁的套管铁屑数量和形状、振动筛的返出情况,及时判断是否已经开出窗口进入地层。确定进入新地层后要注意钻井参数,观察井眼稳定情况及是否存在漏失等。

3.5 钻裸眼口袋

当磨铣套管开窗成功后,为了下趟侧钻定向工具可以更好的作业,要求口袋尽量留长一些,必须保证挠性磨鞋完全出窗口进入地层,但由于磨鞋钻具在地层中的进尺慢,考虑到时效因素,钻进了14.12 m新地层。

3.6 修整窗口

开窗成功并钻出14.12 m口袋后,需要修整窗口。

(1)上下活动开窗口钻具时,发现过窗口位置的摩阻达50 kN,于是反复的上下活动钻具来修整窗口,为了保证修整窗口的平滑,钻具转速高低速交替配合使用;

(2)由于修整窗口主要靠导向磨鞋和挠性磨鞋,所以上下活动钻具的距离既要控制在导向磨鞋及挠性磨鞋之间,又要变化不同的位置,在修整2 h后,测试上提和下放摩阻为10 kN,满足了钻具过窗口摩阻小于20 kN的作业要求,完成修整窗口作业,于是起钻转入下步作业。

4 磨铣套管开窗技术关键

(1)针对这套开窗系统,可以根据各井的实际情况,选择是否进行刮管通井作业[5]。如果井筒中不干净或井筒中的泥浆停止时间长,可下刮管通井钻具把井筒清洗干净后,替满干净的海水,保证后续的斜向器及磨鞋钻具组合安全顺利下到位;由于这口井在9-5/8”套管鞋处注了水泥塞进行封堵,且井筒中已经是干净的海水,所以,作业中选择了不带封隔器的斜向器,且本井前期已经对井筒进行了充分的洗井作业,后续没有进行单独的通井刮管;

(2)由于斜向器的底部锚是通过液压形式来座挂的,要根据钻井液的性能及MWD仪器的正常工作排量来计算设定底部锚座挂的销钉数量及销钉的材质(厂家有一套软件系统来实现),这是在前期设计阶段和厂家设计人员充分沟通完成,保证销钉数量和销钉材质选择的准确性;

(3)斜向器组合和磨窗工具组合之间是通过螺栓连接的,而螺栓的剪切是通过机械下压来实现的(剪切值为20～30 t),在定向井开窗作业中,要保证上部的钻具能够提供有效的下压重量;

(4)这套磨铣套管开窗系统,斜向器的定向是通过随钻MWD仪器来实现的,考虑到磁干扰以及MWD工具的最低排量要求等,如果出现MWD仪器信号不好,无法完成斜向器的定向,可以考虑在这套开窗钻具组合上增加定向接头,必要时也可以通过陀螺定向来实现斜向器的定向。

5 结论

(1)本井的套管磨铣开窗作业,从组合磨铣开窗钻具到起出拆甩完钻具组合,累计用时24.25 h,高效完成了套管开窗作业。且从后续侧钻作业中的起下钻及下尾管作业来看,开出的窗口平滑、干净,完全可以满足作业需要,为以后类似井的作业积累了经验。

(2)这套新型的斜向器—磨鞋一体化开窗工具,减少了开窗程序,实现一趟钻完成定向、开窗、修窗口和近距离口袋钻进等一系列作业,技术成熟,作业时效高。

(3)这套新型的斜向器—磨鞋一体化开窗工具,自动化程度高,工具串复杂,井眼准备不充分或工具串下放过程中参数控制得不合理,都容易出现斜向器提前座挂,及工具串下部斜向器和上部磨鞋钻具之间的销钉被提前剪断的风险(通过剪切销钉连接)。

(4)一方面开窗工具入井前应该通过通井刮管作业,做好对井筒的准备工作,保证套管内壁光滑干净。另一方面开窗工具入井后必须严格控制下放参数,下放过程中应尽量避免开泵,如果开泵也必须严格控制排量,且开泵速度应该缓慢;下放速度也要严格控制,且遇阻不能超过40 kN;整个下放过程中,禁止入井钻具转动。

(5)磨铣套管开窗作业中需要控制好钻井参数及钻速,保证开出窗口的质量。如果钻压过大,钻具弯曲,导向磨鞋将快速出窗口,开出窗口的长度短,则可能需要进行扩窗口作业。

[1]蒋祖军.使用套管开窗技术[J].钻采工艺,1997,20(4):76-80.

[2]李炎军,田艺,邵诗军,等.涠洲12-1N油田复杂事故井套管开窗侧钻工艺设计与作业实践[J].中国海上油气,2006,18 (1):45-48.

[3]孙刚宏,刘明国,邱国虎,等.在φ139.5套管内定向开窗侧钻小井眼技术[J].石油钻采工艺,2002,24(2):98-99.

[4]蒲健康,孙国华.φ139.7mm套管开窗侧钻尾管完井工艺的探讨[J].石油钻采工艺,1997,19(1):51-52.

[5]宋显民,张立民,孙成林,等.水平井采油配套技术研究与应用[J].石油钻采工艺,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

赵苏文,1982年生,男,2005年毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业,现任钻井总监,主要从事海洋钻井监督和工艺技术的研究工作。E-mail:zhaosw@cnooc.com.cn。