連續(xù)油管側(cè)鉆套管開(kāi)窗工藝的研究與發(fā)展

周 昆,夏宏南,徐 超,周 宇,陳偉峰,宋 頤

連續(xù)油管側(cè)鉆套管開(kāi)窗工藝的研究與發(fā)展

對(duì)連續(xù)油管(Coiled Tubing，CT)套管內(nèi)開(kāi)窗工藝進(jìn)行了研究，介紹了開(kāi)窗前的準(zhǔn)備工作和導(dǎo)斜器的送入及固定，詳細(xì)分析了磨銑套管的各段工藝要求，并對(duì)磨銑工藝的井下鉆具組合(Bottom Hole Assembly，BHA)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。作為一項(xiàng)鉆井新技術(shù)，其未來(lái)發(fā)展及應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越重要，制定一套適用于連續(xù)油管鉆井的、具有自主產(chǎn)權(quán)的技術(shù)規(guī)范和工藝標(biāo)準(zhǔn)是今后的工作重點(diǎn)。

連續(xù)油管；套管開(kāi)窗；導(dǎo)斜器；磨銑套管；BHA

連續(xù)油管的概念起源于20世紀(jì)30年代前，在二戰(zhàn)期間用于輸送能源，到20世紀(jì)80年代才真正有了發(fā)展，其廣泛應(yīng)用于各種修井和完井作業(yè)，其顯著的優(yōu)點(diǎn)逐漸被人們重視，技術(shù)也日趨成熟。而連續(xù)油管鉆井技術(shù)則始于20世紀(jì)90年代，目前美國(guó)、加拿大、法國(guó)在這方面的技術(shù)處于領(lǐng)先，隨著連續(xù)油管專(zhuān)屬設(shè)備的研制，極大的推動(dòng)了連續(xù)油管鉆井技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。我國(guó)在這方面的研究相對(duì)較晚，且設(shè)備主要依靠進(jìn)口，但隨著近些年的研究工作，取得了很大的進(jìn)步，在設(shè)備制造上已逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。

隨著一些老油田的壓力衰減和特殊油氣藏的發(fā)現(xiàn)，連續(xù)油管側(cè)鉆作業(yè)的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。從1995～2004年，阿拉斯加地區(qū)連續(xù)油管側(cè)鉆井?dāng)?shù)量多達(dá)500余口，水平長(zhǎng)度為300～900m，井眼直徑為69.9～104.8mm，平均成本比常規(guī)鉆井降低1/2。2003年，BP公司在阿聯(lián)酋Sajaa氣田取得了巨大的成功，通過(guò)欠平衡連續(xù)油管側(cè)鉆水平分支井，大大提高了產(chǎn)量和采收率，在一些井中，產(chǎn)量提高了約4倍。Dowell Schlumber Ltd公司在加拿大Alberta Glauconite“A”油田的一系列側(cè)鉆水平井也表明，連續(xù)油管開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力[1]。2009年6月24日，寶雞鋼管公司成功生產(chǎn)出7600m 的CT80級(jí)?31.8mm×3.18mm 連續(xù)油管，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)連續(xù)管產(chǎn)品的零突破，并多次成功應(yīng)用于完井和修井作業(yè)，取得了良好的應(yīng)用效果，極大的推動(dòng)了我國(guó)在連續(xù)油管方面的發(fā)展[2]。對(duì)于老井而言，開(kāi)窗側(cè)鉆是開(kāi)采剩余儲(chǔ)量和降低成本的有效方法。下面，筆者對(duì)側(cè)鉆前的開(kāi)窗作業(yè)工藝進(jìn)行了初步的研究以及相關(guān)設(shè)備的介紹。

1 井眼準(zhǔn)備、開(kāi)窗點(diǎn)的選擇

1.1井眼準(zhǔn)備

井眼準(zhǔn)備過(guò)程如下：①拆除地面及井下采油裝置并取出油管鉆開(kāi)封隔器，泵入清洗液，除去井底的油污、瀝青或沙粒等；②用連續(xù)油管下接測(cè)井裝置再接通徑規(guī)通井，確定套管變形位置，根據(jù)變形位置制定下部措施，結(jié)合測(cè)井資料確定開(kāi)窗部位；若窗口遠(yuǎn)離井底則須注水泥封堵下部產(chǎn)層，特別是射孔層段，防止影響以后的側(cè)鉆施工，也可根據(jù)具體施工條件下入全徑封堵器[3]。

1.2開(kāi)窗點(diǎn)的選擇

對(duì)于開(kāi)窗點(diǎn)的選擇應(yīng)遵循以下要求：①側(cè)鉆位置要避開(kāi)套管接箍處；②要確保側(cè)鉆位置以上套管完好，無(wú)變形、破裂和漏失；③側(cè)鉆位置要盡可能深，以便縮短鉆井周期、降低工程成本，為采油泵更接近生產(chǎn)層位條件；④側(cè)鉆位置要盡量避開(kāi)復(fù)雜地層 、應(yīng)力層系，避開(kāi)油水層交錯(cuò)、油水關(guān)系復(fù)雜地層，以保證側(cè)鉆施工安全順利；⑤側(cè)鉆位置應(yīng)盡量選擇在砂巖或非膨脹泥巖地層，避開(kāi)膨脹頁(yè)巖、鹽巖及易垮塌、漏失等復(fù)雜井段；⑥要使整個(gè)側(cè)鉆的井身結(jié)構(gòu)有合理的狗腿度，確保各種作業(yè)管柱的起下暢通無(wú)阻。

2 導(dǎo)斜器的固定

2.1固定方法

圖1 送入器與導(dǎo)斜器的連接圖

目前比較成熟的工藝技術(shù)是注水泥固定導(dǎo)斜器的方法[4]，步驟如下：①在開(kāi)窗位子下泵入預(yù)制水泥塞，水泥塞面離開(kāi)窗點(diǎn)的距離由導(dǎo)斜器總體結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度決定；②利用鉆具將導(dǎo)斜器下放到水泥塞面，利用井下定向工具和MWD(Measurement While Drilling, 隨鉆測(cè)量)將導(dǎo)斜器斜面方位調(diào)至設(shè)計(jì)的開(kāi)窗方位；③再次泵入緩凝水泥漿，上返至油管頂端；④加壓剪斷送入器與導(dǎo)斜器間的剪釘，送入器下沖到承頓塊上，將導(dǎo)斜器固定在套管內(nèi)(見(jiàn)圖1)，起鉆，等侯水泥凝固。送入器與導(dǎo)斜器內(nèi)有孔，形成連通的密封通道，可使水泥漿順利流過(guò)，2件之間用剪釘連接，尾部接一焊有加強(qiáng)筋的油管固定在水泥塞中，用于支撐導(dǎo)斜器。

2.2關(guān)鍵技術(shù)和鉆具組合

由于是在套管內(nèi)作業(yè)，常規(guī)的測(cè)量系統(tǒng)因存在磁性干擾而失效，可采用Gravity重力MWD系統(tǒng)。且因?yàn)樯喜緾T鉆具的無(wú)旋轉(zhuǎn)性，所以工具面的調(diào)整需由井下定向工具完成。鉆具組合為：導(dǎo)斜器+送入器+定向工具+MWD+ CT接頭+CT。

3 磨銑開(kāi)窗

3.1磨銑開(kāi)窗過(guò)程

表1 磨銑開(kāi)窗各段技術(shù)參數(shù)

磨銑開(kāi)窗過(guò)程可分為3段：起始端，從銑錐開(kāi)始接觸導(dǎo)斜器頂端到銑錐底部與套管接觸，要求磨銑出均勻的接觸面；穩(wěn)定段，適當(dāng)提高鉆壓和轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定壓力，均勻的磨銑套管至整個(gè)窗口初步形成；修窗段，利用較高的轉(zhuǎn)速反復(fù)在窗口附近進(jìn)行修整，直至上提和下放無(wú)阻無(wú)卡[5]。整個(gè)磨銑開(kāi)窗過(guò)程中多注意井內(nèi)返出物，及時(shí)清理鐵屑。磨銑開(kāi)窗各段技術(shù)參數(shù)如表1。

3.2鉆具組合及各部件作用

圖2 銑錐

鉆具組合為：銑錐+井下馬達(dá)+MWD+定向工具+液壓斷開(kāi)接頭+單向閥+CT接頭+CT。銑錐結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示；井下馬達(dá)采用螺桿馬達(dá)，提供銑錐所需的轉(zhuǎn)速和扭矩；MWD測(cè)量系統(tǒng)可測(cè)量?jī)x器的工具面、井斜角和方位角；定向工具用于調(diào)整井下工具的工具面，采用壓差驅(qū)動(dòng)形式，調(diào)整時(shí)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，可以預(yù)設(shè)調(diào)整量；液壓剪斷接頭是在發(fā)生卡鉆時(shí)用于剪斷上部CT鉆具和井下鉆具組合BHA；單向閥用于限制流體流動(dòng)方向，只允許管內(nèi)流體由上向下單向流動(dòng)。

4 鉆井液要求

磨銑開(kāi)窗作業(yè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生巖屑和金屬碎末，因此，要求鉆井液必須具有良好的鐵屑攜帶能力、良好的剪切稀釋性能和懸浮能力，漏斗粘度一般在70～100s之間為宜，屈服值大于25，使塑性粘度與屈服值之比較小。由于鉆時(shí)較長(zhǎng)，且是在套管內(nèi)作業(yè)，經(jīng)濟(jì)考慮可采用清水加高粘聚合物組合，盡量采用大排量磨銑。

5 結(jié) 語(yǔ)

連續(xù)油管開(kāi)窗側(cè)鉆是一種鉆井新技術(shù)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，隨著設(shè)備的成功研制及工藝技術(shù)的日益完善，將會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。開(kāi)窗的方式有幾種，除文中所介紹的外，還有注水泥塞鉆導(dǎo)引孔的開(kāi)窗和過(guò)油管開(kāi)窗等。目前普遍采用也是最為安全可靠的是導(dǎo)斜器開(kāi)窗，導(dǎo)斜器的定向和固定成為開(kāi)窗成功的關(guān)鍵，液壓驅(qū)動(dòng)的井下定向工具配合防磁干擾的測(cè)量系統(tǒng)保證其順利進(jìn)行，導(dǎo)斜器的固定也有注水泥固定和液壓錨定式，未來(lái)新型高效的磨銑鉆頭的成功研制將會(huì)大大縮短開(kāi)窗的時(shí)間。國(guó)內(nèi)研究也已取得較大的發(fā)展，通過(guò)引進(jìn)部分關(guān)鍵設(shè)備，完全有能力研制連續(xù)油管鉆井系統(tǒng)，對(duì)連續(xù)油管鉆井工藝進(jìn)行攻關(guān)。

[1] Leising L J.Sidetracking technology for coiled tubing drilling[J].SPE 30486，1996.

[2] 李宗田.連續(xù)油管技術(shù)手冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2003.

[3] 劉乃震，王廷瑞.現(xiàn)代側(cè)鉆井技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2009.

[4] 吳文秀，韓興，曾憲宏，等.連續(xù)油管過(guò)油管開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)[J].石油機(jī)械，2000，28(7)：55-57.

[5] Hearn D D，Blount C G.Coiled tubing window milling[J].SPE 35126，1996.

[6] 朱麗華，陳新，黃焰.連續(xù)油管開(kāi)窗側(cè)鉆水平井技術(shù)[J].鉆采工藝，2001，25(3)：19-23.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.03.026

TE243

A

1673-1409(2012)03-N078-03

2012-01-28

周昆(1985-)，男，2008年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)在主要從事鉆井工藝技術(shù)方面的研究工作。