自升式平臺插入法固井配套新工具研制與應用

王喜杰 ，和鵬飛 ，嚴維鋒 ，王　濤 ，袁則名

1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司　（上海　200335）

2.中海石油（中國）有限公司上海分公司　（上海　200335）

固井是鉆井工程的關鍵環節之一，固井質量是井筒安全長效生產的保證。中海石油渤海油田常用的固井技術有插入法固井、單級雙封固井、雙級固井、尾管固井等多種技術，從井型方面掌握有叢式井表層批鉆固井、水平井固井技術、高溫高壓固井技術等[1-4]。部分固井技術雖然整體應用無明顯缺陷，但對于作業效率提升等仍有改進空間，如插入法固井，在常規工藝技術中容易出現插入頭密封失效等問題，影響作業時效和安全，為此開展了插入法固井配套工具的研制。

1　技術現狀分析

1.1　自升式平臺插入法固井原理

插入法固井工藝技術一般用于大尺寸隔水導管和套管的固井[5-7]，應用情況一般是單口探井和部分未錘入隔水導管的導管架槽口。基本原理是在隔水導管下入到預定深度后，在轉盤面坐卡瓦，然后下入以鉆桿或者加重鉆桿為主的內管管柱，內管底部接有插入頭，外帶密封膠圈，與隔水導管鞋內插入孔匹配。固井作業時，通過內管內環空與隔水導管外環空建立循環通道，將水泥漿泵入至隔水導管環空并頂替到位。該工藝能減少水泥漿在隔水導管內的摻混，縮短頂替時間、精準頂替量，保證頂替效果和水泥封固效果。

插入法固井工藝隔水導管結構為：插入式浮鞋+隔水導管串[8]。內管結構為：插入頭+鉆桿/加重鉆桿（間隔安裝鉆桿扶正器），如圖1所示。

圖1　插入法固井浮鞋及配套插入頭

插入法固井工藝流程：注入前置液、注入水泥漿、替入鉆井液（替入量比鉆桿內容積少0.5 m3）、放回壓檢查回壓凡爾是否倒流、上提鉆桿循環出多余的水泥漿[9]，如圖2所示。

1.2　問題分析

1）插入密封容易失效，傳統的自升式平臺隔水導管固井采用內管插入的方法進行固井。內管柱插入法固井在實踐過程中的插入密封容易失效，主要表現在2個方面：①經常出現插入頭插入困難，主要原因是插入頭底端較小容易阻掛在浮鞋內部有微臺階的地方；②插入到位后，膠圈密封失效，主要是膠圈可能在內管下入過程中破損，或者是插入頭和插入座存在尺寸誤差，膠圈外徑不能完全密封。根據作業統計，渤海油田每年探井和鉆下隔水導管作業占年度總鉆井量的25%，其中出現插入失效或者未能達到一次插入滿足密封而導致的頻繁活動、試插入和起鉆更換占總插入法固井量的30%，總體作業時間損失較多[10]。

2）隔水導管下入過程中遇阻的處理手段不足。下入過程中如有遇阻，一般采取上下活動嘗試通過、配合隔水管內開口灌入海水，如果始終無法通過，只能起出通井或者下入深度勉強滿足要求則就地固井等。

圖2　插入法固井過程

2　配套新工具研制及技術改進方案

介紹一種新型隔水管送入工具，這種固井工藝與傳統的半潛式平臺內管柱固井方法類似，在固井時不需要插入密封，只需密封送入工具（卡簧連接、密封圈密封）和隔水管，如果在下入過程遇阻，可以實現邊沖邊下。

2.1　配套新工具研制

傳統鉆井工藝中，各類型套管一般配有相應的變扣接頭，俗稱“大小頭”主要實現套管扣和鉆桿扣的變通連接，以便在遇阻或者需要循環時，能夠實現連接循環系統。鑒于此，參考“大小頭”的原理，設計出一套工具。

該工具主要有3部分組成：中部鉆桿結構、外部隔水導管連接結構、放氣閥（圖3）。中部鉆桿結構上下為鉆桿扣，實現下端與插入法內管鉆桿相接，上部與頂驅或者循環系統接頭相接。外部隔水導管連接結構內部中空，下端為隔水導管母扣，實現與隔水導管的連接并達到密封作用 （渤海海域常用的隔水導管采用內收式卡簧接頭結構，卡簧安裝在外接頭的卡簧槽內，依靠卡簧的外張彈力，約束內接頭）。中部鉆桿結構與外部隔水導管連接結構俯視為同心圓，并在隔水導管結構上部一體連接。放氣閥主要用于密閉以后的放氣等功能，本體預留12.7 mm（1/2″）NPT（美國標準60度錐管螺紋）安裝12.7 mm（1/2″）截止閥，通過截止閥的手動開關，實現放棄功能。

圖3　工具示意圖

主要工作原理是：當下入隔水導管遇阻時，將工具與隔水導管連接，上部接通頂驅等系統，實現開泵循環。當內管固井密封失效時，將內管與工具底部連接，外部與隔水導管連接，實現隔水導管與內管內的密封。水泥漿仍然從內管進入，自內管底端進入隔水導管環空，做到了混漿控制和管內水泥塞高度控制。常規插入密封失效時，采用該工具，底部插入密封不再插入浮鞋插入座，距離通過內管配長控制合適高度即可。

2.2　配套工藝方案

方案1：

1）如果傳統的插入密封無法密封，現場則立即起一柱鉆桿，按照事先配好的管串，將新型送入工具連接上。

2）送新型送入工具至井口下平臺，并與隔水導管連接，并將隔水導管內灌滿海水（送入工具上部排氣閥打開排氣），內管柱距離浮鞋3～5 m。

3）灌滿海水后關閉排氣閥、通水、固井。

方案2：

1）按照隔水導管表下入導管。

2）坐隔水導管于轉盤面，下入配好長度的鉆桿（鉆桿長度比導管長度短5 m左右），連接 “大小頭”，打開排氣閥。

3）送隔水導管坐于井口小平臺，接頂驅，向隔水導管內部灌滿海水 （通過排氣閥觀察是否灌滿海水）。

4）灌滿海水后關閉排氣閥、頂通、循環，按照固井設計進行固井（與半潛式平臺固井相似）。

3　應用與效果分析

3.1　應用情況

NB14-5井和NB25-2井為東海某區域的兩口井，水深為90 m至100 m。兩口井井身結構類似，設計 914.4 mm（36″）井眼×762 mm（30″）隔水導管（200 m 左右）+444.5mm（172y″）井眼×339.7mm（13″）套管（2 395 m 左右）+311.2mm（12y″）井眼×244.5mm（9″）套管（4 615 m 左右）+212.7mm（8″）井眼×177.8 mm（7″）尾管（4 415 m 至 4 915 m 左右）。

采用配套工藝方案2開展隔水導管固井作業，在NB14-5井累計泵注1.9 g/cm3密度水泥漿52 m3，頂替海水0.64 m3，泄壓檢查無回流。

候凝結束后，進入 444.5 mm（172y″）井眼作業，探隔水導管內水泥塞高1.73 m。

3.2　效果分析

傳統的自升式平臺隔水導管固井采用內管插入的方法進行固井。內管柱插入法固井在實踐過程中經常出現插入頭插入困難以及插入后密封失效等情況，一般不起鉆更換的來回嘗試插入時間在0.5 h，起鉆更換插入頭的時間根據井深決定，按隔水導管入泥50 m、水深50 m，更換一趟總時間在1.5 h左右。內管柱固井還需要在鉆桿上添加2個扶正器，安裝和拆卸2個扶正器大概需要花費0.5 h；且如果下入過程中有遇阻等情況，只能就地固井，這樣給下一步作業帶來了一定的隱患；隨著勘探力度和難度的增加可能以后的井表層隔水管下入會更深，這樣可能在固井或者打通期間出現憋壓等現象，采用傳統插入法固井，如果出現憋壓就沒有好的解決方案。

因此使用新型工具和配套工藝，可充分解決插入密封問題，節約作業時間。

4　結論

針對傳統固井過程中內插管柱插入密封容易失效、插入頭密封承壓較低等問題，提出了一種新型的表層隔水管固井方式，采用新型隔水管送入工具，對比分析得知：

1）較傳統內管柱插入法相比較，自升式隔水導管插入法新工具及配套工藝方案能夠避免插入頭插入困難，及插入后不密封等復雜情況的發生。

2）固井配套用的新型工具可以在隔水管下入過程中實現邊下邊沖,可以解決下入過程遇阻問題,可以解決隔水管下深問題。

3）用該工具固井可以上下活動管串，在處理固井期間憋壓等復雜情況時增加了處理措施。

參考文獻：

[1]侯冠中,席江軍,范白濤,等.渤中某油田過通天斷層調整井固井技術的研究與應用[J].石油工業技術監督,2015,31(9)：51-53.

[2]楊保健,劉寶生,付建民,等.海上平臺超大尺寸預留隔水導管井槽高效利用技術[J].石油工程建設,2016(3)：23-25.

[3]侯冠中,席江軍,和鵬飛,等.單筒雙井占位鉆具技術研究及在渤海油田的應用[J].石油鉆探技術,2016,44(2)：70-75.

[4]李凡,和鵬飛,張海,等.渤海油田 N13井“插旗桿”固井事故處理技術[J].石油工業技術監督,2015,31(6)：44-46.

[5]許迪,侯冠中,席江軍,等.自修復水泥漿技術在渤海淺層氣固井中的應用[J].石油化工應用,2016,35(8)：32-35.

[6]覃毅.內插法固井工具失效典型案例及預防措施[J].石油鉆采工藝,2015,37(6)：114-116.

[7]慕鑫.蘇里格氣田小井眼插入式固井方法研究[D].西安：西安石油大學,2012,86-89.

[8]王東.塔深1井固井技術[J].石油鉆采工藝,2007,29(4)：23-27.

[9]劉世彬,宋艷,李兵,等.LG地區超深井固井工藝技術[J].天然氣工業,2009,29(10)：65-68.

[10]王剛,康世柱,沈勇,等.提高柴東氣田天然氣井固井質量技術[J].鉆井液與完井液,2010,27(4)：62-65.