隔水管重入精準控制技術研究與應用

鄧賀 賈宗文 劉兆年 王超 司江舸 羅甲全

（1、中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300450 2、中海油研究總院有限責任公司，北京 100028）

隨著海上油田開發力度不斷增大，許多老油田需要采取增產、穩產措施不斷深入挖掘油田潛力。調整井側鉆技術是海上油田增產、挖潛的重要手段。該技術能夠利用現有井槽重新開發礦區內新的油藏，是一種適合海上平臺井槽數量受限等特殊環境條件下礦區油藏挖潛作業的技術[1]。隔水管重入技術是一種新型海上油田調整井側鉆技術。該技術通過使用新隔水管及預開窗斜向器替換原井隔水管，實現調整井側鉆。該技術可用于隔水管變形、損壞井治理及井槽回收作業，具有應用范圍廣，適應性強等特點[2]。

隔水管重入技術施工過程主要可分為五個部分，即原井封堵棄置，井筒切割及回收，確定側鉆方位并調整預開窗斜向器，斜向器及隔水管下入，側鉆鉆井[3-4]。隔水管重入作業整體作業難點之一是新隔水管下入過程中的精準控制。油氣井套管在下入過程中常因各種因素存在偏心情況，有時甚至是極限偏心[5]。此時，最內層套管沒有處于井筒中間位置，而是與最外層套管存在夾角，如圖1 所示。新隔水管下入過程中需要將下部預開窗斜向器準確插入原井內層套管實現斜向器完整坐入。同時，預開窗斜向器的開口方位應對應側鉆方位。因此，需要準確調整預開窗斜向器插入錐與開口的夾角，防止出現斜向器下入后開口方向與側鉆方位不一致的情況。

圖1 井筒內層套管偏心示意圖

圖2 隔水管重入預開窗斜向器

常規隔水管重入作業過程中，判斷原井套管偏心方位主要通過作業人員觀察劃線的方法，并人工計算預開窗斜向器插入錐與開口夾角。該方法在作業過程中發現存在較大誤差。原隔水管及井筒上提回收的過程中常發生旋轉，導致記錄的內層套管偏心方位與實際的偏心方位之間存在偏差。在此基礎上人工測量內層套管偏心角度，計算調整預開窗斜向器插入錐角度會進一步放大誤差，最終導致預開窗斜向器無法完全下入，開口方向與側鉆方向存在偏差等情況，需要反復調整，嚴重影響作業效率。

為解決隔水管重入過程中存在的精準控制問題，本文介紹了一種隔水管重入精準控制技術。該技術克服了隔水管及井筒回收過程發生旋轉造成的干擾，完成了井筒內層套管偏心角度精準計算，實現隔水管重入精準控制，避免因反復調整導致的效率底下問題。

1 隔水管重入精準定位工具

1.1 工具結構

隔水管完成切割后上提回收過程中常因外部因素繞中軸線發生轉動，導致無法準確判斷原井井筒內套管偏心角度和方位。隔水管偏心角度是開展隔水管深部重入的關鍵參數，該參數計算錯誤，將使隔水管重入斜向器坐入原井筒時出現偏移，導致重入作業失敗。

針對該情況，設計隔水管重入精準定位工具。該工具能夠記錄隔水管上提回收過程中因圍繞井筒軸線旋轉產生的角度偏離。工具的基本結構如圖3 所示。

圖3 隔水管重入精準定位工具結構

精準定位工具分為總體框架（含刻度盤），以及隨動裝置兩個部分，隨動裝置設計有軸承，包含有四個夾緊機構，可以在總體框架的導軌上，做相對旋轉運動。四個夾緊機構，通過一個環狀金屬片連接成一體，實現同步旋轉運動。每一個夾緊機構中，均設計有帶彈簧的伸縮桿，伸縮桿頂端是具有尖錐橫截面的張緊輪，負責緊密接觸和跟蹤隔水管的旋轉動作，同時，張緊輪內的滾動軸承式結構設計，又可以避免夾緊機構跟隨隔水管作軸向運動。通過隨動裝置上的指針，可以從總體框架上的刻度來讀出隨動裝置旋轉位置的變化。在上提的過程中，當隔水管發生周向旋轉時，通過夾緊機構帶動隨動裝置旋轉。完成隔水管上提后，隨動裝置的指針相對總體框架上的刻度盤所旋轉的度數，即為上提過程中隔水管相對原井位置所偏離的角度。

1.2 工作原理

精準定位工具的實現原理如圖4 所示。回收隔水管前原井內層套管位于原始位置1 處。精準定位工具安裝在隔水管外側，夾緊機構夾緊在隔水管外壁并隨隔水管旋轉而旋轉，進而帶動隨動裝置指針旋轉。當隔水管完成回收，隨動裝置指針所指示的角度即為隔水管旋轉偏離的角度。回收后內層套管處于圖4 所示虛線位置2 處。用精準定位工具指示的偏離角度修正內層套管位置即可得出原井內層套管實際位置1。

圖4 精準定位工具工作原理示意圖

2 套管偏心計算軟件

隔水管重入斜向器下入過程中重要一環是預開窗斜向器準確插入至原井筒。當原井筒內套管存在偏心情況時，需要準確測量內層套管偏心的準確方位，并根據偏心方位調整預開窗斜向器。常規測量內層套管偏心方法是將回收的井筒放倒后人工測量內層套管偏心情況。該方法在具體實施過程中存在較大誤差，常導致斜向器下入困難等情況。為解決內層套管偏心準確測量難題，設計套管偏心計算軟件，用于計算多層套管井筒內套管偏心情況。

套管偏心計算軟件通過識別拍攝的井筒斷面照片中各層套管的相對位置以計算套管偏心情況，軟件工作流程如圖5 所示。

圖5 套管偏心計算軟件工作流程

設備采集的斷面圖像導入至套管偏心計算軟件后，軟件根據套管斷面與水泥斷面的顏色差異確定各層套管相對位置，建立井筒偏心情況的二維模型，如圖6 所示。

圖6 井筒偏心二維建模

完成井筒套管識別及二維建模后開始進行偏心計算，根據識別出套管的圓心位置建立坐標：

定義套管1 的圓心=a、半徑=Ra、坐標位置=（Xa,Ya）

定義套管2 的圓心=b、半徑=Rb、坐標位置=（Xb,Yb）

定義套管3 的圓心=c、半徑=Rc、坐標位置=（Xc,Yc）

套管偏心角度計算公式：

由公式（1）-（5）可計算出內層各套管相對最外層套管的偏心情況。計算結果如圖7 所示。

圖7 井筒偏心計算結果

3 現場應用

3.1 作業工藝優化

隔水管重入技術的主要作業流程包括：

（1）老井封堵棄置；

（2）井筒切割與回收；

（3）確認側鉆方位調整隔水管重入專用預開窗斜向器角度；

（4）下入預開窗斜向器坐入原井筒切割斷面；

（5）開始鉆井作業。隔水管重入精準控制技術主要應用在第（2）步與第（3）步，直接影響后續第（4）步及第（5）步作業。

在實際作業過程中，在完成井筒切割作業后，需要將切割后的井筒上提回收至鉆臺。在回收過程中為應對井筒發生旋轉而導致后續內層套管偏心計算誤差，以往采用在隔水管及井筒上提過程中在井壁上劃線的方式記錄旋轉偏差。并在井筒完全回收后手動計算套管的偏心情況。然而在實際應用過程中，常因隔水管表面覆蓋海生物、人工測量不準確等原因導致產生計算誤差，進而引起預開窗斜向器下入困難，需要多次調整，影響作業效率。

針對存在的問題應用隔水管重入精準控制技術，在隔水管回收上提過程中使用精準定位工具代替人工劃線，結合側鉆方位使用套管偏心計算軟件代替人工計算套管偏心情況并給出預開窗斜向器調整方案，有效提高了預開窗斜向器下入成功率，提高了作業效率。

3.2 現場應用

A1 井為渤海海域中部某油田，平均水深15 米左右。經過十余年的開發，其油藏資源已基本枯竭。為充分利用A1井所在平臺的井槽資源，開發該油田其他油藏，開展隔水管重入技術進行調整井側鉆作業。

圖8 套管偏心計算軟件計算結果

按照SY/T 6845-2011《海洋棄井作業規范》完成A1 井封堵棄置后，在海底泥面以下4 米處切割連同隔水管在內的多層套管井筒，并回收。在上提回收過程中使用精準定位工具記錄井筒旋轉角度，最后記錄完成回收井筒共計順時針旋轉10.5°。完成井筒回收后使用套管偏心計算軟件計算，使用精準定位工具數據補償后，結合側鉆方位可得該井原井最內層套管相對于側鉆方向偏心111.5°，即預開窗斜向器導向錐與開窗夾角應設置為111.5°。調整預開窗斜向器后下入，一趟即成功把預開窗斜向器坐入原井筒，節省至少一趟起下套管作業，節省工時4-5 小時。表明該套技術成功實現隔水管重入精準控制。

4 結論

本文闡述了一套隔水管重入精準控制技術。該技術包含一套精準定位工具及一套套管偏心計算軟件，通過對隔水管重入作業工藝改進克服了原工藝控制難度高，誤差大等問題。經過渤海油田A1 井的應用，成功實現了對隔水管重入作業關鍵步驟的精準控制，對原井套管偏心情況的準確識別，解決了原作業工藝中存在的計算誤差風險，避免后續鉆井作業因預開窗斜向器開口方位錯誤產生的復雜情況。與原工藝相比有效提高了作業成功率及作業時效，降低了作業成本及人員的工作強度。