變形隔水導管開窗再利用技術

陳鵬飛 李文良 夏環宇 倪益民

（中海油能源發展有限公司工程技術分公司，天津 300452）

淺水區域內海上油氣田的開發，主要在平臺的槽口區布置叢式井來實現，槽口間間距較小（通常間距在2m左右）。另外，為節省工期，淺水油氣井隔水導管常采用錘入法下入，易導致隔水導管變形。隔水導管形變不嚴重時，可采用磨銑工具或者牙輪鉆頭處理形變部位；而當隔水導管形變嚴重或井間碰撞風險較大時，則需考慮隔水導管開窗方案。管柱開窗技術[1-8]作為油田后期低成本挖掘油藏潛力的有效方式，在各油田已得到充分利用。相較于常規套管，隔水導管具有壁厚（通常為25.4mm）、尺寸較大，且管外無水泥封固、地層疏松等特征，上述因素導致對其進行開窗作業時，將面臨作業效率低、套管下入困難、成功率低等問題。為解決隔水導管開窗過程中遇到的難點，文中從隔水導管處理方案優選、現場施工效果后評估兩方面提煉隔水導管開窗的實施要點，為后期類似隔水導管開窗作業提供借鑒。

1 隔水導管開窗背景

1.1 隔水導管變形概況

某油田A 井20" 隔水導管在錘入過程中，發生拒錘，后期測斜數據顯示，A 井隔水導管向已錘入隔水導管的B 井方向傾斜（見圖1），最終導致A 井隔水導管擠毀變形，其中，B 井隔水導管較為完好，且B 井已成功下入13-3/8″表層套管。從現有資料查詢得知，A 井隔水導管鞋深度范圍：127.64 ～128.64m（入泥深度：52.08 ～53.08m）。

圖1 隔水導管碰撞示意圖

為處理A 井隔水導管形變部位，A 井下入16″定向鉆具組合清洗隔水導管至127.44m 后，不能進一步加深。后采用16-3/4″磨銑鉆具組合僅能下至125.01m，嘗試磨銑通過，頂驅、鉆具頻繁憋跳，難以向下磨銑，微調磨銑參數亦無進展，僅回收少量碎片，出井時磨鞋尺寸磨損至16″，側面耐磨面上的碳化鎢磨銑殆盡，磨鞋底部的耐磨面保存較為完好。

為進一步探查A 井隔水導管情況，組下8-1/2″通井鉆具至126.89m 探底，鉆進至129m，無遇阻情況；組下強磁打撈鉆具組合至井底，回收鐵銹與鐵屑共計7kg；組下12-1/4″通井鉆具至129m，無阻卡。

1.2 變形隔水導管處理方案優選

隔水導管處理方案的優選，需對隔水導管變形量進行計算，可假設變形量與深度呈線性相關，且為單側變形。由圖2 可知，當AF=16.75in 時，AB=2.43m，AC=3.63m，BD=0.75in，根據相似三角形公式，CE=1.12in，當前隔水導管最大允許通過尺寸為EH=AF-CE=15.63in。正常24"隔水導管最大允許通徑為22"，因此，從隔水導管前期處理作業和上述分析可知，隔水導管形變不太嚴重，可先采用銑錐進行磨銑，然后采用常規的井身結構。

圖2 隔水導管變形量計算模型圖

但從淺層井間防碰考慮，用A 井槽口設計軌跡，采用不同測量方式獲取的隔水導管測斜數據（見表1），若從隔水導管底部鉆出，與鄰井B 井皆存在嚴重的碰撞風險，如強行施工，存在鄰井被鉆穿或使鄰井套管變形的風險，故不推薦采用銑錐磨銑，最終選擇采用隔水導管開窗方式。

表1 隔水導管防碰掃描數據表

2 隔水導管變形原因分析

依據防碰掃描數據，在A 井隔水導管底部，兩者最小中心距為0.66m（約26″），大于兩井隔水導管碰撞距離0.559m（接箍外徑為22″），在不考慮軌跡誤差的情況下，兩井隔水導管并未發生接觸性碰撞。

綜合分析，隔水導管變形可能存在如下原因（見圖3）：①已錘入的隔水導管所產生的群樁效應[9-12]導致后錘入的隔水導管受到擠壓；②A 井隔水導管傾斜嚴重，其最大井斜角為2.5°，遠大于B 井最大井斜角0.75°，導致與鄰井B 井的已錘入的隔水導管最小中心距急劇壓縮，進一步加劇群樁效應；③A 井隔水導管受嚴重擠壓的位置存在薄弱點，致使該井隔水導管變形。造成薄弱點的可能原因有：隔水導管管材所含的成分不合格；隔水導管的壁厚不均較為嚴重；隔水導管在加工過程中內外表面存在劃傷、凹陷、凸起、結疤等情況；隔水導管在錘入過程中，在打樁機強大的作用力下，被地層中堅硬、尖銳的礫石所損傷。

圖3 隔水導管變形原因示意圖

3 隔水導管開窗施工過程

隔水導管開窗施工過程大致包括開窗修窗階段、鉆進階段、再次修窗階段、通井下套管階段。開窗修窗階段首先針對隔水導管進行通井作業，座掛16"斜向器，采用16"雙銑錐進行開窗修窗作業。鉆進階段采用15-1/2"牙輪鉆頭鉆進，鉆進期間，過窗口有遇阻顯示，下套管時，遇阻無法通過窗口，需進一步修整窗口。再次修窗階段包含兩種方式的修窗作業，首先采用17-1/2"銑錐組合進行修窗，4 次通井，第1 次通井遇阻無法通過，后3 次遇阻活動后通過，下套管仍遇阻無法通過，然后采用雙銑錐+西瓜銑組合兩次修窗，試下套管遇阻活動通過，判定窗口具備套管通過能力。通井下套管階段先對表層井段進行通井作業，下放至井底循環干凈并頂替入稠膨潤土漿，最終順利下入13-3/8″套管。

4 隔水導管開窗效果后評估

4.1 開窗位置的選擇是否合適

A 井隔水導管鞋深度范圍在127.64m～128.64m 之間，隔水導管長度一般為12m 左右，實際隔水管開窗口位置為：106.00m～113.20m，可推算出開窗口上部接箍位置在103.64m～104.64m 之間，開窗口下部接箍位置在115.64m～116.64m 之間，隔水導管開窗口成功規避了隔水導管接箍位置，開窗位置選擇合適。

4.2 套管的選擇是否合適

開窗后所下13-3/8″套管數據從下往上依次為：浮鞋（N80、BTC、61PPF、12.72m、含1 根套管）+浮箍（N80、TPCQ、61PPF、11.44m、含1 根套管）+套管（N80、TPCQ、61PPF、352.77m）+ 變扣（N80、BTC、61PPF、1.84m）+ 套管（N80、BTC、61PPF、1.66m）+套管掛（0.21m）。其中TPCQ扣為天津鋼管集團于2001 年研發的特殊扣[13-14]，用于密封要求高的作業工況，為帶接箍套管，接箍處設有臺階面。下入過程中，由于窗口修整不徹底，套管下入時易出現遇阻問題。

結合表2 分析，第一次與第二次下套管，窗口不規則形狀限制了具有臺階面的帶接箍套管下入。第三次與第四次，兩者皆順利通過套管的第一個接箍位置，表明窗口修整得較為平滑，具有通過所有接箍的能力。因此，后期類似作業，由于管外無水泥封固致使隔水導管開窗口形狀修整不規則，考慮套管接箍臺階面的影響，建議隔水導管開窗后，下入無接箍套管或將帶接箍套管的接箍部位打磨成斜坡結構，以便套管順利通過不規則的窗口位置。

表2 表層套管下入情況統計表

4.3 開窗、修窗工具的選擇是否合適

由圖4 可知，在開窗及前期兩次修窗過程中采用的雙銑錐由單式銑錐連接鉆柱銑錐組合而成，單式銑錐主要用于開窗，鉆柱銑錐主要用于修窗，兩者外徑皆由小增大[15]。雙銑錐對套管外有水泥封固的井進行開窗作業，可以實現開窗、修窗、試鉆一體化，減少起下鉆趟數。然而，對隔水導管修窗時，由于隔水導管外為松散地層，窗口位置的毛刺易向外翻卷，同時，鉆具扭矩時大時小，導致鉆具伸縮不一，對同一窗口位置不能始終保證銑錐最大外徑對其進行持續有效的修窗作業。因此，通過雙銑錐的開窗、修窗及多次通井作業后，兩次下套管過窗口依然遇阻，未能通過窗口。

圖4 開窗、修窗工具對下套管作業的影響

后期兩次修窗采用雙銑錐+西瓜銑組合修窗，西瓜銑由于其磨銑段外徑一致，長度較長，修窗時能確保窗口待修整位置始終處于西瓜銑等尺寸磨銑段的作用下，有利于窗口磨銑平整。因此，該修窗組合取得了較好的效果，無論是試下套管還是最終下套管，采用上下活動套管的方式，皆能順利通過窗口。

5 結論與建議

5.1 隔水導管開窗位置盡可能往深部選擇，有利于提高隔水導管承載能力，另外，需合理避開隔水導管接箍位置。

5.2 隔水導管開窗后，下入的套管可采用無接箍套管或將帶接箍套管的接箍部位打磨成斜坡結構，以規避過窗口時套管接箍位置遇阻風險。

5.3 隔水導管修窗時應采用西瓜銑作業，確保同一位置被外徑相同的打磨工具持續有效打磨。

5.4 通井驗窗時，可采用鉆桿底部接短套管驗證窗口通過效果，提升起下效率。

5.5 通井過程中，只要有一次鉆具組合未通過，應考慮采用修窗工具長時間進行再次修窗作業。

5.6 由于開窗修窗震動過大，隔水導管與導向槽之間可預先做加固處理，同時預備由于震動頻繁可能導致損壞的部件。