胜利油田水平井大修技术

胜利油田水平井大修技术中国石化胜利油田分公司采油工艺研究院二00六年九月目录一、概述二、水平井井下增力打捞工艺技术三、水平井冲砂工艺技术四、水平井井下管柱切割工艺技术五、水平井钻铣技术六、水平井井下套铣、倒扣打捞技术一、概述水平探井丛式水平井阶梯式水平井侧钻水平井双连通水平井分支水平井胜利油田水平井的发展可划分为两个阶段：第一阶段（1991年-1994年）为科技攻关试验阶段，应用范围主要在乐安油田稠油砂砾岩油藏。水平井类型为中、长半径水平井。每年完钻水平井5-8口，年产油5-8×104吨。第二阶段（1995年-目前）为大规模推广应用阶段，应用范围从单一的砂砾岩稠油油藏扩大到非稠油的边底水断块油藏、裂缝性油藏、整装高含水油藏、地层不整合油藏、低渗透油藏和薄层油藏等。并相继完成了水平探井、丛式水平井、超深水平井、海油陆采水平井、阶梯式水平井、双连通式水平井等不同类型的水平井。胜利油田的水平井数目前每年以50—70口的速度增加，截止到2005年底胜利油区共完钻投产各类水平井501口，并取得了良好的开发效果。胜利油田已成为国内水平井技术发展最快、应用规模最大的油区之一。水平井的发展水平井的发展修井工艺的发展：随着水平井技术的不断推广应用，水平井修井工作的迫切性也日益显现出来。近年来，胜利油田在水平井修井工艺技术上也取得了长足的发展。修井工艺技术水平井打捞作业水平井冲砂作业水平井井下管柱切割水平井钻铣技术水平井套铣、倒扣技术二、水平井井下增力打捞工艺技术水平井井下增力打捞工艺技术当滤砂管和分层封隔器失效以后，实施打捞作业就成为恢复产能的唯一手段丢手SPY封隔器扶正器导向头油管短节生产层封闭层水平井打捞的难点1、水平井内由于造斜段的作用，井口的上提力无法有效传递到井下水平段内，同时出于保护套管的原因，在直井中普遍采用的大力上提、活动解卡等打捞工艺技术无法在水平井实施。2、同样由于造斜段的影响，井口扭矩也无法有效传递到井下水平段，因此在水平井实施常规的套铣、倒扣等打捞工艺比较困难。3、一般直井防砂管柱长度只有几米至十几米，而水平井水平射孔段比较长，因此滤砂管也比较长，一般长度为几十米以上，有的甚至长达300米。每根滤砂管均带有扶正器，在扶正器处有变径，这也增加了打捞难度。为了解决上述问题，我们采用了全新的观念从打捞管柱结构上进行重新设计。我们确定的主体设计思路是通过增加部分配套工具，改变管柱的受力方式，通过油管打压的方式直接在卡点直接产生拉力，实现水平井滤砂管打捞。水平井井下打捞工艺管柱示意图扶正器井下打捞增力器捞矛该管柱由专用的提放式可退捞矛、井下打捞增力器、扶正器和配套工具等组成。该管柱额定载荷为550kN。井下打捞增力器以上部分管柱在增力打捞过程中不受打捞力作用，同时可以保证在需要时可靠地退出捞矛，确保打捞不成功时不会给井下制造新的事故。在配套了合适的工艺管柱后，水平井滤砂管打捞工艺可以概括的用“冲”、“捞”、“松”、“拔”这几个字来表示。“冲”：将井筒内的沉砂冲洗干净，并以合适的压井液替入，防止再次出砂。“捞”：利用提放式可退捞矛捞住井下管柱，并上提一定的负荷。“松”：用水泥车打压，压力控制在一定的范围内，使井下管柱在一定的负荷下反复受力，使周围的沉砂松动。“拔”：当滤砂管周围的沉砂开始松动时，以打捞管柱和井下管柱可以承受的拉力大力活动，将滤砂管拔出。该井水平段长601.31m，留井管柱为皮碗封隔器+φ108mm镶嵌式金属棉25根，总长度为184m，其中滤砂管长127m。水平井打捞工艺技术应用孤东7-平3井水平井打捞工艺技术应用SZ36-1-J3井位于中海油渤海石油分公司SZ36-1油田J平台，该井井深2280m，造斜点位置281m，井内共有油管、短节、滑套、堵塞器、引鞋等计38件（套、根），总长237.94米，鱼顶位置1788m，丢手鱼顶为φ76mm油管本体。上提负荷至260kN，从油管正打压，压力0～17MPa，共使用增力器打压、放压43组118次，活动管柱135次，时间12小时，井下管柱上移9.7m，捞出全部管柱。井下增力打捞技术的适应性井下增力打捞技术是改变管柱的受力方式，变液压力为上提拉力，并且直接将作用力作用在鱼顶处的一种打捞方式，从原理上讲，就是在直井中的活动解卡方式，只不过作用力比较大，并且直接作用在鱼顶处，因此，该工艺技术的适应性和活动解卡方式的适应性是一样的。三、水平井冲砂工艺技术冲砂可以分为冲套管砂和芯管砂两种，对于滤砂管没有损坏的油井，经过芯管冲砂处理以后，油井可以正常生产一段时间。对于由于粉细砂堵塞滤砂管芯管的情况，将滤砂管芯管内的沉砂冲洗干净也是恢复生产的一种有效方法。水平井冲砂水平井套管内冲砂工艺技术射孔完成的水平井与直井相比虽然采油强度低，生产压差小，但地层砂和其他胶结物同样会随液体进入水平井筒逐渐沉积在水平段内，造成井筒堵塞或部分堵塞，使油井减产或停产，为了迅速恢复油井产能，必须进行冲砂。水平井套管冲砂时可以采用常规的光管反循环冲砂。但由于水平井需冲砂的井段长（300—500m），同时，在进入造斜段后，垂向间距逐渐缩小，使冲洗液中携带的砂子沉降距离缩短，接单根（不连续冲砂）时容易使砂子产生沉淀形成砂桥。水平井套管内连续冲砂工艺水平井连续冲砂装置由井口部分和井下部分组成，井口部分由高压自封、工作筒、反冲洗阀组成；井下部分为安全阀和旋流冲砂器。该管柱为连续反冲洗方式，冲洗过程中油管柱的最上端始终被反冲洗阀封闭，液流经井口自封进入，返出液由自封侧孔排出，整个过程为不停泵连续作业。旋流冲砂器旋流接头在工作时高速旋转，在套管内形成旋流，对水平段的沉砂充分搅动，将砂粒彻底冲洗干净。该技术在胜利油田草20—平5井成功的进行了冲洗。该井采用了7in旋流冲砂器+扶正器，连续冲砂段长320m，冲出大量的死油、沉砂和杂质。水平井芯管内冲砂工艺Ф89mm油管滤砂管鱼顶扶正器密封插头水平井芯管内冲砂主要是指滤砂管芯管内的冲砂。对于滤砂管没有损坏的油井，将芯管中的沉砂冲洗干净后，油井可以正常生产一段时间。对于芯管内的沉砂，比较安全的方法是采用连续油管进行冲洗。水平井芯管内冲砂工艺Ф89mm油管滑动扶正器滤砂管小冲管采用小冲管冲洗滤砂管芯管，由于冲管强度限制，全井采用同一规格管材是不现实的。为此，我们考虑只下入需要冲洗深度的特制无接箍冲管，其它采用73mm或89mm油管，在冲管头部安装一个冲洗导引器的方案。四、水平井井下管柱切割技术对于如热采水平井防砂工艺管柱等在造斜段有管柱的水平井井下管柱，同样由于造斜段的作用，也不能采用增力打捞的方式进行打捞作业。此时，应考虑将造斜段的管柱切断，对井下管柱进行分段打捞。水平井井下管柱切割工艺技术爆破切割由于水平井的特殊条件，炸药的输送方式必须采用管柱输送。可以采用的方式有抽油杆、小油管、小钻杆等，点火方式为压力引爆。爆炸后油管的外径涨大约20mm，轴向影响范围50mm-60mm。该方法存在的主要问题有：①对于油管紧贴套管和油管外有砂的情况尚未考虑。同时，如果油管紧贴套管，将会对套管有一定程度的损伤。②爆破产生一些碎块可能会对下一步的打捞工作产生影响。应用该工艺技术，胜利测井公司成功的实施了一口水平井井下管柱切割。采用油管内割刀的方式切割井下管柱，其优点是切口平整、无变形、无变形影响区。缺点是只能切割单层管子。割刀的转动可以通过动力钻具带动，也可以通过小钻杆带动。内割刀切割割刀试验数据内割刀切割钻压（kN）转速(º/min)启动扭矩(N.m)最大扭矩(N.m)割断时旋转角度(º)79001255346412φ73mm油管内割刀实验数据五、水平井钻铣技术在有些情况下，必须实施井下钻铣，以修正鱼顶、钻铣水泥塞等，这时，就要实施水平井井下钻铣施工。水平井井下钻铣施工的钻具总体来说有两种类型，一种是采用井下动力钻具，一种是采用井口转盘钻具，推荐使用井下动力钻具进行水平井钻铣作业，这样有利于保护钻杆和套管，并适合于小修队施工。水平井钻铣技术水平井钻铣管柱主要由钻头、滚动扶正器、动力钻具等工具组成。利用该套钻具组合可以完成水平井套管内水泥塞、可钻材料封隔器等井下工具的钻铣。该技术已经在胜利油田水平井中进行了成功的应用，辛151-平1和辛151-平2井应用该管柱成功钻塞12m和15m，钻进过程顺利，管柱无卡阻现象。在孤东、孤岛、河口等地实施了水平井井下滤砂管磨铣修鱼顶，单次分别进尺最大6m。水平井钻铣技术1、由于在水平井中磨铣的碎屑不易通过正循环排出，特别是在大尺寸套管中这个现象更加明显，因此，当进尺达到一定时，会出现憋钻现象，此时，应停止钻铣，活动取出管柱，通过反循环、短套铣筒套铣等措施将井内碎屑清理干净，然后再次磨铣或实施打捞。在实施水平井井下钻铣施工时，需注意以下几点：2、动力钻具的输出扭矩和压力成正比，转速输出和排量成正比。但是由于动力钻具的输出扭矩有限，因此施工的钻压不能加得太高，以免导致动力钻具外套反转，或上部油管反转，导致管柱落井事故发生。七、水平井井下套铣、倒扣打捞技术井下增力打捞技术是水平井井下管柱（特别是滤砂管）打捞的首推技术，但是，当出现以下情况时，井下增力打捞技术无法将井下落物捞出，需要采用套铣、倒扣技术打捞井下落物：1、水平井井下待打捞管柱外径大、强度高（如4-1/2”滤砂管），同时砂埋严重，以井下打捞增力器的拉力不足以将井内管柱捞出或拉断，此时可以考虑采用倒扣方式打捞。2、井内滤砂管采用非标准油管做芯管（或芯管设计不合理，强度严重削弱），实施井下增力打捞时内径涨大，无法捞住滤砂管，可以考虑倒扣方式打捞。3、井眼尺寸大（7”）、滤砂管尺寸小（102mm、116mm），出砂严重，使用井下增力打捞技术打捞无效的，可以采用套铣＋倒扣联合打捞方式打捞。应用井下套铣、倒扣打捞技术应注意的问题：1、根据水平井井下管柱的受力分析，在上提、旋转时，井下管柱受力非常不好，非常大的分力作用在套管上，会对钻具和套管造成致命的破坏。2、由于作用在套管上的分力大，传递到井下的有效扭矩小，倒扣施工不一定能成功。管柱上应准备相应的安全接头等配套工具，倒扣捞矛也应该是可退的。3、目前井内打捞的主要管柱是滤砂管，当打捞出上部滤砂管时，井筒内会随时出砂，影响打捞，此时，应采用卤水或泥浆压井，保证打捞顺利进行。胜利油田采用“套铣＋倒扣”方式完成水平井井下滤砂管打捞施工的井例不是很多，目前还有部分井未全部倒出滤砂管就停止了施工。在所有采用“套铣＋倒扣”方式施工的井中，都发生了套铣筒卡、钻杆扭断、安全接头扭断等事故。因此，这项技术目前还不是非常成熟，有待于进一步配套完善。以上介绍的几种水平井修井工艺技术，是对胜利油田近年来水平井修井技术研究及应用的总结，所有技术均经过实验室验证，绝大多数技术都在现场获得了应用。但我们的水平井修井工艺技术研究还刚刚起步，发展的很不完善，在水平段套管修复技术方面甚至还是空白，与石油行业发展的要求还有不小的差距。随着水平井数量的增加和越来越复杂的井下情况的出现，对修井工艺技术的要求也越来越高。在今后的研究过程中，应将钻井、完井、修井等各个环节统一考虑，加强水平井修井工艺技术的研究，为油田采油工艺技术的应用提供可靠的保证。总结