海上油田小平台油管内修井关键技术的优化与应用.pdf

收稿日期 作者简介 闫 平()男山东潍坊人中海油田服务股份有限公司一体化和新能源事业部工程师主要从事钻完井工艺技术研究:./.海上油田小平台油管内修井关键技术的优化与应用闫 平李 勇董展翔肖 寒卢 艳王晨民(中海油田服务股份有限公司 一体化和新能源事业部 天津 滨海新区)摘 要连续油管作为新型井下作业技术装备有作业时效快储层伤害小的独特优势但是由于连续油管属于大型装备受小平台吊车能力和作业场地限制使小平台优势其独特故障井无法通过连续油管作业进行解决 提出一种小尺寸钻杆配套修井创新技术通过高强度小尺寸钻具传输井下工具满足油管内部冲砂、高效切割、打捞功能 分析该技术涉及的关键工具特征参数、设计制造的配套技术装备、技术工艺原理、技术优势通过近 口井的现场应用证明该技术的实用性、经济性和适用范围广的优点与连续油管作业相比费用可降低 以上作业效率提高 以上并且该技术所得结论在打捞油管内工具、冲孔、除垢等多种措施作业具有指导借鉴意义关键词海上平台油管内腔提效冲砂切割中图分类号 文献标识码 文章编号()全球能源需求不断增长中国海上油气田作为国家油气贡献的中坚力量正在逐步走向深入开发阶段采油技术进入日新月异的时代大开发带来的井筒故障层出不穷如管柱腐蚀、井筒出砂等故障影响油气田的开发开采 鉴于海上石油开采具有高风险、高投资的特点如何快速修复故障井保障油气田的稳产高产是摆在井下作业工程师面前的一个难题 针对小平台设备及环境受限因素采用连续油管重型装备对小平台故障井修复已然行不通常规的冲砂、套铣、切割、打捞技术只能应用于海上油田中常规的井下管柱结构对于小平台修井小尺寸管柱结垢、腐蚀、砂埋的处理技术和工具十分欠缺笔者充分考虑小平台的泥浆泵及修井机设备能力针对井下管柱故障特点研制出一套小钻杆作业配套工艺技术以求解决小管柱内冲洗切割、打捞作业力求使一批类似井尽快复产 技术优势及分析海上油田油气井开发具有高投入、高产出的特点一旦防砂失效油井就会减产甚至停产 恢复正常生产需要把井筒沉砂冲出来甚至将井内破损的油管打捞出井进行二次完井 渤海油田油管内冲砂措施为连续油管和小油管冲砂由于部分平台吊车和场地的客观条件限制都采用外径为 小油管进行冲砂作业该油管的管柱强度低无法实现预定深度冲砂作业而且一旦发生井下阻卡情况受限于其抗拉和抗扭条件很容易发生断裂情况致使井下情况复杂 在油管打捞作业中由于井下作业环境限制只能通过传统的倒扣打捞进行致使打捞不确定因素增多工期和费用都会增长极大影响油气井的复产针对以上问题开发出一种小尺寸管柱修井技术和配套工具实现小平台冲砂/切割打捞作业这种配套工具具有以下技术优势:小尺寸钻具强度较外径为 小油管强度高且性能稳定兼备抗拉和抗扭性能小尺寸钻具采用无接箍设计减小起下钻过程中磨阻小尺寸切割工具性能稳定一趟达到切割目的提高打捞效 年 月山东石油化工学院学报.第 卷 第 期 .率 整装配套的小尺寸系列工具已经在渤海油田成功应用 余井次取得良好的社会效益和经济效益 关键工具优化 高强度无接箍小钻杆以往小尺寸钻具强度低、抗拉和抗扭能力差无法满足现场作业需求 在该钻具基础上从材料和钻具螺纹两方面进行优化配备一种高强度无接箍小钻杆该小钻杆在原材料方面经过多方面对比从综合性能、性价比等因素考虑选用高钢级合金管作为高强度无接箍小钻杆的原材料钢级机械性能满足 性能的要求 高强度无接箍小钻杆要求有最小的外径和最大的内径以增强水力学性能同时还能传递大的扭矩 为此专门设计 特殊设计螺纹 这种螺纹具有以下特点:螺纹经过热磷化处理磷化膜厚度大于 以预防作业中发生黏扣 特殊设计螺纹提高扭矩且便于上卸扣 这种小钻杆更大的优点是采用无接箍设计但这并没有降低它的强度 对比 小油管冲洗管柱抗扭提高 倍抗拉提高 倍冲砂、切割作业施工更安全可靠(表)钻杆具体参数见表 表 高强度无接箍小钻杆基本参数钻杆名称扣型外径/内径/长度/材质屈服强度/抗拉强度/抗扭强度/()钻杆 定制合金 钻杆 油管 配套防喷器组以往的小油管防喷器只能配合油管作业承压和密封能力无法满足与钻杆匹配目前市场上无高强度小钻杆相应尺寸防喷器组需特殊设计防喷器组满足作业需求 根据小钻杆作业的承压、密封能力两方面要求配备配套的防喷器组 防喷器组由筒状环形防喷器、液压闸板防喷器及防喷管组成该配套防喷器组体积较小结构简单易于组装能够满足井控要求且带有连接储能器的配套管线通过液压进行控制防喷器的开关具体参数见表 表 防喷器组参数名称最大通径/工作压力/密封光杆直径/上端连接方式下端连接方式环形防喷器/卡箍或法兰连接液压闸板防喷器法兰连接法兰连接环形防喷器主要由壳体、支架、胶芯、活塞等组成 液压闸板防喷器主要由壳体、侧板、密封芯封总成、丝杠、丝杆螺母、连接压盖、轴承、压帽等组成 环形、闸板防喷器的上端、下端均为法兰连接(图)图 环形防喷器图 液压闸板防喷器闫 平等:海上油田小平台油管内修井关键技术的优化与应用 水力内割刀 水力内割刀的结构及工作原理大尺寸水力内割刀系列化和市场化程度很高但是针对小尺寸作业空间的水力内割刀成熟度不高目前的小尺寸水力内割刀在实践应用中存在进入预定切割位置切割作业后不能一次切断起出工具后会出现刀片断裂或热烧现象等问题还需要下入割刀工具数次方能将管柱割断 为此研制外径为、的两种水力内割刀通过参数调整和设计优化提高小尺寸管柱切割的作业效率和可靠性 该水力内割刀主要由轴向定位装置、旋转密封装置、切削进给装置、刀片、喷嘴及本体等部分组成(图)图 水力内割刀 割刀设计要点之一在于割刀刀片的设计和选材 为了达到设计目的要求刀片材料选用高性能钢 其主要强度数据、性能如下:钢号为()硬度为 抗弯强度为 冲击韧性为 /()时的硬度为 喷嘴(水眼)材料采用 硬质合金 属于钨钴类材料具有良好的耐磨性 其主要性能如下:密度为 /硬度为 抗弯强度为 冲击韧性为 /()该割刀通过液压控制当泥浆泵通过钻具向割刀泵入钻井液的时候轴向定位组件开始动作它的 片卡瓦沿着锥体斜面向外扩张锚定在油管内壁上液压继续传递推动活塞活塞压缩弹簧推动刀片支撑架使刀片向外扩张然后开始低速旋转开始切割作业割刀性能参数见表 表 油管水力内割刀性能参数工具规格外径/喷嘴内径/最大张刀尺寸/切割管径/地面试验情况统计对割刀性能进行现场应用数据统计割刀卡瓦坐卡泵压为 /下压为 确定卡瓦在油管中坐牢固切割时泵压控制在 以内试验结果及参数见表 表 水力内割刀地面试验参数统计工具规格切割管径/一副刀片切割次数/次转速/()泵压/切开时间/如图 所示多次切割后的刀片与新刀片对比其中有两个刀尖磨损其它部位无明显变化证明该割刀切割可靠性高具备一趟管柱切割 次油管的能力切割后的刀片仍具备切割能力图 使用后的刀片前后对比示意图 现场应用 现场技术操作在钻台上连接下入小钻杆管柱根据不同井况使用小钻杆传递扭矩包括两种方式:对于施工作业深度较浅的井采用顶驱或转盘驱动方式钻杆旋转带动井下工具旋转泥浆泵进行液体循环实现井筒冲砂和切割的功能深度较深时采用井下马达驱动实现井下工具旋转泥浆泵进行液体循环液体驱动井下马达旋转液压和马达的双重作用实现旋转冲砂和切割油管功能 方式可根据实际井况进行软件模拟摩阻和扭矩参数选择 以切割管柱为例转盘驱动切割管柱组合为(从下至上)水力割刀液压锚定器变扣高强度小钻杆(图)井下马达驱动切割管柱组合为(从下至上)水力割刀液压锚定器变扣井下大扭矩马达变扣高强度小钻杆 现场数据统计该技术在海上总共应用 口井 型钻杆冲砂最深深度为 管柱切割最深深度为 第 卷 山东石油化工学院学报 年 第 期最大井斜为 综合效率提高 以上应用成功率达 目前该技术逐步完善形成系列化技术向打捞 堵、打捞配水器芯子油管内壁除垢磨铣等作业延伸作业统计如表 所示图 工艺管柱示意图表 年小钻杆作业统计作业区块作业井次/次 作业类型最深作业深度/绥中 区块冲砂 油管切割 旅大 区块冲砂 蓬莱 区块冲砂 锦州 区块冲砂 油管切割 渤中 区块油管切割 金县 区块油管切割 典型井案例旅大某井是一口“”型电泵分采井井深为 “”管生产最大井斜为 在 处油管内出砂需进行油管内冲砂切割解卡生产管柱 冲砂管柱组合为 斜口引鞋 型无接箍小钻杆 根循环冲砂至 位置 打捞 接头管柱组合为打捞头扶正器变扣 型小钻杆变扣 型小钻杆下钻至 捞出 堵 切割管柱组合为 水力割刀 型钻杆变扣 型钻杆在 对应顶封以上第一根油管中部切割切割参数扭矩为 /切割 后缓慢排量增至/泵压为 切割 后停泵放压起钻随后打捞出的油管管柱切割口平整 结 论()小尺寸钻具实现油管内冲砂工艺技术成功解决小平台修井作业中冲砂作业难题()小尺寸水力内割刀的应用解决海上油气井小尺寸油管的打捞作业提效提高打捞作业成功率实现降本增效()小尺寸钻具配套的防喷器为小尺寸油管配套的冲洗、切割、打捞技术的实施提供井控安全保障()小尺寸工具的系列化及配套工具仍有待开发的空间后续要结合市场需求配套小尺寸的工具并不断提高工具的安全性和稳定性参考文献 李巨峰陈义龙李斌莲等.油气回收技术发展现状及其在我国的应用前景.油气田环境保护():.刘格玮张帅朱鹏飞等.渤海油田无接箍小油管技术应用与评价.化工管理():.甄宝生尹明科李军等.高强度冲洗管打捞技术在渤海油田的应用研究技术交流.石油和化工设备():.张淑慧任建平王国俊.基于 的小钻杆淬火工序自控系统设计.机械管理开发():.张云驰王丙刚李清涛等.基于 的连续油管冲砂喷头性能仿真.机械工程师():.杜世超陈钦伟刘洪文等.高强度冲洗管在渤海某井应用效果分析.中国石油和化工标准与质量():.孙昊.连续油管修井作业技术的应用探讨.化学工程与装备():.王浩杨宏伟王洪炜等.直径 高强度整体钻杆的研制.地质装备():.华泽君陈峰王伟军等.小尺寸油管水力内割刀设计及应用.中国石油和化工标准与质量():.刘海水.低成本冲砂切割技术在海上的研发与应用.中国石油和化工标准与质量():.张乾王防详李道松等.连续油管内切割技术在 井中的应用.西部探矿工程():.责任编辑 温丽萍闫 平等:海上油田小平台油管内修井关键技术的优化与应用