变径锯齿型套铣鞋在八面河油田水平井的研制与应用_庄具金.pdf

变径锯齿型套铣鞋在八面河油田水平井的研制与应用庄具金（中石化江汉石油工程有限公司井下测试公司，湖北 武汉 ）摘要八面河油田地层胶结程度差，属于疏松砂岩油藏。在该油田水平井防砂施工中采用下入滤防管柱的方法实现防砂工艺，随生产时间的推移，地层中砂子进入井筒埋住滤防管柱，使打捞滤砂管难度增加。水平井修井套铣施工中存在的主要问题是套铣过程中难以将滤砂管引入套铣管内，普通套铣鞋难以切割破碎胶结地层砂，套铣过程中容易造成滤砂管表皮和套管损伤，脱落的金属碎屑堆积卡钻。技术人员研制出变径式锯齿型套铣鞋等套铣工具，解决了疏松砂岩水平井的套铣施工。关键词水平井；变径；套铣 中图分类号 文献标识码 文章编号 （）：八面河油田地层胶结程度差，属于疏松砂岩油藏，生产过程中地层易出砂，绝大部分生产井都需要进行防砂施工。近几年，开发的水平井数量逐年上升，在修井施工中存在的主要技术难点有：修井过程中入井工具、钻具都贴向套管底部，滤砂管柱都贴向套管底部，套铣鞋滤砂管进入套铣筒内困难；套铣时，由于滤砂管与地层砂胶结，硬度较高，普通套铣筒难以破碎胶结物，导致套铣无进尺或进尺缓慢；由于滤砂管平躺于套管底部，套铣筒套铣时易损坏滤砂管外的滤砂皮，造成滤砂管破损，筛管网及滤砂皮留井堆积形成卡钻或者下钻推动沉积堵塞鱼顶，最终无法套铣打捞。八面河油田技术现状现阶段，八面河地区疏松砂岩现有的解卡方式主要为套铣法解卡，目前使用的套铣鞋主要有：引鞋式套铣鞋引鞋式套铣鞋为八面河油田最常用的一种套铣鞋（图）。主要起到了引导落鱼进入套铣筒的作用。套铣方式以提放套铣为主，适用于砂子未胶结或轻度胶结的油水井。图 引鞋式套铣鞋引鞋式套铣鞋在大斜度井和水平井内使用时，存在的问题主要有：由于管柱在大斜度和水平井段内均躺于套管底部，引鞋在与鱼顶接触时，引鞋尖部易顶在鱼顶上导致引鱼失败，损伤引鞋或鱼顶；砂子胶结后硬度较高，转动套铣时因只有引鞋尖部单点受力，受力面积较小，易出现套铣无进尺或将引鞋拨口外胀的问题。磨铣型套铣鞋磨铣型套铣鞋是油田修井作业中最常用的一种套铣鞋。磨铣型套铣鞋主要起到引导落鱼进入套铣筒及清理套管与落鱼间环空杂物的作用。套铣方式以旋转套铣为江 汉 石 油 职 工 大 学 学 报 年 月 第 卷第期 收稿日期 作者简介庄具金（），男，大学，助理工程师，现主要从事技术管理工作。主，适用于脏物尺寸较大、硬度较高的油水井（图）。图 磨铣型套铣鞋磨铣型套铣鞋在大斜度井和水平井内使用时，存在的问题主要有：套铣鞋在与鱼顶接触时，会沿着鱼顶本体向下切削，将鱼顶及落鱼从中间切开，形成双鱼顶；套铣鞋会沿着滤砂筛管中心管切削下去，将整根滤砂管靠近套管底部处的筛管网和滤砂皮全部切开留井，会造成卡钻的恶性事故或堆积堵塞通道，直至无法套铣或打捞。锯齿型套铣鞋锯齿型套铣鞋为油田修井作业中常用的一种套铣鞋（图）。主要起到引导落鱼进入套铣筒及清理套管与鱼顶之间杂物的作用。常用于直井、斜井和定向井，套铣方式以旋转套铣为主，适用于地层砂胶结、硬度较高的油水井。图 锯齿型套铣筒目前，该套铣鞋使用效果较好，尤其是在斜井中针对硬度较高的陶砾胶结砂和水泥等硬度较高的杂物的套铣，能取得较高的套铣速度和套铣效果。但在水平井中依然存在严重损坏滤砂管的问题，如不及时清理留井的滤砂管碎片，易造成卡钻或堆积堵塞通道的严重后果。八面河油田水平井套铣技术难点 引鱼困难水平井中的大斜度和水平段的管柱在钟摆力作用下紧贴套管底部，普通套铣鞋套铣至滤砂管本体限位挡环焊接处，难以继续引导滤砂管进入套铣筒内部，导致套铣失败。套铣进尺缓慢由于水平井段滤砂管柱紧贴套管底部，被油层中随油流进入井筒的地层砂埋住，在井底温度、地层流体性质、井底压力、热采注入高压蒸汽以及井筒中添加的诸如降粘稀释剂等化学材料的外力作用下，导致地层砂胶结，且硬度较高，类似于固化后的水泥。使用拨口式套铣筒、磨铣型套铣筒以及锯齿型套铣筒，其套铣鞋的破碎切割能力较小，易损伤滤砂管，造成滤砂管表皮撕裂或者挫伤。金属表皮具有高强度，由于水平井的特性，在水平段洗井液流速变小，不易将碎块携带出地面，在井筒内不断重复研磨，导致进尺缓慢，难以达到有效的套铣速度和效果。筛管碎片卡钻由于滤砂筛管紧贴套管底部，套铣鞋内外两侧无倒角或倒角不明显，在套铣过程中，造成滤砂筛管金属外皮损伤，脱落沉积在套管底部，造成卡钻或堆积遇阻，阻碍下步施工。水平井变径式锯齿型套铣鞋结构原理通过调研八面河油田前期套铣施工难点，明确了引鱼困难、碎片卡钻等技术难点，针对以上难点，技术人员研制了变径式锯齿型套铣鞋，用于八面河油田水平井的套铣施工。结构设计及原理：变径锯齿型套铣鞋主要由上接头、套铣体及底部的锯齿头等组成（图）。套铣体由大小两段圆柱形筒体组成，大圆柱形筒体底部有与钻具旋转方向相同的锯齿，用于套铣油套环形空间的杂物。小圆柱形筒体上端根据施工需要可与套铣筒焊接或采用丝扣连接。由大小两级圆柱筒体内外径之间的突然变径，类似于撬杠原理，将平躺于套管低端的滤砂筛管撬起来，形成一定的缝隙，再通过旋转的方式，使套铣鞋将滤砂管与套管之间的胶结的地层砂、结晶矿物等杂物均匀切割成碎屑，从而达到顺利套铣的目的。图 变径式锯齿型套铣鞋工作原理图 工具优点研制的变径式锯齿型套铣鞋（图），具有以下优点：江 汉 石 油 职 工 大 学 学 报变径式锯齿型套铣鞋使用 铬钼合金材料调质整体加工而成，增加了工具强度，减缓套铣鞋的磨损损耗。变径锯齿形套铣鞋外锯齿进行倒角处理，在下钻过程中顺利引导管柱下行，防止下钻过快挂伤油层套管内壁或在井下造斜率大的位置造成遇阻。变径锯齿型套铣鞋在变径处形成倒角阶梯，可顺利引导鱼顶进入套铣通内，并且抬升鱼头及落鱼本体，同时还起到固定鱼头和本体的作用，可将附着埋住滤砂管的沉砂等杂物撬松，方便套铣鞋进行均匀切割。在套铣过程中，内倒角锯齿保护高密质滤防管柱表皮和钢丝网不被撕裂或破损，可有效的防止铁质物等杂物堆积堵塞套铣通道，从根本上解决了水平井套铣鞋损伤滤砂管导致金属碎块脱落造成卡钻的问题。变径锯齿套铣鞋前端锯齿对套管底部胶结的油砂起到了均匀切割作用，使其形成粉砂，可防止出现大块胶结物堆积造成卡钻。由于套铣鞋是锯齿型的，与井底胶结油泥砂接触面积大，需要扭矩大，因此采用低压慢转的方法，加工时在锯齿间采取圆角连接，消除应力集中，防止造成锯齿裂缝或锯齿破损，提高锯齿破碎切割胶结油泥砂的效果。在套铣施工时，采用旋转套铣和正反循环洗井活动管柱旋转洗井的方式，提高了套铣效果。在变径外侧处同样采用倒角处理，可有效降低在水平段起钻时产生的摩擦阻力，或在起钻时出现阻卡时，便于通过阻卡井段，防止造成卡钻等。图 变径式锯齿型套铣鞋 操作方法）根据井眼尺寸、套铣管内径和落鱼规格选择相应尺寸的变径锯齿型套铣鞋；）套铣管的一端焊接选择的变径锯齿型套铣鞋，另一端焊接与钻具扣型规格匹配的上接头；）将变径锯齿型套铣筒连接在下井管柱最下端，下入井内；）下钻速度不宜过快，以防止损伤套管或突然遇阻；）下钻至鱼顶以上 处，开泵大排量正循环洗井；）待井口返出液流平稳后，启动转盘，采用低钻压、高转速的套铣参数，缓慢下放钻具进行套铣施工；）每套铣，缓慢上提管柱旋转下放活动管柱次；）套铣完成后，在不提出鱼顶的情况下，边旋转边上下活动管柱，搅动井内油砂，配合大排量循环洗井，洗净井内杂物；）起出套铣管柱后，下入合适打捞工具进行打捞，采用上提或倒扣的方式将井内滤砂管柱全部或部分捞出。现场应用研制的变径式锯齿型套铣鞋，在八面河油田大斜度井、水平井进行多次的套铣施工。从 年至今，累计使用 口井次，累计套铣 ，套铣成功率 。其中较为典型案例有：角 平井套铣施工，该井为 年重点专项套损井，防砂管柱下至井斜 以下，防砂管柱全长 。该井仅使用个变径式锯齿型套铣鞋就完成 趟 套铣施工，成功 趟，成功率 ，仅用时 天就完成该井全部施工，刷新了在八面河油田水平井打捞百米以上滤砂管柱最快时效。现场应用表明，研制的变径式锯齿型套铣鞋能够满足八面河油田大斜度井、水平井的套铣施工，单井节约占井周期约 小时，单井节约成本约 万元，将水平井修井成功率提高至 ，增长 。结论）变径式锯齿型套铣鞋可以满足八面河油田大斜度井、水平井的套铣施工，具有套铣成功率高、安全性能好、施工成本低、作业速度快、占井周期短、降低劳动强度的优点。）变径式锯齿型套铣鞋可在各工区内推广使用，可与套捞一体工具组合使用，提高施工效率。参考文献 张国强 疏松砂岩水平井冲砂套铣工艺应用 江汉石油职工大学学报，（）：付建华，骆进，李朝阳 国内水平井修井工艺技术现状 钻采工艺，（）：安成龙 水平井修井工艺技术江汉石油职工大学学报，（）：（下转第 页）庄具金变径锯齿型套铣鞋在八面河油田水平井的研制与应用 参考文献 彭英，万剑华，宋建，等 一种用于油田勘探的云服务平台的构建设计 石油地球物理勘探，（）：陈强，王宏琳 数字油田：集成油田的数据、信息、软件和知识 石油地球物理勘探，（）：（，）：“”，：；编辑赵芳櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏櫏（上接第 页）（，）：，：；编辑熊敏张远毅大型页岩气田气藏动态分析信息化平台建设与应用