自升式平臺(tái)插入法固井配套新工具研制與應(yīng)用

王喜杰 ，和鵬飛 ，嚴(yán)維鋒 ，王　濤 ，袁則名

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司?。ㄉ虾！?00335）

2.中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司?。ㄉ虾！?00335）

固井是鉆井工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，固井質(zhì)量是井筒安全長(zhǎng)效生產(chǎn)的保證。中海石油渤海油田常用的固井技術(shù)有插入法固井、單級(jí)雙封固井、雙級(jí)固井、尾管固井等多種技術(shù)，從井型方面掌握有叢式井表層批鉆固井、水平井固井技術(shù)、高溫高壓固井技術(shù)等[1-4]。部分固井技術(shù)雖然整體應(yīng)用無(wú)明顯缺陷，但對(duì)于作業(yè)效率提升等仍有改進(jìn)空間，如插入法固井，在常規(guī)工藝技術(shù)中容易出現(xiàn)插入頭密封失效等問(wèn)題，影響作業(yè)時(shí)效和安全，為此開展了插入法固井配套工具的研制。

1　技術(shù)現(xiàn)狀分析

1.1　自升式平臺(tái)插入法固井原理

插入法固井工藝技術(shù)一般用于大尺寸隔水導(dǎo)管和套管的固井[5-7]，應(yīng)用情況一般是單口探井和部分未錘入隔水導(dǎo)管的導(dǎo)管架槽口。基本原理是在隔水導(dǎo)管下入到預(yù)定深度后，在轉(zhuǎn)盤面坐卡瓦，然后下入以鉆桿或者加重鉆桿為主的內(nèi)管管柱，內(nèi)管底部接有插入頭，外帶密封膠圈，與隔水導(dǎo)管鞋內(nèi)插入孔匹配。固井作業(yè)時(shí)，通過(guò)內(nèi)管內(nèi)環(huán)空與隔水導(dǎo)管外環(huán)空建立循環(huán)通道，將水泥漿泵入至隔水導(dǎo)管環(huán)空并頂替到位。該工藝能減少水泥漿在隔水導(dǎo)管內(nèi)的摻混，縮短頂替時(shí)間、精準(zhǔn)頂替量，保證頂替效果和水泥封固效果。

插入法固井工藝隔水導(dǎo)管結(jié)構(gòu)為：插入式浮鞋+隔水導(dǎo)管串[8]。內(nèi)管結(jié)構(gòu)為：插入頭+鉆桿/加重鉆桿（間隔安裝鉆桿扶正器），如圖1所示。

圖1　插入法固井浮鞋及配套插入頭

插入法固井工藝流程：注入前置液、注入水泥漿、替入鉆井液（替入量比鉆桿內(nèi)容積少0.5 m3）、放回壓檢查回壓凡爾是否倒流、上提鉆桿循環(huán)出多余的水泥漿[9]，如圖2所示。

1.2　問(wèn)題分析

1）插入密封容易失效，傳統(tǒng)的自升式平臺(tái)隔水導(dǎo)管固井采用內(nèi)管插入的方法進(jìn)行固井。內(nèi)管柱插入法固井在實(shí)踐過(guò)程中的插入密封容易失效，主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：①經(jīng)常出現(xiàn)插入頭插入困難，主要原因是插入頭底端較小容易阻掛在浮鞋內(nèi)部有微臺(tái)階的地方；②插入到位后，膠圈密封失效，主要是膠圈可能在內(nèi)管下入過(guò)程中破損，或者是插入頭和插入座存在尺寸誤差，膠圈外徑不能完全密封。根據(jù)作業(yè)統(tǒng)計(jì)，渤海油田每年探井和鉆下隔水導(dǎo)管作業(yè)占年度總鉆井量的25%，其中出現(xiàn)插入失效或者未能達(dá)到一次插入滿足密封而導(dǎo)致的頻繁活動(dòng)、試插入和起鉆更換占總插入法固井量的30%，總體作業(yè)時(shí)間損失較多[10]。

2）隔水導(dǎo)管下入過(guò)程中遇阻的處理手段不足。下入過(guò)程中如有遇阻，一般采取上下活動(dòng)嘗試通過(guò)、配合隔水管內(nèi)開口灌入海水，如果始終無(wú)法通過(guò)，只能起出通井或者下入深度勉強(qiáng)滿足要求則就地固井等。

圖2　插入法固井過(guò)程

2　配套新工具研制及技術(shù)改進(jìn)方案

介紹一種新型隔水管送入工具，這種固井工藝與傳統(tǒng)的半潛式平臺(tái)內(nèi)管柱固井方法類似，在固井時(shí)不需要插入密封，只需密封送入工具（卡簧連接、密封圈密封）和隔水管，如果在下入過(guò)程遇阻，可以實(shí)現(xiàn)邊沖邊下。

2.1　配套新工具研制

傳統(tǒng)鉆井工藝中，各類型套管一般配有相應(yīng)的變扣接頭，俗稱“大小頭”主要實(shí)現(xiàn)套管扣和鉆桿扣的變通連接，以便在遇阻或者需要循環(huán)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)連接循環(huán)系統(tǒng)。鑒于此，參考“大小頭”的原理，設(shè)計(jì)出一套工具。

該工具主要有3部分組成：中部鉆桿結(jié)構(gòu)、外部隔水導(dǎo)管連接結(jié)構(gòu)、放氣閥（圖3）。中部鉆桿結(jié)構(gòu)上下為鉆桿扣，實(shí)現(xiàn)下端與插入法內(nèi)管鉆桿相接，上部與頂驅(qū)或者循環(huán)系統(tǒng)接頭相接。外部隔水導(dǎo)管連接結(jié)構(gòu)內(nèi)部中空，下端為隔水導(dǎo)管母扣，實(shí)現(xiàn)與隔水導(dǎo)管的連接并達(dá)到密封作用 （渤海海域常用的隔水導(dǎo)管采用內(nèi)收式卡簧接頭結(jié)構(gòu)，卡簧安裝在外接頭的卡簧槽內(nèi)，依靠卡簧的外張彈力，約束內(nèi)接頭）。中部鉆桿結(jié)構(gòu)與外部隔水導(dǎo)管連接結(jié)構(gòu)俯視為同心圓，并在隔水導(dǎo)管結(jié)構(gòu)上部一體連接。放氣閥主要用于密閉以后的放氣等功能，本體預(yù)留12.7 mm（1/2″）NPT（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)60度錐管螺紋）安裝12.7 mm（1/2″）截止閥，通過(guò)截止閥的手動(dòng)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)放棄功能。

圖3　工具示意圖

主要工作原理是：當(dāng)下入隔水導(dǎo)管遇阻時(shí)，將工具與隔水導(dǎo)管連接，上部接通頂驅(qū)等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)開泵循環(huán)。當(dāng)內(nèi)管固井密封失效時(shí)，將內(nèi)管與工具底部連接，外部與隔水導(dǎo)管連接，實(shí)現(xiàn)隔水導(dǎo)管與內(nèi)管內(nèi)的密封。水泥漿仍然從內(nèi)管進(jìn)入，自內(nèi)管底端進(jìn)入隔水導(dǎo)管環(huán)空，做到了混漿控制和管內(nèi)水泥塞高度控制。常規(guī)插入密封失效時(shí)，采用該工具，底部插入密封不再插入浮鞋插入座，距離通過(guò)內(nèi)管配長(zhǎng)控制合適高度即可。

2.2　配套工藝方案

方案1：

1）如果傳統(tǒng)的插入密封無(wú)法密封，現(xiàn)場(chǎng)則立即起一柱鉆桿，按照事先配好的管串，將新型送入工具連接上。

2）送新型送入工具至井口下平臺(tái)，并與隔水導(dǎo)管連接，并將隔水導(dǎo)管內(nèi)灌滿海水（送入工具上部排氣閥打開排氣），內(nèi)管柱距離浮鞋3～5 m。

3）灌滿海水后關(guān)閉排氣閥、通水、固井。

方案2：

1）按照隔水導(dǎo)管表下入導(dǎo)管。

2）坐隔水導(dǎo)管于轉(zhuǎn)盤面，下入配好長(zhǎng)度的鉆桿（鉆桿長(zhǎng)度比導(dǎo)管長(zhǎng)度短5 m左右），連接 “大小頭”，打開排氣閥。

3）送隔水導(dǎo)管坐于井口小平臺(tái)，接頂驅(qū)，向隔水導(dǎo)管內(nèi)部灌滿海水 （通過(guò)排氣閥觀察是否灌滿海水）。

4）灌滿海水后關(guān)閉排氣閥、頂通、循環(huán)，按照固井設(shè)計(jì)進(jìn)行固井（與半潛式平臺(tái)固井相似）。

3　應(yīng)用與效果分析

3.1　應(yīng)用情況

NB14-5井和NB25-2井為東海某區(qū)域的兩口井，水深為90 m至100 m。兩口井井身結(jié)構(gòu)類似，設(shè)計(jì) 914.4 mm（36″）井眼×762 mm（30″）隔水導(dǎo)管（200 m 左右）+444.5mm（172y″）井眼×339.7mm（13″）套管（2 395 m 左右）+311.2mm（12y″）井眼×244.5mm（9″）套管（4 615 m 左右）+212.7mm（8″）井眼×177.8 mm（7″）尾管（4 415 m 至 4 915 m 左右）。

采用配套工藝方案2開展隔水導(dǎo)管固井作業(yè)，在NB14-5井累計(jì)泵注1.9 g/cm3密度水泥漿52 m3，頂替海水0.64 m3，泄壓檢查無(wú)回流。

候凝結(jié)束后，進(jìn)入 444.5 mm（172y″）井眼作業(yè)，探隔水導(dǎo)管內(nèi)水泥塞高1.73 m。

3.2　效果分析

傳統(tǒng)的自升式平臺(tái)隔水導(dǎo)管固井采用內(nèi)管插入的方法進(jìn)行固井。內(nèi)管柱插入法固井在實(shí)踐過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)插入頭插入困難以及插入后密封失效等情況，一般不起鉆更換的來(lái)回嘗試插入時(shí)間在0.5 h，起鉆更換插入頭的時(shí)間根據(jù)井深決定，按隔水導(dǎo)管入泥50 m、水深50 m，更換一趟總時(shí)間在1.5 h左右。內(nèi)管柱固井還需要在鉆桿上添加2個(gè)扶正器，安裝和拆卸2個(gè)扶正器大概需要花費(fèi)0.5 h；且如果下入過(guò)程中有遇阻等情況，只能就地固井，這樣給下一步作業(yè)帶來(lái)了一定的隱患；隨著勘探力度和難度的增加可能以后的井表層隔水管下入會(huì)更深，這樣可能在固井或者打通期間出現(xiàn)憋壓等現(xiàn)象，采用傳統(tǒng)插入法固井，如果出現(xiàn)憋壓就沒有好的解決方案。

因此使用新型工具和配套工藝，可充分解決插入密封問(wèn)題，節(jié)約作業(yè)時(shí)間。

4　結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)固井過(guò)程中內(nèi)插管柱插入密封容易失效、插入頭密封承壓較低等問(wèn)題，提出了一種新型的表層隔水管固井方式，采用新型隔水管送入工具，對(duì)比分析得知：

1）較傳統(tǒng)內(nèi)管柱插入法相比較，自升式隔水導(dǎo)管插入法新工具及配套工藝方案能夠避免插入頭插入困難，及插入后不密封等復(fù)雜情況的發(fā)生。

2）固井配套用的新型工具可以在隔水管下入過(guò)程中實(shí)現(xiàn)邊下邊沖,可以解決下入過(guò)程遇阻問(wèn)題,可以解決隔水管下深問(wèn)題。

3）用該工具固井可以上下活動(dòng)管串，在處理固井期間憋壓等復(fù)雜情況時(shí)增加了處理措施。

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