隔水管重入精準(zhǔn)控制技術(shù)研究與應(yīng)用

鄧賀 賈宗文 劉兆年 王超 司江舸 羅甲全

（1、中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300450 2、中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028）

隨著海上油田開(kāi)發(fā)力度不斷增大，許多老油田需要采取增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)措施不斷深入挖掘油田潛力。調(diào)整井側(cè)鉆技術(shù)是海上油田增產(chǎn)、挖潛的重要手段。該技術(shù)能夠利用現(xiàn)有井槽重新開(kāi)發(fā)礦區(qū)內(nèi)新的油藏，是一種適合海上平臺(tái)井槽數(shù)量受限等特殊環(huán)境條件下礦區(qū)油藏挖潛作業(yè)的技術(shù)[1]。隔水管重入技術(shù)是一種新型海上油田調(diào)整井側(cè)鉆技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)使用新隔水管及預(yù)開(kāi)窗斜向器替換原井隔水管，實(shí)現(xiàn)調(diào)整井側(cè)鉆。該技術(shù)可用于隔水管變形、損壞井治理及井槽回收作業(yè)，具有應(yīng)用范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)[2]。

隔水管重入技術(shù)施工過(guò)程主要可分為五個(gè)部分，即原井封堵棄置，井筒切割及回收，確定側(cè)鉆方位并調(diào)整預(yù)開(kāi)窗斜向器，斜向器及隔水管下入，側(cè)鉆鉆井[3-4]。隔水管重入作業(yè)整體作業(yè)難點(diǎn)之一是新隔水管下入過(guò)程中的精準(zhǔn)控制。油氣井套管在下入過(guò)程中常因各種因素存在偏心情況，有時(shí)甚至是極限偏心[5]。此時(shí)，最內(nèi)層套管沒(méi)有處于井筒中間位置，而是與最外層套管存在夾角，如圖1 所示。新隔水管下入過(guò)程中需要將下部預(yù)開(kāi)窗斜向器準(zhǔn)確插入原井內(nèi)層套管實(shí)現(xiàn)斜向器完整坐入。同時(shí)，預(yù)開(kāi)窗斜向器的開(kāi)口方位應(yīng)對(duì)應(yīng)側(cè)鉆方位。因此，需要準(zhǔn)確調(diào)整預(yù)開(kāi)窗斜向器插入錐與開(kāi)口的夾角，防止出現(xiàn)斜向器下入后開(kāi)口方向與側(cè)鉆方位不一致的情況。

圖1 井筒內(nèi)層套管偏心示意圖

圖2 隔水管重入預(yù)開(kāi)窗斜向器

常規(guī)隔水管重入作業(yè)過(guò)程中，判斷原井套管偏心方位主要通過(guò)作業(yè)人員觀察劃線的方法，并人工計(jì)算預(yù)開(kāi)窗斜向器插入錐與開(kāi)口夾角。該方法在作業(yè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在較大誤差。原隔水管及井筒上提回收的過(guò)程中常發(fā)生旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致記錄的內(nèi)層套管偏心方位與實(shí)際的偏心方位之間存在偏差。在此基礎(chǔ)上人工測(cè)量?jī)?nèi)層套管偏心角度，計(jì)算調(diào)整預(yù)開(kāi)窗斜向器插入錐角度會(huì)進(jìn)一步放大誤差，最終導(dǎo)致預(yù)開(kāi)窗斜向器無(wú)法完全下入，開(kāi)口方向與側(cè)鉆方向存在偏差等情況，需要反復(fù)調(diào)整，嚴(yán)重影響作業(yè)效率。

為解決隔水管重入過(guò)程中存在的精準(zhǔn)控制問(wèn)題，本文介紹了一種隔水管重入精準(zhǔn)控制技術(shù)。該技術(shù)克服了隔水管及井筒回收過(guò)程發(fā)生旋轉(zhuǎn)造成的干擾，完成了井筒內(nèi)層套管偏心角度精準(zhǔn)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)隔水管重入精準(zhǔn)控制，避免因反復(fù)調(diào)整導(dǎo)致的效率底下問(wèn)題。

1 隔水管重入精準(zhǔn)定位工具

1.1 工具結(jié)構(gòu)

隔水管完成切割后上提回收過(guò)程中常因外部因素繞中軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確判斷原井井筒內(nèi)套管偏心角度和方位。隔水管偏心角度是開(kāi)展隔水管深部重入的關(guān)鍵參數(shù)，該參數(shù)計(jì)算錯(cuò)誤，將使隔水管重入斜向器坐入原井筒時(shí)出現(xiàn)偏移，導(dǎo)致重入作業(yè)失敗。

針對(duì)該情況，設(shè)計(jì)隔水管重入精準(zhǔn)定位工具。該工具能夠記錄隔水管上提回收過(guò)程中因圍繞井筒軸線旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的角度偏離。工具的基本結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 隔水管重入精準(zhǔn)定位工具結(jié)構(gòu)

精準(zhǔn)定位工具分為總體框架（含刻度盤），以及隨動(dòng)裝置兩個(gè)部分，隨動(dòng)裝置設(shè)計(jì)有軸承，包含有四個(gè)夾緊機(jī)構(gòu)，可以在總體框架的導(dǎo)軌上，做相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。四個(gè)夾緊機(jī)構(gòu)，通過(guò)一個(gè)環(huán)狀金屬片連接成一體，實(shí)現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。每一個(gè)夾緊機(jī)構(gòu)中，均設(shè)計(jì)有帶彈簧的伸縮桿，伸縮桿頂端是具有尖錐橫截面的張緊輪，負(fù)責(zé)緊密接觸和跟蹤隔水管的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，同時(shí)，張緊輪內(nèi)的滾動(dòng)軸承式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，又可以避免夾緊機(jī)構(gòu)跟隨隔水管作軸向運(yùn)動(dòng)。通過(guò)隨動(dòng)裝置上的指針，可以從總體框架上的刻度來(lái)讀出隨動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)位置的變化。在上提的過(guò)程中，當(dāng)隔水管發(fā)生周向旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)夾緊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)隨動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)。完成隔水管上提后，隨動(dòng)裝置的指針相對(duì)總體框架上的刻度盤所旋轉(zhuǎn)的度數(shù)，即為上提過(guò)程中隔水管相對(duì)原井位置所偏離的角度。

1.2 工作原理

精準(zhǔn)定位工具的實(shí)現(xiàn)原理如圖4 所示?；厥崭羲芮霸畠?nèi)層套管位于原始位置1 處。精準(zhǔn)定位工具安裝在隔水管外側(cè)，夾緊機(jī)構(gòu)夾緊在隔水管外壁并隨隔水管旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)隨動(dòng)裝置指針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)隔水管完成回收，隨動(dòng)裝置指針?biāo)甘镜慕嵌燃礊楦羲苄D(zhuǎn)偏離的角度?；厥蘸髢?nèi)層套管處于圖4 所示虛線位置2 處。用精準(zhǔn)定位工具指示的偏離角度修正內(nèi)層套管位置即可得出原井內(nèi)層套管實(shí)際位置1。

圖4 精準(zhǔn)定位工具工作原理示意圖

2 套管偏心計(jì)算軟件

隔水管重入斜向器下入過(guò)程中重要一環(huán)是預(yù)開(kāi)窗斜向器準(zhǔn)確插入至原井筒。當(dāng)原井筒內(nèi)套管存在偏心情況時(shí)，需要準(zhǔn)確測(cè)量?jī)?nèi)層套管偏心的準(zhǔn)確方位，并根據(jù)偏心方位調(diào)整預(yù)開(kāi)窗斜向器。常規(guī)測(cè)量?jī)?nèi)層套管偏心方法是將回收的井筒放倒后人工測(cè)量?jī)?nèi)層套管偏心情況。該方法在具體實(shí)施過(guò)程中存在較大誤差，常導(dǎo)致斜向器下入困難等情況。為解決內(nèi)層套管偏心準(zhǔn)確測(cè)量難題，設(shè)計(jì)套管偏心計(jì)算軟件，用于計(jì)算多層套管井筒內(nèi)套管偏心情況。

套管偏心計(jì)算軟件通過(guò)識(shí)別拍攝的井筒斷面照片中各層套管的相對(duì)位置以計(jì)算套管偏心情況，軟件工作流程如圖5 所示。

圖5 套管偏心計(jì)算軟件工作流程

設(shè)備采集的斷面圖像導(dǎo)入至套管偏心計(jì)算軟件后，軟件根據(jù)套管斷面與水泥斷面的顏色差異確定各層套管相對(duì)位置，建立井筒偏心情況的二維模型，如圖6 所示。

圖6 井筒偏心二維建模

完成井筒套管識(shí)別及二維建模后開(kāi)始進(jìn)行偏心計(jì)算，根據(jù)識(shí)別出套管的圓心位置建立坐標(biāo)：

定義套管1 的圓心=a、半徑=Ra、坐標(biāo)位置=（Xa,Ya）

定義套管2 的圓心=b、半徑=Rb、坐標(biāo)位置=（Xb,Yb）

定義套管3 的圓心=c、半徑=Rc、坐標(biāo)位置=（Xc,Yc）

套管偏心角度計(jì)算公式：

由公式（1）-（5）可計(jì)算出內(nèi)層各套管相對(duì)最外層套管的偏心情況。計(jì)算結(jié)果如圖7 所示。

圖7 井筒偏心計(jì)算結(jié)果

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 作業(yè)工藝優(yōu)化

隔水管重入技術(shù)的主要作業(yè)流程包括：

（1）老井封堵棄置；

（2）井筒切割與回收；

（3）確認(rèn)側(cè)鉆方位調(diào)整隔水管重入專用預(yù)開(kāi)窗斜向器角度；

（4）下入預(yù)開(kāi)窗斜向器坐入原井筒切割斷面；

（5）開(kāi)始鉆井作業(yè)。隔水管重入精準(zhǔn)控制技術(shù)主要應(yīng)用在第（2）步與第（3）步，直接影響后續(xù)第（4）步及第（5）步作業(yè)。

在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，在完成井筒切割作業(yè)后，需要將切割后的井筒上提回收至鉆臺(tái)。在回收過(guò)程中為應(yīng)對(duì)井筒發(fā)生旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致后續(xù)內(nèi)層套管偏心計(jì)算誤差，以往采用在隔水管及井筒上提過(guò)程中在井壁上劃線的方式記錄旋轉(zhuǎn)偏差。并在井筒完全回收后手動(dòng)計(jì)算套管的偏心情況。然而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，常因隔水管表面覆蓋海生物、人工測(cè)量不準(zhǔn)確等原因?qū)е庐a(chǎn)生計(jì)算誤差，進(jìn)而引起預(yù)開(kāi)窗斜向器下入困難，需要多次調(diào)整，影響作業(yè)效率。

針對(duì)存在的問(wèn)題應(yīng)用隔水管重入精準(zhǔn)控制技術(shù)，在隔水管回收上提過(guò)程中使用精準(zhǔn)定位工具代替人工劃線，結(jié)合側(cè)鉆方位使用套管偏心計(jì)算軟件代替人工計(jì)算套管偏心情況并給出預(yù)開(kāi)窗斜向器調(diào)整方案，有效提高了預(yù)開(kāi)窗斜向器下入成功率，提高了作業(yè)效率。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

A1 井為渤海海域中部某油田，平均水深15 米左右。經(jīng)過(guò)十余年的開(kāi)發(fā)，其油藏資源已基本枯竭。為充分利用A1井所在平臺(tái)的井槽資源，開(kāi)發(fā)該油田其他油藏，開(kāi)展隔水管重入技術(shù)進(jìn)行調(diào)整井側(cè)鉆作業(yè)。

圖8 套管偏心計(jì)算軟件計(jì)算結(jié)果

按照SY/T 6845-2011《海洋棄井作業(yè)規(guī)范》完成A1 井封堵棄置后，在海底泥面以下4 米處切割連同隔水管在內(nèi)的多層套管井筒，并回收。在上提回收過(guò)程中使用精準(zhǔn)定位工具記錄井筒旋轉(zhuǎn)角度，最后記錄完成回收井筒共計(jì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10.5°。完成井筒回收后使用套管偏心計(jì)算軟件計(jì)算，使用精準(zhǔn)定位工具數(shù)據(jù)補(bǔ)償后，結(jié)合側(cè)鉆方位可得該井原井最內(nèi)層套管相對(duì)于側(cè)鉆方向偏心111.5°，即預(yù)開(kāi)窗斜向器導(dǎo)向錐與開(kāi)窗夾角應(yīng)設(shè)置為111.5°。調(diào)整預(yù)開(kāi)窗斜向器后下入，一趟即成功把預(yù)開(kāi)窗斜向器坐入原井筒，節(jié)省至少一趟起下套管作業(yè)，節(jié)省工時(shí)4-5 小時(shí)。表明該套技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)隔水管重入精準(zhǔn)控制。

4 結(jié)論

本文闡述了一套隔水管重入精準(zhǔn)控制技術(shù)。該技術(shù)包含一套精準(zhǔn)定位工具及一套套管偏心計(jì)算軟件，通過(guò)對(duì)隔水管重入作業(yè)工藝改進(jìn)克服了原工藝控制難度高，誤差大等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)渤海油田A1 井的應(yīng)用，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)隔水管重入作業(yè)關(guān)鍵步驟的精準(zhǔn)控制，對(duì)原井套管偏心情況的準(zhǔn)確識(shí)別，解決了原作業(yè)工藝中存在的計(jì)算誤差風(fēng)險(xiǎn)，避免后續(xù)鉆井作業(yè)因預(yù)開(kāi)窗斜向器開(kāi)口方位錯(cuò)誤產(chǎn)生的復(fù)雜情況。與原工藝相比有效提高了作業(yè)成功率及作業(yè)時(shí)效，降低了作業(yè)成本及人員的工作強(qiáng)度。