雙層套管開窗工藝在某井中首次成功應(yīng)用

劉亮(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

0 引言

平常作業(yè)中所設(shè)計(jì)或作業(yè)的開窗側(cè)鉆一般指對(duì)單層套管進(jìn)行開窗作業(yè)，作業(yè)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，開窗難度相對(duì)較??；所謂的雙層開窗簡(jiǎn)單來(lái)講就是同時(shí)對(duì)兩層套管(隔水導(dǎo)管+技術(shù)套管或技術(shù)套管+油層套管)一次性進(jìn)行開窗作業(yè)，考慮到不同導(dǎo)管或套管的鋼級(jí)、材質(zhì)和尺寸，以及兩層套管間的固井質(zhì)量和間距等因素，使得窗口的形成難度增大，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，側(cè)鉆成功率低。因此，對(duì)開窗工具的改進(jìn)和工藝的研究還是很重要的。

1 某井井況介紹和側(cè)鉆要求

某井的井身結(jié)構(gòu)為Ф609.6 mm隔水導(dǎo)管×120 m+Ф339.7 mm技 術(shù) 套 管×397 m+Ф177.8 mm生 產(chǎn)套管×下至油層。根據(jù)施工設(shè)計(jì)，本井側(cè)鉆點(diǎn)選擇在130 m進(jìn)行側(cè)鉆，需取出130 m以上Ф339.7 mm技術(shù)套管。

按照施工設(shè)計(jì)，該井于2017年5月1日至2017年5月8日進(jìn)行了第一次撈取Ф339.7 mm技術(shù)套管作業(yè)，作業(yè)累計(jì)時(shí)間7.25 d。本次作業(yè)主要以套銑、切割打撈和磨銑Ф177.8 mm生產(chǎn)套管作業(yè)為主，但是磨銑至85.83～96.73 m時(shí)日進(jìn)尺非常慢，僅為4.33 m/d，且磨銑損壞嚴(yán)重，考慮到實(shí)際作業(yè)情況與設(shè)計(jì)預(yù)想不同，工期超設(shè)計(jì)，再加上海上作業(yè)鉆井船高昂的日費(fèi)，決定暫停磨銑作業(yè)思路，就地對(duì)Ф609.6 mm隔水導(dǎo)管+Ф339.7 mm技術(shù)套管雙層復(fù)合套管的開窗作業(yè)進(jìn)行思路處理[1]。

2 雙層套管開窗技術(shù)及工況分析

鑒于海上油氣田雙層套管開窗技術(shù)(隔水管+技術(shù)套管)在國(guó)內(nèi)還沒有成功應(yīng)用案例，作業(yè)前對(duì)該井進(jìn)行詳細(xì)的工況分析及技術(shù)研究。

2.1 雙層套管開窗難點(diǎn)

(1)開窗位置選擇：?jiǎn)螌犹坠荛_窗一般窗口長(zhǎng)度為3 m左右，所以一般選擇避開接箍且保證套管外固井質(zhì)量?jī)?yōu)。但是雙層套管開窗的窗口銑錐要穿雙層套管，這兩層套管的接箍往往不會(huì)在同一位置，所以在選擇開窗點(diǎn)時(shí)難度很大，同時(shí)還要考慮套管外面固井質(zhì)量等因素；

(2)開窗工具選擇：雙層套管開窗要穿越雙層套管，對(duì)銑錐的耐磨性和攻擊性要求很高，要滿足長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)對(duì)工具的磨損，但為了避免工具提前出窗口，對(duì)斜向器硬度要求并不是越高越好，銑錐在切削套管的時(shí)候，不易確定作用位置，無(wú)法很好地掌握在作業(yè)中的技術(shù)參數(shù)；

(3)雙層套管在開窗作業(yè)工程中會(huì)遇到兩個(gè)“死點(diǎn)”：上死點(diǎn)和下死點(diǎn)，在鉆壓和鉆柱等技術(shù)參數(shù)選擇上很重要，要打破內(nèi)軟外硬的套管障礙是很難的技術(shù)操作；

(4)在作業(yè)中如何將產(chǎn)生的鐵屑及時(shí)并盡可能多地返出也是作業(yè)中的難點(diǎn)；

(5)在開窗作業(yè)中選擇什么樣的操作能開出足夠長(zhǎng)足夠平滑的窗口來(lái)保證后續(xù)作業(yè)的進(jìn)行也是重中之重。

2.2 雙層套管組合分析

如表1所示，最外層隔水導(dǎo)管壁厚和硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于技術(shù)套管壁厚和強(qiáng)度，稱之為“內(nèi)軟外硬”型復(fù)合套管，從而增加了開窗難度。采用普通三段式銑錐開窗，當(dāng)內(nèi)層套管開出去后，頭錐就會(huì)處在兩層套管之間，如果再遇到雙層套管環(huán)空中無(wú)水泥環(huán)，那么頭錐再次切削厚度和硬度較強(qiáng)的隔水導(dǎo)管難度系數(shù)更大，開窗速度也大幅度降低，此時(shí)西瓜銑和尾錐正處于斜向器位置，長(zhǎng)時(shí)間擠壓斜向器及錨定器，會(huì)加大錨定器松動(dòng)落井風(fēng)險(xiǎn)。

表1 雙層套管井套管情況

2.3 內(nèi)層套管偏心程度對(duì)開窗作業(yè)的影響

隔水導(dǎo)管和技術(shù)套管之間的相對(duì)關(guān)系存在兩種情況：(1)技術(shù)套管相對(duì)隔水導(dǎo)管居中；(2)技術(shù)套管相對(duì)隔水管偏移。而在實(shí)際作業(yè)中，往往以相對(duì)偏移這種情況居多(尤其是深層側(cè)鉆)，相對(duì)開窗側(cè)鉆難度增大。

如圖1所示技術(shù)套管處于居中狀態(tài)，在開窗作業(yè)過程前通過建立模型模擬窗口長(zhǎng)度及相關(guān)作業(yè)參數(shù)來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，但這是一種理想化狀態(tài)，這也是作業(yè)過程相對(duì)容易的一種情況。因此，在下套管作業(yè)過程中應(yīng)盡可能保證套管居中，為后續(xù)開窗側(cè)鉆作業(yè)提供有利條件。

圖1 技術(shù)套管居中狀態(tài)

圖2和圖3都是屬于偏移情況，其中如圖2所示的向右偏移隔水導(dǎo)管的情況可看成加厚的單層套管開窗，這樣開窗工作量少，銑錐和斜向器磨損量小，可高效成功地將雙層套管開窗出去。這種情況在深層開窗比較常見。

圖2 技術(shù)套管偏移(右)狀態(tài)

相對(duì)于以上兩種情況，圖3偏移情況是雙層套管開窗作業(yè)中最常見的一種狀況，也是作業(yè)難度最大，成功率最低的一種。如果隔水導(dǎo)管和技術(shù)套管環(huán)空中有水泥環(huán)，內(nèi)層軟套管開出去后環(huán)空中有水泥環(huán)承托銑錐按原來(lái)的軌跡進(jìn)行切削至雙層套管開窗成功，期間單只普通復(fù)合銑錐可能不足以完成整個(gè)作業(yè)，尤其在切削水泥環(huán)和外層導(dǎo)管時(shí)，速度明顯減慢，作業(yè)工期時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)銑錐和斜向器的磨損較大；如果隔水導(dǎo)管和技術(shù)套管環(huán)空中沒有水泥環(huán)，當(dāng)內(nèi)層軟套管開出去后頭錐無(wú)支撐，就會(huì)卡在環(huán)空中，就會(huì)出現(xiàn)頻繁憋扭矩?zé)o進(jìn)尺現(xiàn)象，無(wú)法保證窗口質(zhì)量，導(dǎo)致開窗失敗[2]。

圖3 技術(shù)套管偏移(左)狀態(tài)

通過分析內(nèi)層套管偏心程度可知，選擇在內(nèi)層套管偏向外層套管一側(cè)方向(環(huán)空中最好有水泥環(huán))進(jìn)行開窗時(shí)，開窗成功率最大。

2.4 雙層套管側(cè)鉆參數(shù)設(shè)計(jì)

雙層套管開窗與單層套管開窗不同的是要通過兩個(gè)“死點(diǎn)”，可劃分為四個(gè)階段：

(1)頭錐接觸內(nèi)層套管階段，該階段應(yīng)該采用小鉆壓，低轉(zhuǎn)速磨出一個(gè)光滑接觸面；

(2)頭錐磨穿內(nèi)層套管到通過 “上死點(diǎn)”階段，該階段銑錐切削正常，采用高鉆壓高轉(zhuǎn)速；

(3)“上死點(diǎn)”到“下死點(diǎn)”階段，該階段主要切削水泥環(huán)和外層硬質(zhì)套管，采用高鉆壓高轉(zhuǎn)速使銑錐平穩(wěn)通過“死點(diǎn)”位置；

(4)“下死點(diǎn)”到開窗結(jié)束階段，該階段采用高鉆壓中轉(zhuǎn)速使頭錐盡快通過窗口進(jìn)入新地層。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

某井是渤海灣第一口成功實(shí)施雙層套管開窗的井。該井前期撈取Ф177.8 mm生產(chǎn)套管至96.73 m，側(cè)鉆點(diǎn)設(shè)計(jì)在89.40 m，對(duì)Ф609.6 mm隔水導(dǎo)管+Ф339.7 mm技術(shù)套管進(jìn)行開窗作業(yè)[3]。

3.1 開窗鉆具組合

考慮到開窗點(diǎn)比較淺，為了保證窗口尺寸和有足夠的鉆壓加在銑錐上，采用剛性強(qiáng)的鉆具組合：12-1/4″復(fù)合銑錐 +12-1/4″鉆柱銑 +8″DC×3+ X/O+5″HWDP 。

3.2 開窗參數(shù)

由于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)雙層套管相對(duì)偏移關(guān)系無(wú)法判斷，為了保證作業(yè)的成功率，在各個(gè)開窗階段優(yōu)選了開窗參數(shù)。雙層套管開窗參數(shù)如表2所示。

表2 雙層套管開窗參數(shù)

(1)當(dāng)銑錐剛接觸斜向器頂部并且銑錐頂部與套管內(nèi)壁接觸時(shí)，應(yīng)采用小鉆壓、低轉(zhuǎn)速，使套管壁首先磨出一個(gè)圓形接觸面；

(2)當(dāng)銑錐與套管接觸面增加時(shí)，可提高鉆壓和轉(zhuǎn)速，快速磨銑至銑錐頭接觸到隔水導(dǎo)管內(nèi)壁；

(3)從銑錐頭接觸到隔水導(dǎo)管內(nèi)壁至“上死點(diǎn)”前采用大鉆壓，中轉(zhuǎn)速去磨銑隔水導(dǎo)管；

(4)到達(dá)“上死點(diǎn)”時(shí)進(jìn)一步加大鉆壓，中轉(zhuǎn)速使銑錐頭穿過“上死點(diǎn)”，進(jìn)而接觸到技術(shù)套管外壁；

(5)從“上死點(diǎn)”到“下死點(diǎn)”之前，適當(dāng)降低鉆壓，提高轉(zhuǎn)速，使窗口平穩(wěn)過度；

(6)到達(dá)“下死點(diǎn)”后應(yīng)進(jìn)一步加大鉆壓，使銑錐穿過“下死點(diǎn)”；

(7)“下死點(diǎn)”通過后，使用大鉆壓高轉(zhuǎn)速使銑錐迅速進(jìn)入新地層，形成新的窗口；

(8)最后就是使用小鉆壓，高轉(zhuǎn)速進(jìn)行修窗作業(yè)。

最終，某X井采用合理的鉆具組合，優(yōu)選開窗參數(shù)，一趟鉆高效完成了雙層開窗作業(yè)，上窗口89.40 m，下窗口95.70 m,窗口長(zhǎng)度6.30 m，后續(xù)起下鉆、下套管過窗口無(wú)阻掛現(xiàn)象，優(yōu)質(zhì)高效完成開窗作業(yè)[4]。

4 結(jié)語(yǔ)及建議

(1)開窗前應(yīng)進(jìn)行理論分析，選擇合理的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行作業(yè)前模擬，更好地指導(dǎo)實(shí)踐開窗作業(yè)；

(2)雙層套管開窗時(shí)應(yīng)考慮到開窗組合的剛性問題，為后續(xù)作業(yè)鉆具過窗口提供保障；

(3)斜向器斜面材質(zhì)的選擇很重要，根據(jù)所開窗套管的剛級(jí)和材質(zhì)選擇合適硬度的斜向器斜面，確保斜向器安全的前提下，開出更長(zhǎng)更平滑的窗口；

(4)雙層開窗時(shí)應(yīng)盡量選擇雙層套管偏移量嚴(yán)重的方向(環(huán)空間隙小)進(jìn)行開窗，可提高開窗成功率；

(5)雙層套管開窗過程中，重視兩個(gè)“死點(diǎn)”位置，優(yōu)選開窗參數(shù)，尤其對(duì)“內(nèi)軟外硬”型復(fù)合套管開窗；

(6)針對(duì)多層套管鍛銑、磨銑難度大的井型，雙層套管開窗是一種成本低、見效快、成功率高且作業(yè)程序簡(jiǎn)單的方法，能在短時(shí)間內(nèi)完成開窗側(cè)鉆作業(yè)，在調(diào)整井作業(yè)中效果顯著。