過(guò)油管開啟地層隔離閥方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用

閻興濤，王濤濤，龔宏偉

(1 中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000；2 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)

地層隔離閥是海上完井作業(yè)過(guò)程中的工具，既可防止完井液向地層漏失，又能在下部完井后，作為臨時(shí)棄井的屏障，有效的保護(hù)儲(chǔ)層免受完井液的污染[1-3]。特別是水下井口完井作業(yè)，其下部完井和上部完井作業(yè)不連續(xù)，下部完井作業(yè)結(jié)束后，需要安裝水下采油樹，受安裝條件和海況等影響作業(yè)時(shí)間存在不確定性[4-5]，地層隔離閥作為臨時(shí)棄井的一個(gè)重要工具。目前，常規(guī)的地層隔離閥打開方式有：機(jī)械式開關(guān)、液控管線式開關(guān)、氮?dú)鈴椈墒介_關(guān)以及電控開關(guān)[6-7]。

在南海東部油田某水下井口應(yīng)用地層隔離閥的過(guò)程中，地層隔離閥設(shè)計(jì)打壓14次打開，實(shí)際打壓24次未打開，采用機(jī)械開關(guān)工具打開地層隔離閥，工具遇阻無(wú)法通過(guò)。因此，設(shè)計(jì)一套有效的地層隔離閥打開方式的十分必要。

1 基本情況

4H井為一口海上深水水平井，井深4435 m，水平段長(zhǎng)度800 m。其下部完井采用割縫篩管防砂，上部完井采用7″隔熱油管電潛泵生產(chǎn)管柱。該井在上部完井作業(yè)期間，進(jìn)行臨時(shí)棄井作業(yè)，油管掛已經(jīng)安裝到位，內(nèi)部投入油管掛堵頭，井下安全閥保持關(guān)閉狀態(tài)，井口蓋防腐帽。

該井投生產(chǎn)封隔器坐封堵頭到位后，地層隔離閥設(shè)計(jì)打開壓力3000 psi，井筒內(nèi)打壓3300～3500 psi開啟地層隔離閥過(guò)程中，低壓500 psi、800 psi無(wú)法穩(wěn)壓，壓降6 psi/min。高壓1000 psi、3300 psi，穩(wěn)壓合格，判斷地層隔離閥在低壓狀態(tài)下金屬球閥不能完全密封，高壓狀態(tài)下可以密封。地層隔離閥設(shè)計(jì)打壓14次打開，實(shí)際打壓24次未打開，第24次打壓3500 psi，在未泄壓狀態(tài)下34 min自動(dòng)下降為0，初步判斷地層隔離閥已泄漏，但開度無(wú)法判斷。圖1為現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)液壓打開地層隔離閥泵入量和回流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

圖1 液壓打開地層隔離閥泵入量與回流量

采用備用機(jī)械開啟地層隔離閥方式，連續(xù)油管下入機(jī)械開關(guān)工具開啟地層隔離閥：第一趟通井下1.5″連續(xù)油管通井工具至3490.3 m(防砂頂部封隔器位置)，下探7次遇阻1 klbs無(wú)法通過(guò)；第二趟下開關(guān)工具，順利通過(guò)通井遇阻點(diǎn)3490.3 m，下放至3504.6 m遇阻1 klbs，改變循環(huán)排量、下放速度、遇阻量，多次嘗試無(wú)法通過(guò)遇阻點(diǎn)，最大遇阻3 klbs。

在液壓打開地層隔離閥失效，連續(xù)油管機(jī)械打開地層隔離閥遇阻無(wú)法通過(guò)，鑒于此，設(shè)計(jì)了一種安全、可靠的地層隔離閥打開方案。

2 工藝方案

2.1 整體方案設(shè)計(jì)

根據(jù)完井作業(yè)情況，由于該井完井管柱已到位，打開地層隔離閥需要考慮油管掛密封和井下安全閥的保護(hù)，同時(shí)考慮地層隔離閥后原油置換問(wèn)題，制定整體方案如下：

(1)采用5-1/2″17PPF HSM-2油管保護(hù)管串下至油管掛及7″油管內(nèi)，至井下安全閥位置，保護(hù)井下安全閥；

(2)油管保護(hù)管串上部采用懸掛器懸掛在下閘板防噴器以上，關(guān)閉下閘板防噴器抱住管串；

(3)采用2-7/8″小鉆桿攜帶機(jī)械打開工具，下入至地層隔離閥位置機(jī)械打開地層隔離閥；

(4)可采用加重完井液循環(huán)方式，控制地層隔離閥打開以后原油置換。

2.2 保護(hù)管柱設(shè)計(jì)

2.2.1 保護(hù)管柱油管選擇

該井生產(chǎn)油管采用7″ 23lb/ft-L80油管，通徑6.24″；油管掛通徑7.113″，油管掛保護(hù)套內(nèi)徑6.25″；同時(shí)地層隔離閥開關(guān)工具外徑4.562″，選用5-1/2″ 17lb/ft-L80 HSM-2油管作為保護(hù)管串，接箍外徑6.05″，內(nèi)徑4.892″，滿足開關(guān)工具下入，接箍均已進(jìn)行倒角處理。引鞋選用5-1/2″ 17lb/ft-L80 HSM-2油管單根公扣切割斜口。

2.2.2 懸掛器選擇

采用成熟的丟手工具設(shè)計(jì)及服務(wù)工具，加工成大小頭，便于小鉆桿攜帶的開關(guān)工具在BOP組內(nèi)引入懸掛器。自研送入工具是專門為送入5-1/2″油套管到指定位置后脫手的工具，脫手后留井管柱上部為喇叭口。施工中，常用在下部生產(chǎn)、分采管柱，下放管柱到位前，建立正循環(huán)，然后緩慢將生產(chǎn)管柱導(dǎo)入完井管柱中，投球正打壓1500 psi將脫手活塞打掉，此時(shí)完成了送入工具的脫手，起出送入鉆具。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)如圖2所示。

圖2 送入工具及其服務(wù)工具結(jié)構(gòu)圖

綜上所述，設(shè)計(jì)保護(hù)管柱結(jié)構(gòu)：送入油管+懸掛頭+變扣+配長(zhǎng)油管短節(jié)+倒角油管+倒角油管(公扣切斜角)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 保護(hù)管柱示意圖

2.3 機(jī)械打開地層隔離閥設(shè)計(jì)

在上述保護(hù)管柱內(nèi)，下入2-7/8″小鉆桿攜帶地層隔離閥機(jī)械開關(guān)工具機(jī)械打開地層隔離閥。其管柱組合數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 機(jī)械打開地層隔離閥管柱組合

2.4 管柱下入模擬分析

針對(duì)2-7/8″鉆桿下入方案進(jìn)行摩阻、應(yīng)力及側(cè)向力分析，摩阻系數(shù)按照最大的0.35來(lái)計(jì)算，模擬鉆具能夠順利下入到位，余量在29 klbs左右；下入過(guò)程中在7″油管引鞋之后的100 m，在1508～1600 m期間正弦曲屈余量相對(duì)較小(即使有點(diǎn)正弦曲屈也可以正常下入)，需要關(guān)注管柱懸重變化及下入動(dòng)態(tài)情況。

3 作業(yè)程序

根據(jù)上述設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況，該方案作業(yè)程序如下，其中步驟1～12為機(jī)械打開地層隔離閥作業(yè)程序，步驟12～20為打開地層隔離閥后正常完井作業(yè)程序。

步驟1：移鉆井船至A4H；

步驟2：回接BOP組，BOP組試壓；

步驟3：下入沖洗工具，沖洗油管掛頂部；

步驟4：THRT功能測(cè)試，回接THRT；

步驟5：鋼絲回收油管掛雙堵頭；

步驟6：擠注壓井液壓井；

步驟7：解鎖THRT，起坐落管柱；

步驟8：安裝5-1/2″內(nèi)保護(hù)管串(投球脫手)；

步驟9：下2-7/8″鉆桿下入機(jī)械開關(guān)工具；

步驟10：機(jī)械打開CBV；

步驟11：起鉆，拆甩2-7/8″鉆桿；

步驟12：撈矛回收5-1/2″內(nèi)保護(hù)管串；

步驟13：THRT功能測(cè)試，回接THRT；

步驟14：連接流動(dòng)頭及提升框架；

步驟15：連續(xù)油管氣舉返排；

步驟16：柴油壓井；

步驟17：鋼絲作業(yè)安裝油管掛雙堵頭；

步驟18：解鎖THRT，起坐落管柱；

步驟19：起隔水管及BOP組；

步驟20：安裝采油樹帽。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)上述設(shè)計(jì)，4H井在7″生產(chǎn)管柱到位的情況下，懸掛5-1/2″保護(hù)油管，下2-7/8″小鉆桿成功打開地層隔離閥，并有效保護(hù)了油管掛密封及井下安全閥。

4.1 解鎖THRT，起坐落管柱

(1)打開防噴器，并確保完全開啟，隔水管內(nèi)替入1.10 S.G高比重過(guò)濾海水。

(2)下放10 klbs在油管掛下入工具(THRT)上。

(3)通過(guò)坐落管柱控制面板對(duì)THRT鎖油管掛線路打壓再次確認(rèn)THRT的油管掛座封推筒下行到位。

(4)從油管掛解脫THRT，記錄過(guò)提噸位，反循環(huán)至少1.5倍管柱內(nèi)容積并在地面油嘴管匯處監(jiān)測(cè)返出流體。

(5)拆地面測(cè)試管線，拆甩地面測(cè)試樹、連續(xù)油管提升架。

(6)起坐落管柱，核對(duì)臍帶纜保護(hù)器數(shù)量。

4.2 下保護(hù)管柱

(1)根據(jù)下入管柱明細(xì)表如表2所示，連接引鞋及5-1/2″17PPF HSM-2倒角油管。

(2)在甲板檢查懸掛器回收工具狀態(tài)，確保功能正常且無(wú)部件損壞；

(3)用吊機(jī)將小心將回收工具及懸掛器總成吊至鉆臺(tái)，將工具下端與下入管柱連接；

(4)緩慢下入管柱，速度控制在0.3 m/s；

(5)下放至設(shè)計(jì)深度，打開補(bǔ)償器，對(duì)油管掛，遇阻不超過(guò)2 klbs，拉潮差繩確認(rèn)；

(6)如不能插入油管掛，則調(diào)低上萬(wàn)能防噴器控制壓力至200～400 psi，關(guān)閉上萬(wàn)能防噴器扶正引入；

(7)管串到位前1～2 m，調(diào)低下閘板防噴器控制壓力至200～400 psi，關(guān)下閘板BOP，下放管串到位至遇阻2～3 klbs，上調(diào)下閘板防噴器控制壓力至1000 psi，確認(rèn)下閘板BOP關(guān)閉完成；

(8)鉆臺(tái)投38 mm鋼球，沉球5 min；

(9)管柱內(nèi)正打壓1500 psi，至壓力突降，脫手送入工具(如脫手失敗，可投48 mm的備用球)；

(10)上提管柱觀察懸重變化，確認(rèn)脫手完成；

(11)起出送入工具脫手頭，檢查確認(rèn)無(wú)物件遺失。

4.3 打開地層隔離閥

(1)邊接邊下2-7/8″PAC/SHT PAC小鉆桿，每根鉆桿標(biāo)準(zhǔn)通徑，檢查接頭耐磨帶情況。

(2)下鉆至懸掛器位置前，打開補(bǔ)償器，緩慢下放插入懸掛器，懸掛器內(nèi)下鉆控制下放速度。

(3)如不能進(jìn)入懸掛器，則調(diào)低上萬(wàn)能防噴器控制壓力至200～400 psi，關(guān)閉上萬(wàn)能防噴器扶正，緩慢下放通過(guò)懸掛器。

(4)保護(hù)管串內(nèi)下鉆控制下放速度，管柱好懸重變化，遇阻不超過(guò)2 klbs。

(5)油套環(huán)空打壓500 psi，以監(jiān)測(cè)生產(chǎn)滑套的開度，方式剮蹭導(dǎo)致滑套以外打開。

(6)下至防砂頂部封隔器位置，控制下放速度，確認(rèn)通過(guò)頂部封隔器，緩慢下放至CBV位置，校深，下放鉆具至下壓最大15 klbs，機(jī)械打開地層隔離閥，繼續(xù)下放10 m確認(rèn)已經(jīng)完全打開。

(7)上體鉆具，循環(huán)壓井液壓井，至循環(huán)返出干凈，漏失速度穩(wěn)定。

(8)在頂部封隔器以上墊150 m稠漿，起鉆，邊起邊甩2-7/8″PAC/SHT PAC小鉆桿。

4.4 回收保護(hù)管柱

(1)鉆臺(tái)組合撈矛鉆具，將矛瓦轉(zhuǎn)至打撈位置，使用膠帶固定矛瓦；

(2)鉆具組合：9680型撈矛(配9682型4.805″矛瓦，230)+變扣(231×210)+2-7/8″鉆桿(211×210)×1根+變扣(211×310)+變扣(311×410)+6-1/2″震擊器(411×410)+5″加重鉆桿(411×410)×5根+變扣(411*DSHT B)+5-1/2″鉆桿(DSHT B*P)。

(3)安裝矛瓦至打撈矛，按照鉆具組合連接可打撈矛鉆具，每個(gè)連接絲扣按照標(biāo)準(zhǔn)扭矩進(jìn)行上扣，上扣過(guò)程中避免損傷矛瓦。

(4)使用膠帶纏繞固定矛瓦，避免下鉆過(guò)程中下落至脫手位置。

(5)緩慢下鉆，通過(guò)轉(zhuǎn)盤面、井口等臺(tái)階處時(shí)注意扶正，以免損傷矛瓦。

(6)下鉆控制下放速度，如有遇阻顯示，下壓不超過(guò)5 klbs，并匯報(bào)監(jiān)督。

(7)到位前測(cè)鉆具上提下放懸重，反轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)扭矩，循環(huán)泵壓。

(8)開泵2 bpm，緩慢下鉆通過(guò)防噴器，進(jìn)入懸掛器頂部喇叭口，引入撈矛。

(9)下壓5 klbs后上提，觀察泵壓變化，確認(rèn)撈獲保護(hù)管柱。

(10)拆甩保護(hù)管柱。

5 結(jié) 論

針對(duì)海上水下井口生產(chǎn)井4H井，地層隔離閥加壓無(wú)法打開，開關(guān)工具遇阻無(wú)法通過(guò)的難題。設(shè)計(jì)了一套過(guò)油管開啟地層隔離閥方法，采用5-1/2″油管保護(hù)管柱懸掛于BOP，起到保護(hù)水下生產(chǎn)管柱的油管掛密封及井下安全閥；在保護(hù)管柱內(nèi)下入2-7/8″小鉆桿攜帶機(jī)械開關(guān)工具開啟地層隔離閥。該方案的成功應(yīng)用，為生產(chǎn)管柱已經(jīng)到位的水下井口開啟地層隔離閥提供了有效的解決方案，提高了海上作業(yè)時(shí)效，降低了作業(yè)成本。