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海上調(diào)整井井槽利用技術(shù)創(chuàng)新實踐

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海上調(diào)整井井槽利用技術(shù)創(chuàng)新實踐

摘要:平臺槽口作為海上油田設施的核心,其具有無法替代的稀缺性和重要性。為了能在調(diào)整井中高效再利用槽口資源,使其效益最大化,海上油田通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)了降本增效。分析了海上調(diào)整井槽口再利用中的困難和挑戰(zhàn),利用建模和實踐對比等方法對隔水管重置、擴容和擴邊等關(guān)鍵性的裝備改造技術(shù)進行改進突破,從應用效果看大幅降低了調(diào)整井的開發(fā)成本,推廣性強,為海洋石油可持續(xù)開發(fā)提供了有力技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞:槽口;調(diào)整井;隔水管;鉆完井

引言

調(diào)整井主要分布在老油田老平臺上,需要進行井間加密和探邊擴邊。由于海上平臺空間的特殊性,每個平臺的槽口數(shù)量都有限且是固定的,另外由于開發(fā)歷史、經(jīng)濟評價等種種原因,很多調(diào)整井分布的槽口沒有隔水套管,這成為阻礙調(diào)整井開發(fā)的大難題[1]。為此,渤海油田針對調(diào)整井作業(yè)槽口稀缺的難題展開研究,建立一套系統(tǒng)的調(diào)整井井槽高效利用技術(shù),并通過不斷地裝備改造創(chuàng)新和實踐,取得了顯著成績。

1海上油田井槽利用技術(shù)現(xiàn)狀

海上油田不同于陸地油田,槽口是油田開發(fā)中極為稀缺和重要的資源,因此只有在調(diào)整井開發(fā)中高效利用現(xiàn)有設施的槽口資源,才能最大限度的創(chuàng)造價值。渤海油田到“十三五”時期,低效井增加,棄置效率低導致經(jīng)濟效益低,調(diào)整井基本無新槽口可用;并且受井眼尺寸限制,利用老槽口側(cè)鉆愈發(fā)困難。加之,海洋油氣用海矛盾突出,渤海油田74%礦區(qū)處于受限區(qū)域。有限的槽口資源嚴重制約了渤海油田的開發(fā)。

2海上油田井槽再利用困難和挑戰(zhàn)

(1)平臺空間受限(如1圖所示),井槽擴容難度大,需井槽內(nèi)外掛槽口。(2)油價不穩(wěn)定,井槽工程造價不斷走高,只能充分利用現(xiàn)有資源,提高效益。(3)養(yǎng)殖區(qū)和環(huán)保區(qū)擴大,新建平臺數(shù)量受限,只能增加單平臺井數(shù)。(4)油田到開發(fā)后期,井槽廢棄,生產(chǎn)井數(shù)量急劇減少,需井槽修復再利用。(5)在領(lǐng)海受限軍事航道,無法新建平臺,大斜度井,大位移井方案增加。

3調(diào)整井井槽高效利用關(guān)鍵技術(shù)

3.1調(diào)整井井槽高效利用關(guān)鍵技術(shù)分析

通過多年的研究和實踐,渤海油田通過合理的井位布置,設計合理的井身軌跡,制定合理的鉆井順序,從而實現(xiàn)在有限的槽口和空間資源條件下完成鉆完井目的,其技術(shù)路線如圖2所示。

3.2單井槽擴容技術(shù)

通過長期研究,對現(xiàn)有單筒雙井技術(shù)進行了改進優(yōu)化,最終得到了安全、高效的單筒多井作業(yè)技術(shù)方案?;趶秃陷d荷導管入泥深度模型、單筒三井空間展布模型、超大井眼防斜打直技術(shù),創(chuàng)建了單筒多井高效鉆井技術(shù),如圖3所示,填補了國內(nèi)空白,井槽數(shù)增加了2倍。(1)表層預斜技術(shù)解決井間防碰井密就會導致防碰風險增高,加之渤海油田表層疏松、砂泥巖互混,造斜難度大。為保證表層井眼順利分離,通過鉆具鐘擺作用,即:在斜井中,鉆頭至鉆具切點以下的鉆鋌像一個“鐘擺”,鉆頭在鐘擺力的作用下,緊靠井眼下側(cè)并切削巖石,靠鉆頭側(cè)向力控制井斜。作業(yè)中利用小于5kN的鉆壓,并控制最大允許排量來保證井斜和井壁質(zhì)量;采用牙輪鉆頭,低鉆速,確保防碰提前預判;利用占位鉆具保障固井質(zhì)量和效率[3]。(2)擴眼關(guān)鍵技術(shù)擴眼關(guān)鍵在于鉆具剛性的設計,防止擴眼作業(yè)時出現(xiàn)新井眼。通過與馬達鉆具對比,模擬計算新擴眼鉆具的剛性及撓性可以得出,新擴眼鉆具組合不易出現(xiàn)新井眼,滿足其擴眼作業(yè)要求。(3)新型環(huán)板技術(shù)在原有基礎(chǔ)上重新設計了新型單筒雙井井口環(huán)板,同一中心線位置設有2個不同直徑的槽孔;大直徑槽孔下入長套管串,小直徑槽孔下入短套管串,可根據(jù)實際加裝相對應的扶正器通過。還通過建立單筒三井空間展布模型,設計單筒三井井口環(huán)板,使單井槽擴容更加優(yōu)化合理(如圖4所示)。從模型圖和公式可以看出對稱性單通三井中外筒、內(nèi)筒和間隙參數(shù)之間的關(guān)系,其中D決定了導管架單腿的結(jié)構(gòu)和尺寸,d和ΔL則決定了鉆井工程的措施和風險。通過對三個參數(shù)優(yōu)化組合,可以對不同尺寸的隔水管分析,確保內(nèi)外筒間隙最大化,避免作業(yè)中發(fā)生阻掛、不垂直等發(fā)生而無法作業(yè)。

3.3井槽內(nèi)外掛擴邊技術(shù)

通過槽口外掛或內(nèi)掛,增加平臺的槽口數(shù)量,降低導管架平臺的造價,包括井槽內(nèi)掛、井槽外掛、樁腿加掛三種方式,它具有工程周期短、成本低等特點,思路如下:首先根據(jù)選定的鉆井機具作業(yè)范圍確定井槽的位置。無論是鉆井船,還是鉆修機都較容易實現(xiàn)對井槽內(nèi)掛的作業(yè)。對于井槽外掛和樁腿加掛(如圖5所示),如用鉆井船作業(yè),則平臺結(jié)構(gòu)須滿足鉆井船就位和覆蓋要求。如使用鉆修機作業(yè),因結(jié)構(gòu)受力增加較大,故需要對平臺及鉆修井機進行較大改造。對于井槽內(nèi)掛和外掛,由于水下操作難度大、風險高,所以新增隔水套管與原導管架結(jié)構(gòu)應保持一定的安全距離。樁腿加掛屬于大型改造工程,對原平臺結(jié)構(gòu)影響大。因此,要將新增樁腿結(jié)構(gòu)和老平臺結(jié)構(gòu)一起進行詳細的整體分析,包括靜力、地震、疲勞等分析。對新增樁腿結(jié)構(gòu)也要進行安裝分析,包括吊裝分析、裝船分析、拖航分析、樁和隔水套管的自由站立及打入可行性分析。此外,還需根據(jù)具體分析結(jié)果進行新增樁腿結(jié)構(gòu)優(yōu)化和老平臺設施改造。最后,基于風浪流、海冰、地震對內(nèi)外掛井槽及平臺穩(wěn)定性風險評價,建立了以樁基承載力、結(jié)構(gòu)桿件強度和內(nèi)外掛位置為約束的井槽擴展和強度計算模型,使井槽數(shù)量增加35%,實現(xiàn)了高效擴容,節(jié)省了新建平臺工程投資。導管架多維單元剛度矩陣:基于內(nèi)外掛井槽的載荷分布、平臺空間展布、懸臂梁載荷分布特征,建立了鉆井平臺懸臂梁覆蓋評價模型,實現(xiàn)了鉆井全覆蓋。

3.4隔水導管高效重置與修復技術(shù)

隔水導管在安裝時,少數(shù)導管發(fā)生變形和偏斜,致使后期鉆井時,鉆具無法通過或與臨井相碰現(xiàn)象,造成槽口無法被利用的現(xiàn)象。如果形變較小,一般采用磨銑修復。基于隔水導管變形特征,自主研發(fā)了大尺寸導管銑鞋、磨鞋等配套修復工具,形成套管修復成套技術(shù),作業(yè)時效提高了65%。對于平臺外排的槽口,視水泥返高和套管層數(shù)而選擇使用隔水管重置技術(shù),還是水力割刀。隔水管重置作業(yè)首先用水泥將老井泥面以下封堵棄置后,再用磨料水射流一次性切割或是水力割刀切割泥面以下多層套管,并一次性全部回收套管,然后重新下入特殊設計的自帶窗口的隔水導管,最后轉(zhuǎn)入常規(guī)鉆井作業(yè)。有效解決了常規(guī)棄置作業(yè)中多層套管分別套銑作業(yè)時間長、套管偏心套銑困難、損壞鄰井套管等難題,大大提高了生產(chǎn)時效。在現(xiàn)場施工過程中進行了兩個方面的創(chuàng)新:(1)磨料射流可以更高效切割套管,所形成的切割面的平整度滿足座掛斜向器的穩(wěn)定要求;(2)設計了預開口斜向器,根據(jù)測量現(xiàn)場回收的套管偏心距,調(diào)節(jié)導向錐位置(如圖6所示),以確保斜向器與原井眼套管偏心位置吻合。最后,基于隔水導管受力和腐蝕特征,自主研制了斜向器、錨定器等系列工具,實現(xiàn)了老油田復產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)目標。

4應用效果

單通多井技術(shù)在渤海灣運用廣泛,LD10-1、BZ28-2S等油田,多達80多口,產(chǎn)油量增加近3萬方。井槽內(nèi)外掛擴邊技術(shù),按照每口井產(chǎn)量日產(chǎn)15方計算,產(chǎn)油量增加近3萬方,創(chuàng)造產(chǎn)值每年近6330萬元。隔水導管重置技術(shù)應用于LD10-1、BZ26-2等多個平臺,實現(xiàn)年增油量近4萬方,預計節(jié)約鉆井成本近2000萬元。

5結(jié)束語

(1)井槽高效利用技術(shù)的創(chuàng)新,在現(xiàn)有的條件下提高了資源再利用率,降低成本;(2)海上平臺槽口加密和擴容可以充分利用有限空間資源,得到較好的經(jīng)濟效益,但是會擠占生產(chǎn)作業(yè)空間,安全可靠性仍需考驗;(3)隔水管高效重置和內(nèi)外掛槽口擴邊技術(shù)是基于工程建設的改造技術(shù),在實踐中需要進一步標準化,并且在新建平臺預留擴展支架,從工程建造開始就要考慮其擴展功能。海上調(diào)整井井槽高效利用技術(shù),具有可復制和推廣性,推動了石油工程、海洋裝備等相關(guān)領(lǐng)域的科技進步,對海上能源開發(fā)具有重大意義。

參考文獻:

[1]付建民,韓雪銀,范白濤,等.海上平臺井槽高效利用關(guān)鍵技術(shù)[J].中國海上油氣,2016,28(2):103-108.

[2]王寶軍,張彬奇,宋昱東.海上調(diào)整井資源優(yōu)化利用創(chuàng)新研究與應用[J].當代化工研究,2018(6):99-101.

[3]陳國宏.單筒雙井占位鉆具鉆井技術(shù)在海上油氣田的應用[J].鉆采工藝,2016,02(12):43-46.

作者:王寶軍 張彬奇 馬長亮 劉成杰 王太 單位:中海石油(中國)有限公司天津分公司