冀东油田水平井大修技术

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1、冀东油田水平井大修技术,冀东油田公司 二九年六月,一冀东油田水平井发展概况 二冀东油田水平井大修原因分类 三水平井大修的技术难点分析 四水平井大修工具研究与改进 五水平井大修管柱的设计 六辅助配套技术 七水平井大修实例 八认识和展望,目 录,冀东油田公司,一.冀东油田水平井发展概况,冀东油田公司,冀东油田自2002年第一口水平井投产以来，水平井数量大幅增加，为年产量的快速提升做出了突出的贡献。截至2008年底，冀东油田共有各类水平井368口，按完井方式分为顶部注水泥、射孔、筛管三种完井方式。其中顶部注水泥完井116口，射孔完井121口（含小井眼侧钻井3口），筛管完井131口（含小井眼侧钻井32

2、口），见图1。,一.冀东油田水平井发展概况,图1：冀东油田完井方式统计饼状图,冀东油田公司,一.冀东油田水平井发展概况,2004年完成第一口水平井大修开始，水平井大修数量逐年增加，到2008年底共完成各类水平井大修32井次。 2004-2008年历年大修情况见图2 。随着修井数量的不断增加，水平井大修技术也逐步发展，基本上满足了冀东油田发展的需要。,图2,冀东油田公司,一冀东油田水平井发展概况 二冀东油田水平井大修原因分类 三水平井大修的技术难点分析 四水平井大修工具研究与改进 五水平井大修管柱的设计 六辅助配套技术 七水平井大修实例 八认识和展望,目 录,冀东油田公司,二. 冀东油田水平井大

3、修原因分类,按大修原因进行划分，主要有以下两种：一是井内管柱卡造成大修。 这部分井数量占水平井大修井总数的78.1，按遇卡管柱类型分为以下4种：防砂管卡、射孔枪卡、作业施工管柱卡、电泵管柱卡。,冀东油田公司,二. 冀东油田水平井大修原因分类,防砂管卡冀东油田在水平井投产初期，完井方式主要是射孔完井，其中大部分水平井分布在冀东油田高浅与庙浅等区块，这两个区块为主要的出砂区块，出砂问题非常严重，生产过程中绝大部分井需采取防砂措施，主要防砂工艺是挂滤砂管防砂工艺。 水平井下入防砂管柱生产一段时间后，由于防砂管柱堵塞，需打捞防砂管柱，但部分井由于防砂管与套管环空间距小，沉积时间较长并压实，造成防砂管卡

4、。冀东油田完成的第一口水平井大修井就是打捞防砂管柱。,冀东油田公司,二. 冀东油田水平井大修原因分类,射孔枪卡：射孔枪砂卡的主要原因是射孔后，油气通道打开，在测压力恢复或放喷的过程中，地层砂进入油套环空造成炮枪砂卡。作业施工管柱卡：作业或油井生产过程中，由于水平井其造斜段斜角变化率较大以及地层、施工等原因，造成管柱卡。电泵管柱卡：因井筒、地层或管柱等多种原因，造成电泵管柱卡。,冀东油田公司,二. 冀东油田水平井大修原因分类,二是井内复杂落物造成大修。这部分井占水平井大修井总数的21.9。水平段封隔器或桥塞上有水泥塞和电缆皮碎屑，或者是水平段不能实现打捞落井的电泵卡子、封隔器胶皮落井小修工艺无法

5、完成，需要用大修来处理。,冀东油田公司,一冀东油田水平井发展概况 二冀东油田水平井大修原因分类 三水平井大修的技术难点分析 四水平井大修工具研究与改进 五水平井大修管柱的设计 六辅助配套技术 七水平井大修实例 八认识和展望,目 录,冀东油田公司,三. 水平井大修的技术难点分析,水平井的井眼轨迹同油层的走向基本一致，水平段的井斜角达到86以上，相对于常规井具有井斜角大、曲率高，连续增斜井段长，水平位移大等特点（图3所示）。由于水平井井眼轨迹的特殊性，致使水平段的落物、形态由于重力的作用，处于套管的低部位，造成打捞工具、打捞管柱状态发生变化，作业时井口施加的扭矩和拉力很难传递到水平段鱼顶位置，常规

6、打捞解卡措施无法实施。,图3,冀东油田公司,三. 水平井大修的技术难点分析,常规打捞工具通过地面和现场试验发现，在水平段打捞成功几率低，打捞遇卡后不能顺利退出，打捞成功后起打捞管柱落鱼易脱落。因井眼轨迹和井内落物靠近低部位，采取磨、套铣等工艺时，地面的扭矩很大，环空缝隙小，磨套铣工具易“吃”套管。因此要完成水平井水平段打捞解卡，实现磨、套铣工艺的实现，必须对打捞工具、解卡力的施力方式和管柱进行设计和改进。,冀东油田公司,三.水平井大修的技术难点分析-打捞管柱受力分析,水平井中管柱受力复杂，不同的井段管柱受力不同，特别是“钟摆力”（图4所示）和弯曲应力很大、分力多。“钟摆力”使得井内管柱贴近井壁

7、低边，随着井斜角度的不断增加，钟摆力越来越大，接近水平段，钟摆力基本上为钻具在水平段本身的重量，钻柱重量的轴向分量为零。,图4 大井斜段下井工具的“钟摆力”,钟摆力： F=Wsin 式中：井斜角； W卡点以下管柱质量。 当等于90时，钟摆力F等于水平段管柱重量，使得起下管柱磨阻达到最大，并随着水平段管柱增长而增加。,冀东油田公司,因钻柱重量的轴向分量为零，因而必须借助上部钻柱重力的“推动”才能使处在水平段的钻柱向前移动。现场实际操作显示：地面显示管柱悬重与实际悬重相差较大，造成打捞钻压不易掌握，打捞成功与否不易判断；水平段打捞工具、打捞管柱工作状态发生变化，作业时井口施加的扭矩和拉力很难传递到

8、水平段鱼顶位置，由于钻具拉力和扭矩损耗大，不能最大限度的传递到卡点上，施工成功率低，常规措施无法实施；钻具中和点无法准确掌握，倒扣打捞落物长度短，起工具次数多。,三.水平井大修的技术难点分析-打捞管柱受力分析,冀东油田公司,打捞管柱沿井眼轴线方向受力，如图5。作业设备的提拉载荷Fk要克服打捞管柱重量Gg及套管与打捞管柱之间的摩擦力fm才能传递到落鱼，打捞解卡的技术核心就在于保证作用在落鱼上的力，即解卡力T足够大以克服落鱼所受的夹紧力。作业提升能力、打捞管柱强度、井深及井眼曲率、磨擦力是影响打捞解卡力的主要因素。,图 5,三.水平井大修的技术难点分析-打捞管柱受力分析,冀东油田公司,三.水平井大

9、修的技术难点分析-下井工具长度确定,在水平井大修施工中，经常使用到大直径、长度较大的工具，工具能否顺利通过造斜率较大的井段是关系到施工的成败关键从图6是工具通过大井斜段的示意图。,式中：k造斜率； EF油层套管半径； EG下井工具直径； GF=EG-EF, OC=OF+EF,图6 下井工具长度确定,冀东油田公司,三.水平井大修的技术难点分析-落物与套管的环空间隙,因井内管柱类型不同，落物在水平段与套管之间的间隙也不同，应依据井内落物的结构和与套管之间的间隙进行综合分析，确定需要采取的工艺。如/套管使用的防砂管，外径大（102mm），自带116mm扶正器1个，扶正片采取六棱造型成60度夹角均列。

10、因扶正片在套管内所处的角度不同，单根防砂管的外壁与套管的最大间距为7mm，最小则防砂管紧紧贴在套管上。其他类型落物由于重力作用，落物底边和套管内壁在水平段紧紧的贴在一起，因此分析结果不同确定的工艺则不同。,冀东油田公司,一冀东油田水平井发展概况 二冀东油田水平井大修原因分类 三水平井大修的技术难点分析 四水平井大修工具研究与改进 五水平井大修管柱的设计 六辅助配套技术 七水平井大修实例 八认识和展望,目 录,冀东油田公司,四. 水平井大修工具研究与改进-打捞工具的设计与改进,水平井大修打捞工具必须具备如下的特点：一是打捞工具在水平段能实现正常的打捞：二是打捞工具必须可以完成倒扣施工；三是打捞后

11、提不动、倒不开的情况下能够实现顺利退出；四是打捞成功后落物不易脱落。根据以上四点，在提拉式可退捞矛的基础上设计了提拉式可倒扣捞矛（图），提拉式倒扣捞矛改变了打捞作业的退出方式，捞矛退出后井内不留任何的工具配件，不影响下部作业，避免了大修施工的复杂化。,图,冀东油田公司,4. 水平井大修工具研究与改进-检测工具的改进,针对水平井的井眼轨迹情况，对下井检测工具进行了改进：通井规采用了带收口的橄榄型通井规，小于套管最小通径68mm，下部收口10mm以上，底角大于70。铅模设计了水平井防脱铅模，防止由于井下斜度大造成铅体的强烈磨损或脱落，即能检测鱼顶、又能验证套管的情况，也适用于普通井施工。,冀东油田

12、公司,四. 水平井大修工具研究与改进-磨套铣工具的选择与改进,在水平井井下复杂情况处理过程中，通过磨套铣钻工艺可以处理复杂卡埋事故、复杂落物、修整鱼顶、套铣环空，作为下一步处理的过渡工序或直接处理工艺，是处理井内复杂井况的关键技术。,冀东油田公司,四. 水平井大修工具研究与改进-磨套铣工具的选择与改进,水平井水平段井况变化比较大，磨鞋、套铣鞋、钻头等工具贴近套管的低边工作，因此，在水平段使用磨铣、套铣鞋、钻头等工具，其侧面不能有硬质合金，磨鞋、套铣鞋边部的硬质合金应小于其本体，防止工具在旋转作业过程中损伤套管。磨鞋、套铣鞋等工具的外径大于钻杆的外径，因此在磨鞋、套铣鞋、钻头以上相应位置应配备一

13、定量的扶正器，保证钻磨铣工具与井内的套管内壁处于近垂直状态。,冀东油田公司,四.水平井大修工具研究与改进-磨套铣具的选择与改进,处理砂卡外径较大的防砂管，考虑到井内防砂管的自身因素，下入套铣管的尺寸应在充分考虑滤砂管长度、井眼轨迹的基础上，内径大于防砂管外径1-2mm，外径小于套管内径4-6mm为宜。分级注水泥滤砂管完井的水平井钻盲板施工，根据分级注水泥工具的结构和特点，优选六棱钻头作为钻铣工具，现场实践证实：六棱钻头底部铺YD焊料的颗粒越大，对于橡胶件和铸铝的切削能力就越强，一般选择6-9mm。,冀东油田公司,四.水平井大修工具研究与改进-磨套铣参数,通过实践摸索，水平井磨铣和钻铣的过程中施

14、工的排量是重要的参数。施工排量决定了钻屑能否顺利的返排、避免形成钻屑床，避免卡钻危险。因此，水平井的磨套铣作业，应在满足施工排量的前提下，根据井内工具的情况、钻具的情况、返出物的情况综合考虑钻压、泵压等施工参数。现场实践证实：在51/2套管内作业，排量400L/min以上，在7套管内作业，施工排量在700-800 L/min，可以满足施工的要求。,冀东油田公司,四.水平井大修工具研究与改进-扶正器的改进,水平井在磨铣、套铣和钻塞的过程中，在井斜大于60的大斜度段和水平段，钻具在套管内旋转，会造成对井内套管和钻具本身的磨损，因扭矩大，对钻具的损伤也非常大，为减少和避免上述的缺点，设计了专用辊子扶

15、正器(图)。棍子扶正器工作特点是：钻具旋转的过程中，扶正体不转动，内部的芯轴转动，起到了扶正、减少钻具和套管的磨损、降低扭矩的作用。根据实际中发现起下作业过程中扶正器磨损较大，对棍子扶正器进行了改进，在扶正器的最大位置镶嵌了硬质合金棒，起到了保持扶正体外径的目的。,冀东油田公司,图,一冀东油田水平井发展概况 二冀东油田水平井大修原因分类 三水平井大修的技术难点分析 四水平井大修工具研究与改进 五水平井大修管柱的设计 六辅助配套技术 七水平井大修实例 八认识和展望,目 录,冀东油田公司,五.水平井大修管柱的设计,通过现场实践、理论分析和摸索，初步总结出了水平井大修管柱的设计原则、水平井打捞原则、

16、打捞工具选择原则以及几种常用的水平井大修管柱。,冀东油田公司,五.水平井大修管柱的设计 - 水平井大修管柱的设计原则,水平井大修管柱应尽量避免或加重对套管的损坏。水平井大修管柱必须下的进、起得出。水平井大修管柱在满足施工要求的前提下结构越简单越好。,冀东油田公司,通过研究与现场实践，总结出水平井打捞必须遵循“下得去、抓得住、起得出、有退路”的原则。 下井工具及管柱必须保证能够顺利通过造斜段、水平段并保持原有的技术性能； 打捞遇卡后能对落鱼产生足够解卡力，如解卡不成功，保证能顺利退出，避免产生新的落物； 尽可能采用与落井管柱尺寸接近的打捞管柱，偏心距和中心线与井下落鱼一致，这样就只需少量调整或不需调整管柱偏心距和中心线； 在打捞管柱上加扶正器，调整下段管柱的偏心距和中心线，使之与落井管柱基本一致，以利于打捞工具顺利进入鱼腔； 选用优质管柱施工，造斜段管柱勤检查勤倒换，防止管柱疲劳折断。,