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(1)优化设计水力参数 。 水泥浆上返速度达到 1 .2 m/ s 以上时 , 上返流态呈紊流 , 此时固井“顶替” 效果较好 , 这是保证水泥封固质量的先决条件 。 根 据计算 , 排量在 3 .98 m3/min 以上时 , 水泥浆上返为 紊流流态 , 但利用普通固井车组 , 很难达到这样大的 替挤排量 。经过试验 , 研究应用了“一注双替”的固 井技术 , 即固井时采用单泵车注水泥 , 替挤时采用双 泵并联大排量替挤 , 可保证水泥浆在套管外上返过 程中流速达到 1 .2 m/ s 以上 。 经过多口井的现场试 验 , 泵车排 量可达到 4 m3/ min 以 上 , 泵压 为 7 ～ 12 MPa , 能满足安全施工需要 。
Ⅰ型套铣头 。一种集套铣岩层 、水泥环 、套管封 隔器 、套管扶正器为一体的多功能套铣钻头 。 其结
构 :8 个齿槽嵌焊 8 个铣齿 , 切削角 采用负角 , 齿底 为圆弧流线形 , 齿 外缘采用 PDC 保径 , 内缘用 CBN 保径 。 其特点 :既保持了 PDC 钻头的纠斜功能 , 又 具有 CBN 高效切 铣功能 。 在正 常套铣 时 , 井 壁规 则 , 井底干净 , 避免岩屑的重复破碎 , 缓解了钻井液 钙侵和黏土侵 , 利于提高钻速 ;在磨铣套管封隔器及 扶正器时 , 具有防蹩钻打齿 、稳定性高的特点 , 而且 削铣后残体规则 , 可以从套铣筒内顺利捞出 。
图 1 示踪加固管柱结构
1 .3 .2 套铣引入法 对套损通径小于 70 mm 、现有 技术条件下无法打开通道的套损井 , 采用专用的 Ⅱ 型套铣头直接套铣引入 , 保证小通径套损井取换套 施工不丢鱼 , 此方法是对套损部位预处理技术的创 新 。 施工中 , 首先采用 Ⅰ 型套铣头对断口以上井段 进行套铣 , 当套铣到断口时起出 , 采用 Ⅱ型套铣头对 断口进行套铣引入 , 由于 Ⅱ型套铣头的喇叭腔有拔 引找正收鱼的作用 , 加之 219 .08 mm 套铣筒 超强 的扶正作用 , 当套铣头接触鱼头后 , 继续钻进 , 鱼顶 便会由外向里逐步被收入套铣头内 , 一般套铣进尺 3 ～ 5 m , 下部套管便可顺利引入 。 经打印证实后 , 便 可在套铣筒内对鱼顶进行修理 , 为实现补接提供前 提条件 。 1 .4 套铣三参数的匹配 1 .4 .1 钻压 只有钻压大于岩石的破碎压力 , 才能 达到切削效果 ;如果低于破碎压力 , 就变成了表面研 磨 , 钻速非常低 。考虑到取套套铣头水眼大 , 无水力 破碎作用以及泵压的反作用 , 确定钻压为 40 ～ 100 kN 。 1 .4 .2 排量 施工中根据钻井液相对密度和流性 指数的变化 , 选择排量范围 1 .2 ～ 1 .8 m3/min 。
1 139 .7 mm 套管井深部取换套技术
1 .1 取换套钻具结构及套铣工具 经过不断改进和完善 , 目前大庆油田应用的取
换套套铣钻具结构为 219 mm 六方方 钻杆 + 260 mm 连接变扣接头 + 219 mm 套铣筒 + 290 mm 套 铣头 。 套铣 钻具 主体 外径 219 mm , 最 大 外径 290 mm , 最小内径 192 mm , 可以适应 900 m 深部套铣对 钻具强度的要求 , 并且适应现有修井机的性能指标 。 1 .1 .1 六方方钻杆 方钻杆外径 219 mm , 内径 190 mm , 长度 12 m 。 六方结构较四 方结构扭矩传 递均 匀 , 可预防扭伤钻具 , 整体抗弯曲能力强 。 1 .1 .2 套铣筒 为适应套铣施工的需要 , 设计了一 种 219 .08 mm 非标准钻杆扣连接 变扣接头 , 其外 径 260 mm , 内径 192 mm 。 这种接头起下速度快 , 丝 扣耐磨损 , 不黏扣 , 抗扭力大 。 1 .1 .3 套铣头
Ⅱ型套铣头 。 用于处理套损部位 , 实现下部套 管引入 , 是专为严重套损井套铣引入和防丢鱼设计 的配套工具 。其结构为 :底部是无齿流线型 , 外体有 2 道循环沟槽 ;内腔为喇叭口状 , 外部 2 道循环槽与 底槽相连 ;套铣头工作面铺焊 YD 合金 。 其特点 :可 自动引入套损点下部套管 , 可以磨铣不规则鱼顶 , 避 免了下部套管的工程破坏 , 保证鱼头规则不丢失 。 1 .2 封隔器及扶正器处理技术
图 5 固井时油层 保护示意图
铣过程中管柱主要承受转盘传送的扭力 、中和点以 上的拉力 、中和点以下的压力 、管柱受压弯曲公转造 成的交变应力 、套铣头不均匀负荷造成的冲击负荷 以及管柱内外压差造成的挤应力 。通过套铣管柱的 受力分析 , 建立了动力学模型
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Hale Waihona Puke 2-(1)对扣补接 。若套损部位处理时采用倒扣的 方法 , 井内留有母扣且完好无损 , 则采用对扣补接 。 将新套管串公扣表面涂抹单组分硅胶 , 形成一个保 护层 , 对扣时 , 随着丝扣的旋入 , 保护层逐渐剥离 , 洗 刷丝扣 , 从而保证丝扣的清洁 、密封 、防腐 。
(2)封隔器式补接 。若套损部位的处理采用的 是切割的方法 , 井内补接处是留下的刀口或倒扣后 的公扣 , 则采用封隔器式自封补接技术补接 。 1 .5 .2 补接固井技术 该方法适用于钻开油层等 需要固井的情况 。 由于油层部位取套采用 290 mm 钻具结构 , 井眼大 , 环空间隙大 , 影响固井质量 , 为保 证固井质量研究应用了以下技术 。
第DO I26:1卷0.13第6393/j期.od pt . 2004 .0 3.0 10 石 油 钻 采 工 艺 Vol .26 No .3 2004 年 6 月 OIL DRILLING &PRODUCTION TECHNOLOGY June 2004
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碰压装置一同捞出 , 设计碰压压力为 15 MPa , 打捞 胶塞上提拉力不大于 60 kN 。
石油钻采工艺 2004 年 6 月(第 26 卷)第 3 期
图 2 补接 套管串管柱
图 3 旋流 发生器结构
图 4 多功能套管连接器结构
1 .6 过油层取套保护油层技术 1 .6 .1 套铣过程油层保护 完成套损井段整形后 , 采用丢手封隔器下部连接加固管的方法对该井段进 行丢手加固 。采用该管柱既完成了对断口的示踪加 固 , 又封闭了钻井液流入下部非套铣井段的通道 , 保 护了油气层 。 1 .6 .2 固井时油层保护 新旧套管补接后先在套 管鱼头下部下入 63 .5 mm 油管做支撑管柱 , 然后 投入 2 个软 胶塞 , 用泵 送至油管顶部 , 密封下 部油 层 , 在打水泥浆结束后 , 投入软胶塞以刮除井壁残余 水泥 , 并避免替挤液与水泥浆混浆 。 固井后候 凝 3 d , 钻掉胶塞和水泥塞 , 捞出支撑管柱 , 如图 5 所示 。 1 .7 套具防卡技术 1 .7 .1 套铣工况下管柱动力学模型 研究认为套
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(1)
J 0 =π(D 4 -d4)/ 32
(2)
式中 , QT 为管柱允许扭矩 ,N·m ;J 0 为管柱横截面积 惯性矩 , cm4 ;D 为管柱外径 , cm ;d 为管柱内径 , cm ;
Y m 为抗拉屈服极限 , kPa ;SF 为安全系数 ;p 为拉力 , N ;A 为横截面积 , cm2 。
大庆油田 139 .7 mm 套管井深部取换套技术
刘国军 兰中孝 田友仁 余 龙 艾教银 (大庆油田有限责任公司井下作业分公司 , 黑龙江大庆 163453)
摘要 取换套技术是目前最彻底的修井技术 。 系统介绍了套铣套管封隔器和 管外扶正器 技术 、小通径套损 井 的套铣引入防丢鱼技术 、新旧套管补接及固井技 术 、过油层取套保护油层技术 、套具防 卡技术等新 技术 。 研究应 用 以上技术 , 大庆油田深部取换套成功率达到 94%, 取套 深度达 到 1000 m, 卡套 铣钻具 事故发 生率降低 到 1%以下 。 通过介绍 1 口典型取套井的施工过程 , 说明了取换套技术在大庆油田的具体应用情况 。
关键词 取换套管 封隔器 扶正器 固井 油层保护 套具防卡
大庆油田经历了 40 余年高速开发 , 截至 2003 年底 , 套管发生损坏的油气水井数近 10 000 口 。 随 着近年油田开采形势的 发展 , 套损 问题日趋严重 。 取换套技术是修复套损井最为彻底和有效的方法之 一 , 大庆油田在取换套工艺的各个环节都开展了广 泛的研究 , 形成了以套管封隔器和管外扶正器套铣 技术 、小通径套损井套铣引入防丢鱼技术 、新旧套管 补接完井技术 、油层保护技术 、固井技术和套具防卡 技术为特色的 139 .7 mm 套管井深部取换套技术 。
(2)完善补接套管串结构 。 为提高固井质量 , 设计了补接套管串 , 如图 2 所示 。 主要有以下 3 个 方面 :一是在固井井段套管上每根加装 1 个扶正器 , 使套管居中 ;二是固井段加装了旋流发生器 , (如图 3 所示)通过旋流发生器改变上返液流的运行状态 , 使液流由原来的直线上升变为螺旋上升 , 提高了冲 刷及顶替效果 , 从而提高了固井质量 , 其结构如图 3 所示 ;三是应用了多功能套管连接器 , 如图 4 所示 。 这种多功能连接器主要由 5 部分组成 , 它是在原来 铅封补接器的基础上 , 增加了预设碰压装置 , 与新套 管串一起下入井内 , 打完水泥 以后 , 投 入可捞式胶 塞 , 用于顶替水泥 , 密封水泥通道 , 形成碰压 , 可捞式 胶塞上部 、下部都设有打捞头 , 下部打捞头用于抓捞 碰压装置的打捞腔 , 上部打捞头用于碰压后将之与
大庆油田为提高高压 、浅气层井的钻井固井质 量 , 1984 年以后长垣内部的新完钻井在标准层附近 设计有套管封隔器 。 由 于套损部位多 在标准层附 近 , 因此一般在套损井段 1 ～ 5 m 的范围内 , 既有错 断的套管和破碎的岩层 , 又有封隔器胶体和钢体叠 片及扶正器 。 在一些套损井上 , 封隔器本身就是套 损点 。对套管封隔器及扶正器采取外体套铣 、整体 打捞的处理原则 , 即先用 Ⅰ 型套铣头对外体进行扒 皮套铣 , 将其外径大于 185 mm 钢体和胶体全部套铣 掉 , 直至套铣到封隔器以下 5 m 左右 , 确保套铣后的 封隔器及扶正器残体在套铣筒内进行切割或倒扣打 捞。
