套管外補(bǔ)貼技術(shù)及其在惠州油田的應(yīng)用分析

張偉國(guó)，艾 飛

(中海石油有限公司深圳分公司鉆完井部，廣東深圳518067)

0 引言

惠州油田的前身 CACT是由 CNOOC、Agip、Chevron和Texaco四家公司出資的合作油田，作為中國(guó)海洋石油第一批對(duì)外合作的油田，經(jīng)過(guò)20多年的開(kāi)發(fā)，很多老井因?yàn)樘坠芡暾詥?wèn)題不得不停產(chǎn)待修。這些存在完整性問(wèn)題的套管不僅包括生產(chǎn)套管，也包括技術(shù)套管和隔水管。以HZ26－1平臺(tái)20口井為例，存在各類(lèi)套管完整性問(wèn)題的油井多達(dá)7口。這不僅給油田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)帶來(lái)壓力，而且存在井控、溢油等安全隱患。目前主流解決方法有2種:一是跨越式封割器法，將破損套管部位通過(guò)上下2個(gè)封隔器隔開(kāi)，中間用油管連接來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)破損套管的隔離，這種措施修補(bǔ)效果受膠皮壽命影響較大，而且會(huì)犧牲井眼尺寸，這給電潛泵的下入尺寸和深度帶來(lái)諸多限制，影響了油井產(chǎn)量;另一種是膨脹管法，用液壓或者機(jī)械力的方法使管材發(fā)生永久變形，從而達(dá)到增加套管內(nèi)徑的目的，但同時(shí)存在壁厚不均等缺陷。

筆者調(diào)研Logan公司的外補(bǔ)貼產(chǎn)品，結(jié)合惠州油田實(shí)際，設(shè)計(jì)了套管外補(bǔ)貼下入程序。將破損套管切割回收，下套管外補(bǔ)貼和新套管組合來(lái)回接割口，可實(shí)現(xiàn)套管第一次下入時(shí)的工作狀態(tài)。這種套管外補(bǔ)貼措施能保證原套管的強(qiáng)度和永久密封，保留了原套管的尺寸，對(duì)今后的作業(yè)無(wú)不良影響，而且還可以實(shí)現(xiàn)多層套管補(bǔ)貼。近年來(lái)，該技術(shù)有成功應(yīng)用在國(guó)外海上老油田的案例，在國(guó)內(nèi)尚無(wú)公開(kāi)報(bào)道，惠州油田應(yīng)用可屬首例。

1 套管外補(bǔ)貼技術(shù)概況

1．1 套管外補(bǔ)貼結(jié)構(gòu)

套管補(bǔ)接器由抓撈機(jī)構(gòu)及密封機(jī)構(gòu)2大機(jī)構(gòu)組成。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

抓撈機(jī)構(gòu):籃式卡瓦打撈筒，主要由頂部接頭、筒體、籃式卡瓦、控制環(huán)、引鞋等組成。

圖1 套管補(bǔ)貼內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

密封機(jī)構(gòu):由4個(gè)L形密封組成(根據(jù)壓力等級(jí))。有2個(gè)正向密封，2個(gè)反向密封，反向密封盤(pán)根未工作時(shí)，其唇邊被襯套保護(hù)著，以免被“落魚(yú)”損傷唇邊。當(dāng)井下套管推走襯套后，4個(gè)密封盤(pán)根的唇露出來(lái)緊緊貼在井下套管外壁起到封隔作用。

1．2 套管外補(bǔ)貼作業(yè)工序

完成套管完整性檢測(cè)、臨時(shí)棄井等前期準(zhǔn)備工作后，套管補(bǔ)貼作業(yè)按以下工序進(jìn)行(如圖2所示)。

圖2 套管補(bǔ)貼作業(yè)工序

(1)切割回收套管。根據(jù)試壓結(jié)果和套管表，確定切割深度(推薦割點(diǎn)距離上接箍3 m左右)。

(2)磨銑“魚(yú)頂”。根據(jù)回收上來(lái)的套管割口情況，磨銑“魚(yú)頂”，消除頂部毛刺。

(3)套銑外壁。消除外壁毛刺，模擬補(bǔ)貼下入情況。

(4)補(bǔ)接套管。將套銑筒換成套管外補(bǔ)貼，緩慢旋轉(zhuǎn)下入，進(jìn)入后禁止繼續(xù)下壓。

1．3 套管外補(bǔ)貼工作原理

當(dāng)帶著新套管的套管外補(bǔ)貼下放到井下套管頂部時(shí)，慢慢旋轉(zhuǎn)下放鉆柱，使井下待補(bǔ)貼套管通過(guò)引鞋進(jìn)入卡瓦。停止轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，緩慢下壓，通過(guò)補(bǔ)貼打撈卡瓦。井下套管通過(guò)卡瓦后，繼續(xù)上行推開(kāi)密封上的襯套，并使其頂著上接頭，則密封盤(pán)根唇全部張開(kāi)，完成抓撈。

完成抓撈之后，上提管柱，卡瓦咬住井下套管，筒體上行使卡瓦與筒體的螺旋錐面貼合。上提負(fù)荷越大，卡瓦咬井下套管越緊。同時(shí)，4個(gè)密封盤(pán)根封住套管與筒體空間。最后狀態(tài)如圖3所示。

圖3 套管外補(bǔ)貼前后示意圖

如果施工需要釋放脫手被抓住的井下套管，只要大力下?lián)?，然后慢慢右旋，上提管柱，即可脫手工具。下?lián)舻哪康氖鞘箍ㄍ呗菪婷撾x筒體螺旋錐面。右旋的目的是利用卡瓦與井下套管之摩擦力使卡瓦始終處于脹大狀態(tài)，便于退出井下套管。

2 套管外補(bǔ)貼在惠州油田的應(yīng)用

2．1 套管外補(bǔ)貼在HZ19－3－6井的應(yīng)用

破損原因:WST－1套管材質(zhì)存在缺陷。

臨時(shí)棄井:分別在1500和2500 m處下2個(gè)風(fēng)暴閥作為安全屏障，并在風(fēng)暴閥上方墊稠漿。

2．1．1 作業(yè)工序

(6)試壓10.3 MPa/15 min，合格。

(7)保持175 MPa預(yù)張力坐卡瓦，割套管，裝井口，回收風(fēng)暴閥。

2．1．2 復(fù)雜情況及應(yīng)對(duì)措施

盡管最終補(bǔ)貼成功，但是作業(yè)中仍然遇到以下幾個(gè)方面的困難。

(1)測(cè)井顯示套管割點(diǎn)環(huán)空有異物，懷疑是上返水泥，擔(dān)心套管切割后無(wú)法回收。措施:查詢(xún)?cè)脊叹當(dāng)?shù)據(jù)，不可能上返到該高度，回收回來(lái)套管外壁也沒(méi)發(fā)現(xiàn)水泥。

(2)起出部分受損套管，發(fā)現(xiàn)套管下部破損嚴(yán)重，而且呈螺旋狀(如圖4所示)。措施:將撈矛加長(zhǎng)7 m，盡可能深的插入套管，將二根套管一起甩，最后全部回收。

圖4 成螺旋狀破裂的套管

(3)切割如圖3所示破損套管單根時(shí)，易發(fā)生碎片晃動(dòng)、崩裂等安全隱患。措施:在割口附近打安全卡瓦，并用麻繩捆綁10 cm，有效防止碎片晃動(dòng)。

(4)打磨割口產(chǎn)生的金屬碎末落入風(fēng)暴閥內(nèi)閥，導(dǎo)致回收難度加大。建議:臨時(shí)棄井方案可改為，下面打水泥塞，上面坐可鉆式橋塞，并墊細(xì)砂在橋塞上方，鉆前循環(huán)干凈即可。

2．1．3 補(bǔ)貼效果

補(bǔ)貼套管后又進(jìn)行了重新射孔，日產(chǎn)油量從關(guān)停前的500桶變成為3200桶，穩(wěn)產(chǎn)半年，環(huán)空壓力無(wú)異常。

2．2 套管外補(bǔ)貼在HZ26－1－16井的應(yīng)用

破損原因:油井生產(chǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)年限，地層CO2含量偏高。

臨時(shí)棄井:在200 m打水泥塞，在250 m坐可鉆式橋塞，并在橋塞上方墊細(xì)砂。

2．2．1 作業(yè)工序

2．2．2 復(fù)雜問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施

(1)選用將原設(shè)計(jì)內(nèi)徑加厚到480 mm，提高受壓能力。受力如圖5所示。

最薄弱部位的內(nèi)徑ID=480 mm，外徑OD=513.8 mm，則最薄弱位置的截面積:

圖5 隔水管補(bǔ)貼完成后示意圖

采油樹(shù)及井口等裝置質(zhì)量按照200 t，σs=F/S=200×1000×9.8/0.021659=90.49 MPa，參考采用材質(zhì)AISI1018，即常見(jiàn)的20鋼抗拉強(qiáng)度σb=600 MPa，屈服強(qiáng)度 σs=450 MPa;參考采用材質(zhì) AISI4140，σb=1080 MPa，屈服強(qiáng)度 σs=930 MPa;參考采用材質(zhì) AISI4340，σb=1500 MPa，屈服強(qiáng)度 σs=1200 MPa。安全系數(shù)分別達(dá)到了5、10、12倍左右，完全滿(mǎn)足負(fù)載要求。

2．2．3 補(bǔ)貼效果

補(bǔ)貼套管后又進(jìn)行了重新射孔，日產(chǎn)油量從關(guān)停前的200桶變成為2100桶，穩(wěn)產(chǎn)3個(gè)月，環(huán)空壓力無(wú)異常。

3 結(jié)論與建議

套管外補(bǔ)貼在惠州油田的成功應(yīng)用，為海洋石油類(lèi)似套管問(wèn)題修復(fù)工作提供了實(shí)踐支持。通過(guò)對(duì)作業(yè)過(guò)程出現(xiàn)的復(fù)雜情況進(jìn)行深入分析，得出如下結(jié)論及建議。

(1)該套管外補(bǔ)貼一般適用于套管外無(wú)水泥封固的情況，因此作業(yè)前，測(cè)井不僅要確定套管破損位置，也要密切關(guān)注環(huán)空外水泥返高情況。如果遇到套管外有水泥的情況，理論上也可以進(jìn)行套銑后進(jìn)行補(bǔ)貼，但需要做套銑和其他方案的經(jīng)濟(jì)性比對(duì)。

(2)臨時(shí)棄井方式建議采用下部打水泥塞，上部坐可鉆式橋塞，并在橋塞頂部墊細(xì)砂和稠漿，這種棄井方式在實(shí)踐中被證實(shí)高效可行。

(3)切割后補(bǔ)貼前的割口打磨和套銑作業(yè)缺一不可。打磨是為了將割口修成45°斜坡，套銑是為了模擬補(bǔ)貼下入工況。如果不達(dá)標(biāo)建議重復(fù)操作至滿(mǎn)足條件為止。

(4)補(bǔ)貼完成后套管處于受拉狀態(tài)可以讓補(bǔ)貼密封更好，這一點(diǎn)經(jīng)歷了時(shí)間的考驗(yàn)。截止發(fā)稿時(shí)，該套管補(bǔ)貼技術(shù)在勝利油田和中海油陸豐油田均獲得成功應(yīng)用。

縱觀全球，對(duì)于補(bǔ)貼完成后需要承重的隔水套管補(bǔ)貼而言，跟蹤Logan公司出貨的20余套補(bǔ)貼應(yīng)用情況，還沒(méi)有文字記載成功的案例。因此，對(duì)于補(bǔ)貼完成后需要承重的補(bǔ)貼可靠性，還需要接受海涌、海生物等各種惡劣海洋環(huán)境及時(shí)間的挑戰(zhàn)!

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