沖洗驗(yàn)封一體化技術(shù)的研究與應(yīng)用

李文濤， 修海媚， 鞏永剛, 徐振東， 向英豪

(1中海石油(中國)有限公司蓬勃作業(yè)公司 2中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司)

蓬萊油田是中國海域目前發(fā)現(xiàn)最大的一個(gè)油田，位于渤海海域的中南部，西北距塘沽約216 km，東南距蓬萊市約80 km。蓬萊油田范圍內(nèi)平均水深27～33 m。蓬萊油田是一個(gè)石油地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)數(shù)億噸級(jí)別的大油田[1]，目前年產(chǎn)油量可達(dá)500多萬噸。隨著油田開發(fā)的進(jìn)行，許多老井在生產(chǎn)過程中逐漸暴露出諸如出砂、封隔器密封失效等問題，無法滿足分層開采或注水的要求。本文主要在蓬萊油田修井作業(yè)中現(xiàn)有的沖洗及驗(yàn)封工藝基礎(chǔ)上，對(duì)工具重新設(shè)計(jì)和優(yōu)化，研制出了一套新型的沖洗驗(yàn)封一體化工具，并在蓬萊油田成功應(yīng)用。

一、研究背景

渤海油田大部分井采用的分層開采及分注管柱。封隔器的可靠性決定著大部分油、水井能否正常生產(chǎn)，絕大部分分層開采管柱失效都是由于封隔器密封筒或者膠皮損壞引起的[2]。在注水井換管柱、生產(chǎn)井轉(zhuǎn)注、生產(chǎn)井分采等作業(yè)中，如要保證分層注水或分層開采，必須采取沖砂洗井、封隔器密封筒及膠皮驗(yàn)封等措施。

傳統(tǒng)的防砂管柱內(nèi)沖洗、驗(yàn)封的作業(yè)方法是一趟鉆沖洗、一趟鉆驗(yàn)封。隨著總公司“降本增效”的號(hào)召，公司技術(shù)人員在常規(guī)做法下技術(shù)革新，創(chuàng)新研制了“沖洗、驗(yàn)封一體化管柱及工具”，可一趟管柱完成全井筒沖洗和井下不同層位的驗(yàn)封作業(yè)，一改以往下兩趟管柱的作業(yè)程序，縮短了一趟鉆的作業(yè)工期，節(jié)省了作業(yè)成本。

二、傳統(tǒng)沖洗驗(yàn)封工藝

傳統(tǒng)的沖洗、驗(yàn)封流程一般分為兩趟鉆，一趟鉆沖洗，一趟鉆驗(yàn)封。

沖洗管柱組合：?127 mm或?88.9 mm鉆桿+變扣+ ?73 mm EU油管+斜口引鞋。

驗(yàn)封管柱組合：?127 mm或?88.9 mm鉆桿+變扣+?152.4 mm定位密封+ ?73 mm EU油管+ ?120.65 mm插入密封+ ?73 mm EU油管+引鞋。

以往作業(yè)時(shí)，沒有專用的防砂封隔器驗(yàn)封工具，都是憑借作業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)，用完井防砂服務(wù)工具和插入密封等工具拼湊出驗(yàn)封管柱。功能有一定的局限性，驗(yàn)封不全面，性能不可靠。而且也沒有專用的沖洗工具，都是用引鞋替代，只可向下沖洗，無法實(shí)現(xiàn)全方位沖洗，效果不理想。

三、沖洗驗(yàn)封一體化技術(shù)簡介

1. 沖洗驗(yàn)封一體化工具介紹

面對(duì)傳統(tǒng)的沖洗、驗(yàn)封工具在作業(yè)時(shí)效和驗(yàn)封效果方面的缺陷，技術(shù)人員集思廣益，經(jīng)過重新設(shè)計(jì)工具，優(yōu)化管柱組合，創(chuàng)新研制出一套沖洗驗(yàn)封一體化技術(shù)。

一體化管柱組合：?127 mm鉆桿或?88.9 mm鉆桿+變扣+?152.4 mm定位密封+變扣+ ?73 mm EU倒角油管+ ?120.65 mm插入密封+驗(yàn)封短節(jié)+ ?73 mm油管短節(jié) +負(fù)荷顯示器+球座短節(jié)+高壓旋轉(zhuǎn)沖洗頭，如圖1所示。

圖1 一體化管柱結(jié)構(gòu)圖

該管柱的連接扣型均為API 標(biāo)準(zhǔn)扣型，整體管柱內(nèi)部有液體流道，各部份工具介紹如下：

(1)驗(yàn)封短節(jié)。驗(yàn)封短節(jié)是本次研制出的新型驗(yàn)封工具，驗(yàn)封短節(jié)中部帶有兩個(gè)壓力測(cè)試孔，測(cè)試孔上下各有一道密封模塊，驗(yàn)封短節(jié)上部帶1個(gè)插入密封，如圖2所示。

圖2 驗(yàn)封短節(jié)結(jié)構(gòu)圖

(2)負(fù)荷顯示器。當(dāng)負(fù)荷顯示器通過井內(nèi)封隔器密封筒時(shí)，可觀察到指重表懸重變化(backer 50～70 kN/halliburton 20～30 kN)。上提鉆具，負(fù)荷顯示器作用時(shí)，可根據(jù)驗(yàn)封管柱和防砂管柱的配管數(shù)據(jù)，可判斷驗(yàn)封管柱和防砂管柱的相對(duì)位置，以便準(zhǔn)確定位，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 負(fù)荷顯示器結(jié)構(gòu)圖

(3)球座短節(jié)。驗(yàn)封作業(yè)結(jié)束準(zhǔn)備起管柱前，可打壓15 MPa 剪切球座后建立循環(huán)通道，起鉆，如圖4所示。

圖4 球座短節(jié)結(jié)構(gòu)圖

(4)高壓旋轉(zhuǎn)沖洗頭。針對(duì)傳統(tǒng)沖洗工具只能進(jìn)行徑向沖洗的弊端，研制出高壓旋轉(zhuǎn)沖洗頭。該沖洗頭有不同方向的噴嘴，在高壓沖洗液(最大排量可達(dá)72 m3/h)的作用下，可360°旋轉(zhuǎn)沖洗側(cè)面的管柱內(nèi)壁，同時(shí)徑向噴嘴沖洗管柱下部雜質(zhì)，以便達(dá)到全方位沖洗完井管柱內(nèi)部的要求；并且下鉆過程中，根據(jù)需要隨時(shí)開泵沖洗，如圖5所示。

圖5 高壓旋轉(zhuǎn)沖洗頭結(jié)構(gòu)圖

2.沖洗驗(yàn)封一體化技術(shù)原理

沖洗驗(yàn)封一體化工具，主要由驗(yàn)封短節(jié)、負(fù)荷顯示器、球座短節(jié)、高壓旋轉(zhuǎn)沖洗頭組成，實(shí)現(xiàn)了一趟管柱完成沖洗及驗(yàn)封的過程。

通過高壓旋轉(zhuǎn)沖洗頭噴射出的高壓旋轉(zhuǎn)液流，對(duì)防砂管柱內(nèi)壁進(jìn)行360°全方位的沖洗，能有效清理附著在內(nèi)壁的地層砂及雜質(zhì)，保證管柱內(nèi)壁的清潔，為后續(xù)驗(yàn)封作業(yè)及分層開采或生產(chǎn)提供必要條件。

新型研制的驗(yàn)封短節(jié)替代了傳統(tǒng)的驗(yàn)封工具，能同時(shí)對(duì)防砂封隔器密封筒及膠皮進(jìn)行驗(yàn)封作業(yè)，當(dāng)壓力測(cè)試孔位于封隔器密封筒時(shí)，可開泵正打壓驗(yàn)密封筒(如圖6所示)。當(dāng)下放管柱一定距離，壓力測(cè)試孔出密封筒后，可開泵正打壓觀察有無返出情況驗(yàn)證封隔器膠皮(如圖7所示)。該驗(yàn)封短節(jié)配合負(fù)荷顯示器使用，能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，準(zhǔn)確驗(yàn)封，相比于傳統(tǒng)的工具，驗(yàn)封效果更顯著，驗(yàn)封結(jié)果更可靠。

圖6 封隔器密封筒驗(yàn)封位置

圖7 封隔器膠皮驗(yàn)封位置

3.現(xiàn)場操作程序

(1)按照一體化管柱組合鉆具。

(2)連接工具井口檢測(cè)。在鉆臺(tái)測(cè)試工具，開泵，緩慢增大排量至1 m3/min，觀察工具沖洗及旋轉(zhuǎn)情況。

(3)將沖洗驗(yàn)封管柱下入至頂部封隔器以上，開泵循環(huán)，加大排量至1 m3/min進(jìn)行沖洗作業(yè)。為保證沖洗效果，控制下鉆速度不超過1 m/min(可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際調(diào)整)；沖洗驗(yàn)封管柱最終下放沖洗位置為最下部橋塞位置；下放過程中，當(dāng)驗(yàn)封工具進(jìn)入每個(gè)隔離封隔器密封筒前，停泵；下過密封筒之后再次開泵沖洗。每次下放遇阻，記錄遇阻位置。

(4)沖洗過程中，測(cè)試并記錄不同排量下的地層漏失數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)可用于后續(xù)驗(yàn)封膠皮時(shí)，采用合適的泵排量。

(5)沖洗結(jié)束后，測(cè)試上提/下放噸位。下放管柱使定位密封坐于頂部封隔器內(nèi)，環(huán)空打壓10 MPa×10 min驗(yàn)證頂封和套管密封性。

(6)環(huán)空驗(yàn)封結(jié)束，提出定位密封。繼續(xù)上提當(dāng)驗(yàn)封工具接近最底部一個(gè)隔離封隔器，緩慢上提沖洗管柱，觀察管柱懸重變化，當(dāng)懸重增加1～3 t時(shí)，同時(shí)根據(jù)配管位置，進(jìn)一步確定驗(yàn)封工具位置，此時(shí)驗(yàn)封短節(jié)位于隔離封隔器下端0.1 m處；繼續(xù)上提管柱一定距離，壓力測(cè)試孔進(jìn)入隔離封隔器密封筒內(nèi)，記錄相應(yīng)位置。

(7)投球，20～30 L/min排量循環(huán)送球，注意觀察立管壓力變化，壓力升高后小排量到10 MPa穩(wěn)壓10 min，如果壓力不降(或者壓力降低小于5%)，可以認(rèn)為密封筒密封可靠；如果不能穩(wěn)壓，上提小段距離(傳壓孔需一直處于密封筒內(nèi))，再次打壓驗(yàn)封至合格。

(8)驗(yàn)密封筒結(jié)束后，根據(jù)配管位置，下放小段距離，此時(shí)壓力測(cè)試孔位于密封筒下部，鉆桿內(nèi)正打壓開泵，泵壓不超過7 MPa(防止球座剪切)，觀察環(huán)空不返出液體即證明隔離封隔器膠皮密封性良好。此時(shí)驗(yàn)封短節(jié)上部的密封模塊在密封筒內(nèi)，如果密封筒由于腐蝕等原因失效，開泵正打環(huán)空會(huì)見到返出。

(9)上提鉆具至上一層管柱位置，繼續(xù)驗(yàn)封，重復(fù)(5)～(7)步驟，驗(yàn)封所有隔離封隔器及密封筒；全部驗(yàn)封完成后，打壓12～18 MPa，剪切球座，壓力迅速降為0 MPa，上提管柱起鉆，拆甩沖洗驗(yàn)封鉆具。

四、應(yīng)用實(shí)例及經(jīng)濟(jì)效益

沖洗驗(yàn)封一體化管柱及工具研發(fā)成型后，在蓬萊油田8口井成功應(yīng)用，使單井工期節(jié)省一趟鉆時(shí)間至少24 h，大大提高了作業(yè)時(shí)效(單井時(shí)效提升17%)，單井節(jié)約成本20多萬元(模塊鉆機(jī)及全部作業(yè)人員日費(fèi))。

一體化技術(shù)可應(yīng)用于很多常規(guī)的井下作業(yè)，如：注水井換管柱、生產(chǎn)井轉(zhuǎn)注、生產(chǎn)井分采等作業(yè)中，在整個(gè)渤海油田乃至國內(nèi)各大陸地油田的井下作業(yè)過程中，皆可使用，應(yīng)用前景廣泛，節(jié)約作業(yè)成本可觀。

五、結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)新技術(shù)的應(yīng)用，通過沖洗、驗(yàn)封等方法，保證井下各層封隔器的密封性，保證了油藏精細(xì)化分層注水、分層開采的目的，達(dá)到增產(chǎn)增注的效果。

(2)研制出的驗(yàn)封工具、高壓旋轉(zhuǎn)沖洗頭以及整套管柱組合，是一次從無到有的創(chuàng)新過程，取代了傳統(tǒng)工具?，F(xiàn)場應(yīng)用也取得顯著效果，實(shí)現(xiàn)了“降本增效”。

(3)沖洗驗(yàn)封一體化技術(shù)工藝操作簡單，工具性能可靠實(shí)用。投入使用后大大提高了作業(yè)時(shí)效，經(jīng)濟(jì)效益可觀，適合在全渤海油田以及陸地油田推廣使用。

[1]郭太現(xiàn)，劉春成，呂洪志，等．蓬萊19-3油田地質(zhì)特征[J]．石油勘探與開發(fā)，2001，28(2)：26-28.

[2]趙勇，高國強(qiáng)，付路長，等．可驗(yàn)封管柱的研制與應(yīng)用[J]．石油機(jī)械，2007，35(8)：51-52.