中石化华北石油工程有限公司井下作业分公司 河南省郑州市 450000
摘要:水泥塞广泛应用于油气井的开发过程中,根据水泥塞的用途可分为完井水泥塞、试油水泥塞、封井水泥塞、堵漏水泥塞、侧钻水泥塞等。从类型上分为暂闭水泥塞和永久水泥塞两种。在页岩气井中,水泥塞主要用于暂闭某一井段,便于井筒试压或更换井口等作业,之后需要钻除井内水泥塞,满足后续射孔、压裂作业需要;在油气井测试阶段水泥塞主要用于封堵下一层段,实现上一层段的测试作业,测试后需要钻除水泥塞,测试投产;在修井阶段,水泥塞主要用于回填某一井段或封闭废弃井,修井后,也可能需要钻除水泥塞。
关键词:连续油管;钻磨;水泥塞技术;
引言
随着我国石油产业的快速发展,连续油管作业凭借其成本低、安全高效、操作便捷等优点,解决了许多常规开采作业技术难以解决的问题,在钻井、修井、完井、油气开发等作业领域得到广泛应用。随着连续油管技术的发展,与之相配套的井控装备也发展迅速。连续油管闸板防喷器作为保证作业安全的核心装置,具有封闭井口、密封、悬挂、剪切等功能,在出现井喷、井涌等紧急情况时,为控制井内压力提供安全保障。
1连续油管技术概念
新时代背景下,石油企业在油田开发方面需要设置新目标,连续油管技术由于应用效果良好,得到了诸多企业的重视与运用,相关设备被称之为挠性油管,材料为低碳合金钢。对于连续油管而言,由于极高的挠性,能够顺利实现不同的塑性形变,进而在高韧性的作用下,完成各类井下操作,有利于井下作业效率的提高。同时,连续油管涉及许多管径规格,诸如25.4mm、38.1mm、50.8mm等,屈服数值强度主要在55~120kPsi范畴中。并且连续油管长度一般为几千米,存储在滚筒上,可以根据不同需求选用相应长度的连续油管设备,与传统螺纹连接油管相比,具备更大的发展优势,所以现阶段连续油管在油田开发阶段的应用十分广泛。
2钻磨水泥塞风险
2.1遇卡
连续油管钻磨水泥塞主要风险是遇卡,主要表现在如下几个方面:1)水泥未凝固卡钻,井筒内、外水泥浆凝固时间存在差别导致卡钻,俗称“插旗杆”。2)钻磨速度较快,导致尺寸较大的钻屑上返困难,钻屑沉降卡住工具串。3)钻磨排量偏小,流速降低,导致上返速度不够,不能带出水泥屑而沉降堆积卡住工具串。4)钻磨遇漏失层,钻磨液部分进入地层而不能沿着井筒返出,这样导致水泥屑沉降遇卡。5)钻磨液与水泥屑混合而产生团状物,不能返出而附着在工具串上。6)泵注设备故障,导致钻磨中断,循环停止,无有效的液体返出而带出水泥屑。
2.2井控、安全风险
井控、安全风险主要表现在如下方面:1)钻磨期间水泥屑返出不畅,导致井下管串被埋。2)圈闭压力突然释放造成井控装置密封失效。3)钻磨水泥塞后的返排液呈碱性,倘若未经处理循环使用,腐蚀连续油管、泵注流程。
3工艺优化措施
3.1水泥浆的防腐机理
水泥浆防渗机理引入水泥浆防腐机理,只要能保证水泥浆的防渗效果,系统中添加防腐材料,保证水泥浆凝固时不会被气体腐蚀,并具有防腐性能为了检测并比较防污物污泥、纯水泥和污泥系统与防污物材料的防污物性能,根据API规范选用并制造普通防汽微硅污泥。水泥石以3cm×3cm块成型,各块的体积和重量以及水泥石的耐压性均得到验证,并在防腐仪器中按试验温度操作,达到试验年龄后将二氧化碳压力调整为试验压力。
3.2夯实设备生产基础
在油田作业的过程中,可能会出现危险事故,且连续油管技术作用的发挥对专业性要求较高,并要求严格遵循相关规范操作设备。凭借先进设备开展油田井下作业,可以促进整体效率的提高,为作业人员创建安全的工作环境。现阶段,我国部分石油企业为了能够缩短施工时间、减少成本、提高盈利,加强了对施工技术及工艺的创新,但在设备制造上尚存在诸多问题,进而在实际井下作业中产生了设备短缺的情况。对此,石油企业应重视对连续油管技术的运用,夯实设备基础,促进相关设备生产力的提高,在资金投入方面做出一定调整,以让所生产的设备设施能够让我国发展要求得到满足,并促进设备使用性能和质量的提升,确保连续油管技术的有效实施。
3.3工具优选
井下工具优选主要包括如下几个方面:1)钻头,位于工具的最低端,是钻除水泥塞的关键部件,其性能的好坏直接影响施工安全及作业效率。钻头用来破碎岩石/水泥塞、形成井眼,根据破岩机理,钻头主要分为牙轮钻头和PDC钻头。牙轮钻头主要用于钻除硬地层,PDC钻头因其耐磨性高,多用于软地层或中等硬度地层,考虑到水泥塞的性能,首选PDC钻头。选用井眼内径95%左右尺寸的PDC钻头。2)螺杆马达,属于一种容积式马达,采用液力联轴节效应不会因憋停而损坏;转子的同心旋转降低了振动和钻头的振颤,提高钻井效率,减少井下工具的磨损。顶端带有防坠落装置,防止在作业期间工具落井。3)震击器,具有上击和下击两种功能的上下双向震击器,当磨铣不彻底导致水泥屑沉降遇卡时,通过震击器产生的上、下两个方向的附加震击力,辅助解卡。另外可增加管柱的蠕动,提高钻磨效率。4)水力振荡器,产生压力脉冲,产生温和的蠕振动(一般地蠕动振幅为3~10mm,频率范围10~20Hz,最大冲击力50kN,工具压耗2.5~4.5MPa)。该工具产生了周期性的轴向力。进而改变钻柱与井壁之间的摩擦状态,达到振动减摩的效果。对于长水平段、上倾井、狗腿度较大等连续油管下入困难的井,需要使用该工具。
3.4合理制定施工规划
油田井下作业涉及一定的危险性,若操作不慎极易发生安全事故,所以相关企业需重视对井下实际状况的全面分析,根据连续油管技术操作需求,规划井下作业,明确运用连续油管技术的设备、技术路线等,科学预估可能会产生的不同情况,制定相应的解决方案,确保连续油管技术能够在油田井下作业的过程中发挥出应有的作用,避免出现采油安全事故,促进井下采油作业效率以及采油量的提高。同时,在井下采油中,应分析整体作业需求,落实好工程规划工作,深入探究开采区域的地形状况,立足于连续油管技术需求、现阶段技术操作能力,明确工程规划重点,避免出现由于不合理规划引起采油作业停工,威胁采油作业安全性,向井下作业提供安全、高效的保障。
3.5优选加重材料
为了解决高密度水泥浆流动性与矿床稳定性之间的冲突,水泥浆因粒状微锰矿而加剧。流动过程中颗粒之间的摩擦表现为滚动摩擦,这可以大大提高泥浆的流动性,因为矿粒是球形的,从而增加了颗粒密度和球形颗粒之间的摩擦系数。因此,微型锰矿加剧的高密度水泥浆的流动性和沉积稳定性有所改善,可以大大降低高密度水泥浆泵输送过程中的循环压力消耗,降低高安全密度井泄漏的风险。
结束语
连续油管钻磨水泥塞作业风险较大,对工具选择及过程控制要求较高,要保证钻磨水泥塞的安全,需要重点做好如下几点:1)钻磨水泥塞的工具应选择PDC钻头、双向震击器等。2)工作液应满足低摩阻、高携砂能力,pH值7~9。3)钻磨排量应满足水泥屑返出的要求,Φ50.8mm连续油管在Φ139.7mm套管中钻磨排量不得低于345L/min。4)对于圈闭压力处的水泥塞,应控制井口合适的回压以保证井控安全。5)钻压控制,根据水泥塞所处位置(直井段、水平段)在井口施加合适的下压力,避免连续油管受损。
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