海洋石油-奥帝斯完井服务有限公司连续油管技术.doc

Hydra-Blast Pro是我公司从哈里伯顿引进的利用高压流体清除管壁积垢的新一代工具。其主要特点为： 利用流体压力的变化，通过棘轮装置改变冲洗头的角度，每次可以旋转30。 利用计算机模拟计算，通过多程并改变冲洗头角度达到冲洗整个360范围的生产管柱。 使用聚合物可以达到更有效的冲洗效果。 可根据需要更换喷嘴。 独立的井下马达及齿轮减速装置。功能测试管柱处理前 管柱处理后Coil Sweep技术是一种用于清洁大井眼、大斜度、水平井的连续油管新技术。大井眼、大斜度、水平井中有效地冲砂所涉及的工程和机械要求要比直井复杂得多，盲目地使用聚合物清洗和传统的经验法往往导致失败率增加和清洗效果不好。Coil Sweep是对于在大斜度井眼中一次性成功冲洗的综合方案，包括以下三个内容: 设计软件-泡沫设计及冲洗程序软件，实时监测软件，连续油管设计软件 专业的液体体系-液体体系种类繁多，对于配合正确的洗井液设计大有裨益 CoilSweep 工具-结合正确的设计, CoilSweep工具能帮助在大尺寸井筒内进行有效的除砂，包括在井下工具串周围造紊流。Cerberus连续油管模拟软件：Cerberus 是基于Windows平台的模拟软件，对于连续油管作业来说是极其重要的，它主要由管理和编辑、模拟程序、模型程序、报告以及其他工具几部分组成。通过它我们能够掌控油管动态变化、设计作业流程、实时跟踪连续油管作业进度等。ReelTrack 和 Achilles 用来计算油管寿命并绘出图表，有了它我们就能够在油管达到疲劳上限之前及时更换油管或者切除疲劳部分；Orpheus 用来计算油管在井下的遇阻深度、下压力、上提力以及受力分布范围等；Hercules 用来计算油管的破裂值、崩溃值、拉伸上限和压缩上限等；Hydraulic 用来计算从油管到井筒的所有位置的流量和压力；当和CTES Orion 数采系统一起使用时，Cerberus能够实时监控油管的工作状态。Cerberus模拟实例图： 悬重读数与深度关系图 井筒轨迹图 连续油管寿命图连续油管喷砂切割双管实验2012年4月10日和4月17日，我公司进行了两次连续油管喷砂切割双管实验，实验结果达到预期。 实验采取完全模拟实际切割作业注入器切割管柱待切割油管切割进行中切割结果连续油管喷砂切割技术管柱切割是井下处理事故时比较常见的作业，通常的切割方式主要有化学/爆破切割，机械式割刀切割及水力切割等几种，其中水力切割相对于其他方法来说具有切割范围大，无需使用危险化学品和爆炸物，以及可在水平井及大斜度井作业等优点。目前我公司可利用连续油管将携砂胶液通过喷嘴以高压形式释放以达到切割管柱的目的。下图显示的是 Hydra-blast 切割工具在 4”外径 2.25”内径的螺旋式钻铤内的切割作业，图片是在钻铤刚被切割后拍下的；整个切割作业持续了 20 分钟左右；虽然切割剖面有些粗糙，但是完成切割后，钻铤内外径没有产生任何毛刺及喇叭口变形（导致大部分打捞作业失败的关键部分）； 该项测试使用 1.8”切割头，使用 0.093”碳合金喷嘴；右图显示的是使用Hydra-blast工具切割 3.5”油管及侧面的电泵电缆的图片；其他例如爆破或化学切割等方式是不能完全切掉电缆的。作业所需设备：l连续油管设备：尽量使用大尺寸的油管，减少摩阻；l泵送设备：为作业提供稳定的低排量；l搅拌设备：用于均匀搅拌胶液；l混砂设备：能够均匀混砂的设备，要求砂比小；l过滤设备：保证配制胶液使用的液体干净；井下工具的使用：l标准工具串组合：尽量使用内径较大尺寸的工具，减少摩阻；l锚定装置：根据不同管柱选择合适的锚定工具，防止工具上下移动；l扶正器：根据不同管柱选择合适的扶正器，保证工具的居中，减少切割时间；lHydra-blast 高压冲洗工具：用于切割作业；l碳合金喷嘴：在常规作业中，使用 5-6 次后需要更换；l切割头：根据要切割管柱的尺寸，选择切割头尺寸，需要提前制作，使用 5-6 次更换；切割材料的使用：l砂子，胶液及添加剂喷砂切割作为一项连续油管新技术，有着成本投入小，作业时间短，效果显著等优势,有着非常广泛的市场前景；同时，我们在其他连续油管服务公司在踏进该服务领域之间完成了地面测试，并获得成功以及客户认可，填补了海油以及国内连续油管服务在该领域的空白，也是我们公司引进先进技术的一项重大突破。连续油管径向水射流技术应用的探讨摘要:连续油管径向水射流技术以零半径从现有井筒内径向钻入地层，主要用于注水井改善地层，老井、边际井、低渗透油气藏和煤层气开发的恢复或提高单井产量。使用径向射流钻分支井技术，利用连续油管起下工具，能在指定地层进行多分支井钻进，水平钻孔长度达到20米以上。而喷嘴的牵引能力和钻孔性能是影响水平钻孔长度及适应地层范围的关键因素。最后从实例中指出目前这种技术需要在现场改进的一些细节。关键词:连续油管，径向井，高速水射流，分支井，增产增注引言目前，我国东西部大部分油田储量属于低品位储量，东部大部分油田都已进入中后期开发。油田越来越老、低品位储量造成了多井低产，导致产能建设投资逐年增加，成本控制难度加大。为此，进一步研究和开发成本更低、能有效提高单井产量的技术，实现少井高产、降低吨油成本，意义重大。而侧钻井、水平井、分支井等复杂结构井是其中有效的技术手段。在连续油管高压水射流的基础上发展起来的径向射流钻井技术能获得最经济的效果。连续油管径向射流钻井技术能在井筒完成由垂直水平方向转向。这种技术使用高压水射流冲蚀地层钻孔,并利用高压软管作为送进喷管。高压软管的柔性能很好地适应小半径钻向。而使用的射流喷嘴尺寸小、无需钻压，并能提供牵引力，这样喷嘴不仅能适应狭小的钻向空间，同时也能满足较长水平孔钻井时喷管送进的需要。无需复杂的造斜、轨迹控制等操作，能在现有井筒内钻出多个径向分支井，能以更低的成本有效提高单井产量，连续油管径向射流钻井技术主要作为老井、边际井、低渗透油气藏和煤层气开发的一种经济有效的手段。【1】1径向射流钻井原理与基本工艺过程1.1径向射流钻井技术的原理 径向射流钻井技术的主要原理是使用射流泵将液体经连续油管送至井下，流体经喷射工具的喷嘴，高压势能转换成动能，产生高速射流，射流液以冲量做功射穿近井地层，形成一定直径和深度的射孔孔眼。【2】公式如下：（1-1）式中 为射流液的重率； g为重力加速度； 为喷嘴的截面积； 为射流液的速度。射流只要能够在喷射面上垂直形成的冲击力大于该材质的抗压强度时，就能产生切割效果。从理论上讲，这项技术即可以进行切割套管，开孔，也能冲蚀岩石，进行径向钻井，配套后续工艺，进而进行射孔压裂。在本文中，我们主要介绍径向射流钻井。在射流钻井的过程中，区别于冲击套管的柔性材料磨蚀，冲击岩石时产生的是脆性材料冲蚀。冲击初期，强大的冲击载荷产生的拉应力首先在岩石表面引起环状的赫兹锥形裂纹。在冲击的后期，沙砾开始卸载、离开岩石时，残余应力会形成一系列近似于与冲击表面平行的横向裂纹。这些横向裂纹延伸到岩石表面，引起破碎屑或称破碎坑。当冲击力大大超过岩石的破裂压力时，就能有效地切割和破碎岩石。在射流液冲击岩石产生裂纹的同时，射流液在水楔压力作用下挤入裂纹，起到延伸和扩展裂纹的附加作用，从而增加冲蚀破碎能力。【3】由伯努利方程（Bernoullis equation）原理，流体流线上任意两点的压力、势能、动能与位势能之和保持不变。我们在径向射流技术的应用中采取的就是改变地面泵压以及射流喷头喷眼的尺寸，来获取足够大的冲击力来冲蚀岩石。连续油管径向射流钻井技术中由于使用高压软管做喷管且钻井距离较长，喷管不能通过后续推力送进而必须依靠前端喷嘴的牵引拖动，所以使用的喷嘴必须具有自牵引能力，这种喷嘴分前向钻孔喷嘴和后向推进喷嘴两个部分。前向喷嘴利用高速射流钻入底层形成容许喷嘴喷管进入的导向孔；后向喷嘴利用高速射流产生向前的牵引力拖动高压软管实现送进，同时起到扩孔和辅助排屑的作用。【4】1.2径向射流钻井基本工艺过程径向射流钻井技术基本作业过程主要分四步,需要多次起下连续油管工具串。1.2.1下入导向器。用油管下入导向器并校深，必要时借助陀螺仪定向。1.2.2对套管钻孔。用连续油管下入套管钻孔工具串，到预定深度后钻头和万向接头在导向器内由垂直转向水平，起泵由螺杆马达驱动钻头对套管钻孔。套管钻穿后起出工具串。1.2.3对地层水平钻孔。用连续油管下入射流钻井工具串，到达预定深度后喷嘴和高压软管在导向器内由垂直转向水平，起泵利用喷嘴射出的高速射流切割地层钻孔，由连续油管控制送进速度。水平孔钻达预定深度后，起出射流钻井工具串。1.2.4导向器换向。用连续油管下入导向器换向工具，到达换向位置后进行换向操作。重复上述1.2.2,1.2.3进行下一个水平分支的作业。图2-12径向射流钻井设备及工具简介2.1常规设备 2.1.1连续油管 2.1.2带数据采集系统的控制房 2.1.3连续油管动力源系统 2.1.4注入器 2.1.5防喷器 图2-1所展示的是连续油管在海上现场作业情况,包括的设备有1.5”连续油管，控制房，动力源系统，注入器与防喷器。2.2射流工具图2-22.2.1导向器2.2.2换向器在本次现场作业中使用的换向器是专门设计并制造的,其设计思路主要在于使用连续油管滑套开关工具上提换向器芯轴,使其在换向轨道槽中运动,从而实现换向的功能。图2-2所示即为换向器。2.2.3套管钻孔工具串图2-3所示为套管钻孔工具及导向器。图2-3 2.2.4换向器换向工具串图2-4图 2-5 2.2.5射流钻井工具串图2-5所展示的就是射流钻井用喷嘴。如前文所述，由于连接连续油管工具串与喷嘴的高压软管无法靠后续推力前进，所以必须由前段喷嘴产生自牵引力拖动。这种喷嘴分前向钻孔喷嘴和后向推进喷嘴两个部分。前向喷嘴利用高速射流钻入底层形成容许喷嘴喷管进入的导向孔；后向喷嘴利用高速射流产生向前的牵引力拖动高压软管实现送进，同时起到扩孔和辅助排屑的作用。而高压软管在径向井孔道中前进，必然产生摩擦阻力。这样径向射流能否成功，或者说最大钻进深度的计算，必然满足以下条件：【5】【6】a) 喷嘴的牵引力至少能拖动进入水平段得高压软管；b) 前向喷嘴能钻出导向孔，并在给定地层条件下达到一定的钻进速度；c) 泵工作压力不能超过限制。由此,喷嘴的牵引力F计算式如下： （2-1） 式中 前、后向喷嘴的流量； 、 前、后向喷嘴的射流速度； 前、后向喷嘴的射流倾角。而喷嘴牵引力F必须大于高压软管在孔道中的摩擦阻力，即（2-2）式中f 高压软管在孔道中的摩擦阻力； 管体与孔壁的摩擦系数；L 高压软管钻进的长度； 软管在液体中的单位重力。3现场应用及数据分析图3- 1 以我们最近进行径向射流钻井作业的井作为范例，由于井况复杂，所以现场出现的问题，需要就地解决，这些解决方案虽然比较粗糙，但为我们后续的作业提供了不少值得借鉴的东西。图3-1为试验井的测试管柱图。 本次的实验井是一口产能比较充足的产油井，为防止出现地层出液，原油污染流程的情况，所以在测试管柱3020.70米处安装有一个 LPR-N阀。在作业前期，由于没有考虑到这个N阀开启时，上下压差对高压软管的影响，甚至出现了连续油管被卡的现象。这一情况在下文中会有详细的介绍。考虑到要保证3134.71米处换向器在换向过程中靠重力向下运动改变方向，所以在换向器下增加了两根2-7/8油管，后来的作业情况证明这个细节为检测换向作业成功与否提供了依据。另外在这次试验中主要测试径向射流钻井技术，所以减少了套管钻孔的步骤。采用了在裸眼井中径向射流钻井的工艺。3.1径向射流现场作业3.1.1连续油管射流工具下井操作 在连续油管射流工具下井的情况下,由于我们所选用的Packer公司的高压软管本身无法保证其垂直的状态，所以就需要在下入的过程中保持地面泵入的压力，使喷头在下入过程中对软管产生拖拽的效果。所以在下入的过程中，我们一直保持着3000PSI的泵压，这样既保证软管的拖拽状态，又尽量减少了喷头在正常射孔钻进前的磨损。3.1.2开关井下N阀前后的操作注意事项 由于此次作业的井况比较复杂，井下产油层压力较高，为防止溢油，所以采用了连续油管工具串到达采油层前，井下N阀关闭，到达N阀以上后再打开的措施。在N阀开启前后，由于前期未遇到过类似情况，出现了高压软管被井下突然上涌液体托举的情况，造成第一次下井软管缠绕连续油管，最终卡在油管与连续油管之间的情况。 出现这种情况后，在相关步骤的操作上进行了改进。主要的改动在于，开启N阀前，停止下入连续油管。开启N阀以后，首先上提连续油管一段距离，待井下压力稳定以后再继续下入连续油管。采取了这种步骤以后，像连续油管遇卡的情况就不再出现了。3.1.3可滑动式加重杆 该随连续油管射流工具串下井工具，是现场作业时临时设计加工并添加的。其主要作用在于保持高压软管的垂直状态。这个工具的设计思路在于高压软管的外径要小于喷头外径，这样加重杆就能在高压软管处自由滑动而不会落井。3.2径向射流钻井数据分析图3-2 图3-2所示，为本次作业的数据图，图中a为地面泵压，b为井口压力，而c为连续油管悬重指示。从图上看，径向井射流钻进过程从19:05开始到19:29结束，总共花时24分钟，钻进深度为23米，平均钻进速度为0.95米/分钟。整个钻进过程可以分为4个部分： 图上所指的阶段1，是射流喷头刚进入导向器，这时地面提高泵压，准备射流钻进。 到阶段2时，压力曲线上出现了一个较大的增加，这个时候是喷头经过导向器造斜部分，我们可以从上文图2-3中看到，造斜部分呈问号形状。由于在喷头经过这一形状位置时射流受阻，所以出现压力陡增。 当曲线到达阶段3时，这时喷头已经穿过造斜部分，与地层水平。这时压力就降了下来。 而阶段4这个部分，就是喷头正常钻进地层的阶段。在这个阶段，泵压变化基本保持一个较小的波动状态，而连续油管继续缓慢下入不出现憋压的情况，这就是最理想的径向射流钻井曲线。当连续油管带着高压软管下入时，由于喷头的后向喷嘴对软管的拖拽作用，使软管向射流钻孔中爬行。喷头前向喷嘴靠近岩层，由于岩层对射流液的阻碍作用，地面泵压就会有上升的幅度，但同时射流液又冲蚀破坏岩层，这种阻碍作用减小，地面泵压又会下降。实际上，这一个步骤在整个钻进的过程中是不断出现的，如果我们从更短的时间轴来看泵压曲线的话，我们会发现近似为一个振动曲线。当径向钻进的曲线处于这个阶段的时候，我们就认定为正常钻进。3.3关于导向器换向作业图3-3在成功射流钻进一个径向孔以后，我们必须对井下导向器进行换向，这样才能实现在同一个深度多分支径向井的目标。在实际的作业中，成功换向主要由连续油管悬重指示的瞬间变化来判断。从图3-3中，我们可以看到当连续油管到达预定位置，进行上提活动时，4:29:30至4:29:40这10秒之间，出现了一个明显的悬重上升陡降的现象。因为换向器芯轴及其以下的导向器部分重量相对较轻，我们设计测试管柱时添加了两根2-7/8油管来增加重量，这样的设计也使连续油管悬重在换向时的变化幅度增大，便于确认。根据对换向器的设计，上提心轴，改变45的方向，芯轴自身下落，由改变45角，这样在作业中就实现了一次起下连续油管，导向器方向转动90的结果。4径向射流钻井试验总结径向射流钻井技术可以利用换向器设计，来实现同一深度多分支井的钻进。而使用上提下放管柱，实现短时间内多层作业，比较传统工艺大大节省了时间成本。另外由于是以柔和的方式实现油层的深穿透射孔，扩大有效井眼直径，可以有效地减少地层油流阻力和压降