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水平井作业技术 林勇中原石油工程公司2020年1月28日 水平井作业技术 一 水平井基础知识二 水平井作业设备及工具配套三 通井 刮削作业四 水平井射孔作业五 水平井注水塞作业六 水平井堵水作业七 水平井冲砂作业八 水平井打捞作业九 水平井钻磨作业十 水平井防掉管柱 国内 截止2009年6月 中石化共完成水平井2004口 其中胜利油田完成1391口 累产油超千万吨 2008年 中石油完钻水平井1005口 并在多分支井 大位移水平井等方面取得了重大突破 水平井最大水平段达6118m 水平井最大垂深6062m 水平井最大斜深10728m 多分支水平井总水平段长度达到11342m 技术指标 一 水平井开发概述 国内外水平井发展 一 水平井基础知识 近年来冀东油田大斜度大位移井不断增多 水平位移大于2000m井205口 水平位移大于2500m井55口 最大水平位移超过4km 正钻井NP13 1706近5km 大位移定向井指标 最大位移 4101m NP13 X1702 最大井斜 81 65 NP13 X1702 最大井深 5630m NP13 X1702 玄武岩最大厚度 1068m斜 368m垂 NP12 X168 大位移水平井指标 最大位移 4033m NP23 P2016 最大井斜 92 68 NP23 P2010 最大井深 6470m NP36 P3002 最高温度 172 5 NP23 P2002循环 近几年位移超过2Km和2 5Km井数量 一 水平井基础知识 一 水平井基础知识 垂深井眼走向上任一点到井口所在水平面的距离 称为该点的垂深 井深井眼轴线上任一点到井口的井眼长度 称为该点的井深 也称为该点的测量井深或斜深 如图中AF 水平位移井眼轨迹上任一点与井口铅直线之间的距离称为该点的水平位移 也称为该点的闭合距 造斜点开始定向造斜的位置 通常以开始造斜点的井深来表示 一 水平井基础知识 这种剖面井眼曲率变化平缓 施工难度小 达到的水平延伸段长 适用于油层埋藏深 水平位移大的井 钻具与井壁摩擦力小 该剖面属于大曲率半径水平井的一种 H 总垂深S 总水平位移Sz 水平延伸段L2 一次增斜段L3 稳斜段L4 二次增斜段 双增剖面 直井段 增斜段 稳斜段 增斜段 水平井段 垂直井段 增斜段 水平井段 中曲率半径水平井和小曲率半径的水平井均使用此种剖面 大曲率半径水平井也可使用此种剖面 圆弧单增剖面从垂直段至水平井段的斜井段长度可以减少 可用于油层埋藏深度较浅的井 这种剖面适用于大曲率半径水平井 变曲率单增剖面 一 水平井基本知识 一 水平井基础知识 一 水平井基础知识 一 水平井基础知识 水平井完井方式 水平井完井方式 一 水平井基础知识 一 水平井基础知识 一 水平井基础知识 一 水平井基础知识 工艺过程 下入完井管柱膨胀封隔器打开分级箍注水泥 关闭分级箍 一 水平井基础知识 一 水平井基础知识 一 水平井基础知识 二 水平井作业设备及工具配套 二 水平井作业设备及工具配套 1 技术准备 1 技术准备 二 水平井作业设备及工具配套 二 水平井作业设备及工具配套 2 施工设备 提升设备旋转设备循环设备 二 水平井作业设备及工具配套 二 水平井作业设备及工具配套 3 钻具及工具 二 水平井作业设备及工具配套 二 水平井作业设备及工具配套 二 水平井作业设备及工具配套 L 2 D d d2 2R D d 1 2 对 139 7mm 124 3mm套管而言 通过理论计算 入井工具通过长度界限 见下表 二 水平井作业设备及工具配套 三 通井 刮削作业 三 通井 刮削作业 三 通井 刮削作业 三 通井 刮削作业 三 通井 刮削作业 四 水平井射孔作业 四 水平井射孔作业 四 水平井射孔作业 四 水平井射孔作业 四 水平井射孔作业 89 1枪 62孔 5节 22 5m 起爆器 9级 2 61m 筛管 9根 9 49m 73mm平式油管短节 73mm平式油管24根 变扣 73mm加大油管5柱 校深短节 1 52m 73mm加大油管4 5柱 校深短节 2 03m 73mm加大油管3柱 校深短节 1 54m 73mm加大油管191 5柱 四 水平井射孔作业 五 水平井注水塞作业 顶替效率水泥浆析水水泥浆沉淀分层 五 水平井注水塞作业 五 水平井注水塞作业 五 水平井注水塞作业 五 水平井注水塞作业 五 水平井注水塞作业 六 水平井堵水作业 六 水平井堵水作业 卡瓦封隔器卡水管柱 该工艺管柱采用带双向卡瓦支撑SPY441封隔器封堵下部油层 应用YDS丢手工具实现丢手该管柱只能实现下段油层的封堵 六 水平井堵水作业 皮碗封隔器卡水管柱 该工艺管柱采用皮碗封隔器实现封闭层的封堵 应用特殊丢手工具实现丢手 全部管柱支承在人工井底 上部采用防落物管柱插入丢手接头 防止管柱移动 该管柱可以实现任意油层的封堵 六 水平井堵水作业 采用多级封隔器和液控开关实现水平井多层系 分段开采 液压控制井下开关的开启和关闭 实现合采或选择性开采 水平井段选择性采油管柱 六 水平井堵水作业 六 水平井堵水作业 1 水平井冲砂难点 油层砂粒更易进入井筒 形成长井段的 砂床 同时在压差作用下 沉砂床发生 固化 严重时砂堵井眼 井内管柱贴近井壁低边 管柱受 钟摆力 和摩擦面积大的双重作用 更易形成卡钻 冲起的砂粒在水平段容易再次沉积 修井液环空流速偏差很大 井眼低边的流速低 携砂能力下降 易导致钻具被卡 七 水平井冲砂作业 2 反循环冲砂技术 井口安装反循环旋转装置 进行反循环冲砂 套铣 磨铣 由于修井液钻杆内流速较快 砂颗粒 套铣磨铣而产生的金属碎屑及碎钢丝上返速度也较快 施工效率较高 发生卡钻的机率很低 18m3 h 36 8m3 h 七 水平井冲砂作业 2 反循环冲砂技术 胜利油田处理砂埋油管时 一般都采用连续套铣筒 套铣筒的长度可以达到200 300米 采用正循环冲砂 一般仅使用单根套铣筒 套铣筒的长度仅在10米左右 不仅效率低下 而且时常发生卡钻事故 尤其是在用套铣筒套铣打捞碎钢丝时 卡钻的机率非常高 七 水平井冲砂作业 2 反循环旋转井口装置 该装置有上壳体 下壳体 旋转部分 密封部分 胶芯 压紧盖板组成 在一定的预紧力及水力作用下 胶芯抱紧方钻杆 起到密封作用 当方钻杆转动时 该装置的上壳体与方钻杆同步转动 胶芯与方钻杆之间不产生相对转动 不易损坏胶芯 密封压力可以达到10MPa以上 七 水平井冲砂作业 自封 液压助封井口 七 水平井冲砂作业 应用 胜利油田研发了水平井反循环冲砂旋流工具 七 水平井冲砂作业 江苏油田 七 水平井冲砂作业 七 水平井冲砂作业 七 水平井冲砂作业 江苏油田 七 水平井冲砂作业 辽河油田 七 水平井冲砂作业 水平井套管内连续冲砂工艺 水平井连续冲砂装置由井口部分和井下部分组成 井口部分由高压自封 工作筒 反冲洗阀组成 井下部分为安全阀和旋流冲砂器 胜利油田 七 水平井冲砂作业 水平井芯管内冲砂工艺 滤砂管鱼顶 扶正器 水平井芯管内冲砂主要是指滤砂管芯管内的冲砂 对于滤砂管没有损坏的油井 将芯管中的沉砂冲洗干净后 油井可以正常生产一段时间 对于芯管内的沉砂 比较安全的方法是采用连续油管进行冲洗 胜利油田 七 水平井冲砂作业 水平井芯管内冲砂工艺 胜利油田 七 水平井冲砂作业 七 水平井冲砂作业 1 水平井修井难点水平井因为井身结构的特殊性 与直井相比 水平井修井难度大 工程风险大 主要体现为 1 受井眼轨迹限制 直井常规井下工具 管柱难以满足水平井修井要求 2 斜井段 水平段管柱贴近井壁低边 受钟摆力和磨擦力影响 加之流体流动方向与重力方向不一致和接单根 井内脏物如砂粒等容易形成砂床 作业管柱容易被卡 3 打捞作业 鱼头引入和修整困难 斜井段 水平段常规可退式打捞工具不能正常工作 遇卡不易退出落鱼 八 水平井打捞作业 4 水平井摩阻大 扭矩 拉力和钻压传递损失大 解卡打捞困难 倒扣作业中和点掌握不准 5 打印过程中铅模易被挂磨损坏 井下准确判断难 6 套 磨 钻工艺难度大 套管磨损问题突出 套管保护难度大 7 设计的修井液除了保证减少钻具摩阻和具有较好的携砂能力还要减少漏失保护油气层 这对低压中和特别是异常低压井 防漏及油气层保护问题难度大 8 小井眼水平井修井难度大 风险大 八 水平井打捞作业 2 水平井大修工艺现状 针对水平井的特殊性 各油田设计了相应的水平井修井工具 如防掉铅模 打捞工具 钻 磨 铣工具以及防砂管捞矛 钢球扶正器 滚子扶正器 液压式安全接头 万向节 挠性接头 液压增力器辅助工具等 基本能满足水平井修井需要 斜井段水平段修井管柱要求 油管柱采用节箍倒角的油管 或无节箍油管 钻杆采用18 斜坡钻杆 八 水平井打捞作业 水平井打捞思路 小件打捞 强磁打捞 常规打捞 增力打捞 3 水平井打捞技术 八 水平井打捞作业 1 常规打捞 针对修井难度较小 修井段接近水平段或在水平段较浅部位的打捞 解卡施工 可采用特殊抓捞工具与管柱扶正减阻器组合 通过修井机上提钻杆 实现解卡或打捞 一般钻具组合 八 水平井打捞作业 打压滑块可倒捞矛结构示意图 打压滑块可倒捞矛工具图 八 水平井打捞作业 常规打捞打捞实例1 八 水平井打捞作业 套管结构 177 8mm技术套管 2984 66m 139 7mm尾管 2985 11 5162 4 m 139 7mm筛管 5166 5499 42 m A点 5204m 177 8mm套管在2600m 3969m处破漏出砂 油管被卡 上提滑扣 鱼顶为73mm平式油管接箍 深3468 35m 鱼长1692 28m 主要解卡打捞工艺 钻磨 套铣 倒扣打捞 主要工具 常规套铣鞋 高效套铣鞋 磨鞋 公锥 母锥 倒扣捞矛 倒扣捞筒等 经过388d修井作业 该井修井成功 由此可见水平井修井难度之大 修井作业周期之长 塔里木油田HD4 11H 常规打捞打捞实例2 八 水平井打捞作业 2 增力打捞 针对修井难度较大 修井段在水平段较深部位的解卡 打捞施工 可采用特殊抓捞工具 管柱扶正减阻器与井下液压增力机构钻具组合 通过井口正打压 实现液力上提解卡 水平井增力打捞管柱示意图 八 水平井打捞作业 水平井增力打捞装置 增力打捞特点一是可以在井下落鱼的鱼顶处直接产生500kN 650kN的拉力 井下打捞增力器以上部分管柱在增力打捞过程中不受力 套管也不会受到破坏 二是在需要时可以可靠地退出捞矛 打捞不成功时不会给井下制造新的事故 八 水平井打捞作业 井下打捞增力器结构及工作原理 井下打捞增力器的作用就是改变打捞管柱的受力方式 通过打压在卡点处产生大吨位的拉力 使井下落物产生移动 该工具由套管锚定部分 增力部分 水平打压球座三部分组成 套管锚定部分的作用是将井下打捞增力器锚定在套管上 并承受增力部分所产生的拉力 增力部分是直接产生拉力的部分 水平打压球座可以保证工具在水平状态下打压 同时也可根据要求自动卸压 八 水平井打捞作业 增力打捞中的常用工具 自回位限吨位提放可退式捞矛 常规提放转换轨道可退式捞矛 八 水平井打捞作业 大倒角捞矛 功用 前端打倒角设计 起到导向作用 提高打捞成功率 八 水平井打捞作业 可倒可退式捞筒 功用 可用于打捞 倒扣 又可释放落鱼 还可进行循环洗井 八 水平井打捞作业 提放式可退捞矛 工作原理 提放式可退捞矛由矛杆 矛爪和换向等部分组成 捞矛下井时 换向部分位于短轨道处 矛爪处于收缩状态 当捞矛接触并插入鱼腔时 矛爪推动换向部分移动 进入长轨道 此时上提管柱 矛爪与矛杆斜面接触 直径涨大 将落鱼牢牢抓住 八 水平井打捞作业 管柱扶正减阻器 功用 具有扶正管柱 防卡作用 且可以旋转的水平井打捞辅助类工具 八 水平井打捞作业 一种常用的端面打印工具是直接用带有保护套的铅模进行鱼顶的打印工作 优点 价格低廉 易于加工 使用方便 特殊铅模 八 水平井打捞作业 另一种端面打印工具是伸缩打印铅模 它利用水力冲洗下探鱼顶 投球后 利用水力剪断销钉 伸出铅体 开始打印 当压力达到15 20Mpa时 泄压孔打开 停泵后在弹簧的作用下铅印总成收回筒体内完成打印过程 对印痕具有良好的保护作用 特殊铅模 八 水平井打捞作业 第三种侧面套管打印工具主要是了解水平井套管损坏的一种印证工具 它是将工具下到预定位置后 冲洗套管破损部位 然后钻柱内打压9 10MPa 胶筒受液力作用而膨胀 胶体紧贴套管壁 形成印迹 当压力达到12MPa时 在压力作用下剪断销钉 球下移露出泄压孔 胶筒靠自身弹性收缩回原状 完成打印工作 特殊铅模 水平井打捞技术 3 强磁打捞 18 强磁打捞器 将传统的强磁打捞器前端加装一个18 的引鞋 这样有利用强磁打捞器顺利进入水平段 还起到了隔磁环的作用 它可以打捞水平井中悬挂器位置附近的沉积小件碎物 在进行多次打捞作业后 水平井中会沉积些许小件破碎物或打捞衍生物等 为此我们研制出了复合型小件落物打捞器 复合式磨铣局部反循环打捞筒 4 小件打捞 八 水平井打捞作业 复合型小件落物打捞器 功用 复合型小件落物打捞器集反循环强磁打捞器 小件落物抓捞器和套铣打捞器的功能于一体 八 水平井打捞作业 八 水平井打捞作业 4 水平井切割工艺技术 爆破切割 由于水平井的特殊条件 炸药的输送方式必须采用管柱输送 可以采用的方式有抽油杆 小油管 小钻杆等 点火方式为压力引爆 爆炸后油管的外径涨大约20mm 轴向影响范围50mm 60mm 八 水平井打捞作业 该方法存在的主要问题有 对于油管紧贴套管和油管外有砂的情况尚未考虑 同时 如果油管紧贴套管 将会对套管有一定程度的损伤 爆破产生一些碎块可能会对下一步的打捞工作产生影响 应用该工艺技术 胜利测井公司成功的实施了一口水平井井下管柱切割 八 水平井打捞作业 采用油管内割刀的方式切割井下管柱 其优点是切口平整 无变形 无变形影响区 缺点是只能切割单层管子 割刀的转动可以通过动力钻具带动 也可以通过小钻杆带动 内割刀切割 八 水平井打捞作业 在有些情况下 必须实施井下钻铣 以修正鱼顶 钻铣水泥塞等 这时 就要实施水平井井下钻铣施工 水平井井下钻铣施工的钻具总体来说有两种类型 一种是采用井下动力钻具 一种是采用井口转盘钻具 推荐使用井下动力钻具进行水平井钻铣作业 这样有利于保护钻杆和套管 并适合于小修队施工 九 水平井钻磨作业 水平井钻铣技术 水平井钻铣管柱主要由钻头 滚动扶正器 动力钻具等工具组成 利用该套钻具组合可以完成水平井套管内水泥塞 可钻材料封隔器等井下工具的钻铣 九 水平井钻磨作业 九 水平井钻磨作业 九 水平井钻磨作业 1 当进尺达到一定时 会出现憋钻现象 此时 应停止钻铣 活动取出管柱 通过反循环 短套铣筒套铣等措施将井内碎屑清理干净 然后再次磨铣或实施打捞 在实施水平井井下钻铣施工时 需注意以下几点 2 动力钻具的输出扭矩和压力成正比 转速输出和排量成正比 但是由于动力钻具的输出扭矩有限 因此施工的钻压不能加得太高 以免导致动力钻具外套反转 或上部油管反转 导致管柱落井事故发生 九 水平井钻磨作业 4 套管井作业技术 4 套管完井方式 悬挂4 套管 全井下4 套管 开窗侧钻 修复套管 4 套管作业技术 4 套管井作业技术 1 起下钻注意事项2 填砂注意事项3 冲砂注意事项4 分层作业5 4 套管修井工艺技术 73mm非标钻杆钻具经过检验和现场实验 抗拉 抗扭参数 满足现场施工需求 编制了2 7 8 非标钻具使用操作规程 73mm非标钻具 4 套管作业技术 73mm非标钻杆参数与 60mm钻杆参数对比 4 套管作业技术 80mm钻铤施加钻压 减轻工具的振动 摆动 和跳动在震击解卡过程中 配合震击器 增加震击力 4 套管修井工艺技术 81mm六方方钻杆抗拉 抗扭 扭矩传递等均接近对角100mm 31 2 的四方方钻杆 4 套管修井工艺技术 微牙痕吊卡由于非标钻杆接头与本体没有台阶 研制了配套的微牙痕吊卡 4 套管修井工艺技术 可捞式安全退扣器 如果发生复杂情况 可迅速剪断销钉 进行循环洗井 避免打捞管柱被卡 外型 81mm 750mm接头扣型NC23抗拉载荷825kN抗扭8000N m密封压力35MPa安全退扣器是目前国内同类型中直径最小的 4 套管修井工艺技术 高效镶齿套铣工具 外径 81mm 内径 64mm 将传统的磨铣工艺变为切削工艺 设计专用水槽 保证了工具良好的工作状态 现场应用 套铣钻杆接箍由6h缩短为2h 解决了套铣钻杆接箍的难题 4 套管修井工艺技术 双滑块捞矛 滑块捞矛 外径 80mm接头螺纹NC23打捞内径 53mm长度750mm许用拉力850KN 4 套管修井工艺技术 规格型号JGLM T80外型尺寸 81mm 400mm接头扣型NC23打捞落物2 油管接箍提拉负荷950KN 接箍倒扣捞矛 接箍捞矛 4 套管修井工艺技术 公锥规格型号GZ80外型尺寸 82mm 535mm接头螺纹NC23打捞螺纹表面硬度HRC65抗拉极限 932MPa冲击韧性 60J cm 打捞直径54 77mm 母锥规格型号MZ80外型尺寸 80mm 560mm接头螺纹NC23打捞螺纹表面硬度HRC65抗拉极限 932MPa冲击韧性 60J cm 打捞直径50 65mm 4 套管修井工艺技术 规格型号DLM 60外形尺寸80mm 620mm接头螺纹NC23打捞尺寸49 7 51 9mm许用拉力750KN许用扭矩5761N m 倒扣捞矛 4 套管修井工艺技术 规格型号XS 81外型尺寸 81mm 500mm接