陳輝 (長城鉆探工程有限公司錄井國際項目部)

曹志新 蔣建華 (長城鉆探工程有限公司國際項目部)

楊麗 (吉林油田采油院)

連續(xù)油管在伊朗小井眼高壓氣井中的應用

陳輝 (長城鉆探工程有限公司錄井國際項目部)

曹志新 蔣建華 (長城鉆探工程有限公司國際項目部)

楊麗 (吉林油田采油院)

2009年,泰國PTTEP公司在伊朗北部SIAL K-1井小井眼裸眼井段鉆遇高壓氣層時發(fā)生井漏,在堵漏期間又發(fā)生卡鉆,隨后環(huán)空發(fā)生溢流,關井后套管和鉆桿內(nèi)最高壓力達到6 800 psi。期間多次從環(huán)空用7 600 psi壓力強行壓井失敗,環(huán)空壓力保持在5 000 psi左右。由于鉆具與環(huán)空不相通,不能在鉆具和環(huán)空之間建立有效的循環(huán),因此通過常規(guī)方法已經(jīng)不能壓井。經(jīng)過PTTEP專家組討論,決定采用連續(xù)油管技術壓井,從3.5 in鉆桿內(nèi) (內(nèi)徑2.44 in)下入帶有獨立封井器 (10 000 psi)的13/4in連續(xù)油管來替換鉆桿內(nèi)被污染的泥漿,在連續(xù)油管內(nèi)和鉆桿之間建立鉆井液循環(huán),然后在3.5 in鉆桿內(nèi)對卡點進行電纜爆炸松扣,從而建立鉆具和環(huán)空之間的循環(huán),達到鉆井液平衡壓井。利用連續(xù)油管在小井眼高壓井段壓井的關鍵是必須采用高壓防噴器,防止鉆具內(nèi)壓力突然釋放而井口失控,同時使用地面節(jié)流閥控制出口壓力。安裝連續(xù)油管前必須先在連續(xù)油管頭安裝噴嘴,反復清洗油管內(nèi)部,保持油管通暢;同時必須對連續(xù)油管及接頭進行拉力測試。在連續(xù)油管下入鉆桿過程中,必須控制進、出口壓力,控制下鉆速度,通過高壓泥漿泵將鉆具內(nèi)污染的泥漿全部替換出來,建立連續(xù)油管和鉆桿之間的循環(huán)。

高壓氣井 卡鉆 井漏 壓井防噴器 拉力測試 小井眼 連續(xù)油管

1 簡介

在國外油田勘探開發(fā)過程中,由于油氣產(chǎn)量很高,單井或單層日產(chǎn)量可達2 000 m3以上,特別是一些高壓油氣地層,傳統(tǒng)的鉆井、修井作業(yè)方法不但作業(yè)成本高,而且有可能對地面及地層流體造成污染,所以西方發(fā)達國家已廣泛采用連續(xù)油管技術應用于油田開發(fā)等領域。

目前完全掌握連續(xù)油管技術并能生產(chǎn)的公司只有兩家,一家位于美國得克薩斯州,它有專門的連續(xù)油管服務公司、井下工具公司和生產(chǎn)廠;另一家在加拿大,除能生產(chǎn)連續(xù)油管外,還具有連續(xù)油管鉆機。國內(nèi)連續(xù)油管技術現(xiàn)在正處于發(fā)展階段,主要依靠進口連續(xù)油管及配套的井下工具。自從1977年四川油田引進首臺連續(xù)油管作業(yè)機及配套的氮氣設備以來,目前全國已引進20多套,引進的連續(xù)油管尺寸主要為11/4in和11/2in(1 in=

25.4 mm)兩種[1]。連續(xù)油管作業(yè)技術現(xiàn)已廣泛應用于沖砂洗井、鉆橋塞、氣舉誘噴、注液氮返排、清蠟解堵解卡、擠酸和配合測試等,有時還用于常規(guī)鉆井解卡作業(yè)[2]。

連續(xù)油管技術與常規(guī)鉆桿作業(yè)相比具有以下優(yōu)點[2-3]:①車載式搬遷方便,安裝和作業(yè)準備時間短,起下鉆速度快,作業(yè)更安全;②通過用連續(xù)油管注氮氣驅(qū),可增加油井產(chǎn)量;③通過連續(xù)油管向裸眼井注入氮氣,可除去井筒內(nèi)的泥漿污染,減少和縮短對地層流體的污染,求得真實的油井產(chǎn)量;④對套管變形或稠油井,用連續(xù)油管處理方便快捷,經(jīng)濟效益更高。

2 連續(xù)油管在伊朗SIAL K-1井小井眼段高壓氣井中的應用

連續(xù)油管除了廣泛運用于試油和修井作業(yè)外,還可用于鉆井作業(yè)。

2.1 SIAL K-1井井況簡述

SIAL K-1井 (圖1)是泰國 PTTEP公司在伊朗北部的一口探井,承擔鉆井任務的是長城鉆探工程公司伊朗項目部GWDC107隊,承擔綜合錄井任務的是長城鉆探工程公司錄井國際部項目部。2009年1月1日,在7 in尾管 (內(nèi)徑6.09 in)以下,用6 in鉆頭、31/2in鉆桿 (內(nèi)徑2.44 in),密度2.01 g/cm3的鉆井液鉆至井深4 846 m灰?guī)r地層時,發(fā)生鉆井液完全漏失,無任何泥漿返出。由于在上部地層4 707～4 709 m有高壓氣層 (地層壓力約11 500 psi,1 psi=6.895 kPa),每次起下鉆環(huán)空均有溢流發(fā)生。為了井況安全,即使發(fā)生鉆井液漏失,也必須保持相同鉆井液密度2.01 g/cm3以平衡地層壓力。在無法降低鉆井液密度的條件下,現(xiàn)場采用傳統(tǒng)的泵入堵漏劑等堵漏方法。在1月1日至2月12日連續(xù)堵漏期間,泵入泥漿和堵漏劑全部漏失,無任何泥漿返出,共計漏失鉆井液及堵漏劑14 050 bbl(1 bbl=0.159 m3)。由于井底與地面不能建立有效的循環(huán),大量的堵漏劑和井底巖屑長期滯留井底,沒有及時被鉆井液攜帶出地面,導致沉砂卡鉆,同時鉆頭水眼被堵漏劑堵死,無法開泵循環(huán)。由于高壓氣層伴有溢流,關井后鉆具和環(huán)空內(nèi)最高壓力達到6 800 psi。通過常規(guī)壓井方法已經(jīng)無法處理該井的復雜事故。

圖1 SIAL K-1井身結(jié)構圖

2.2 事故發(fā)生經(jīng)過

2009年2月7日,用6 in鉆頭、31/2in鉆桿、密度2.01 g/cm3的鉆井液鉆至4 846 m發(fā)生鉆井液完全漏失。上提鉆具至4 844 m鉆具遇卡,增加泵排量,但仍無泥漿返出。隨后多次泵入堵漏劑,泥漿仍然完全漏失,無返出。由于井底與地面不能建立有效的循環(huán),大量的堵漏劑和井底巖屑滯留井底,沒有及時被鉆井液攜帶出地面,導致沉砂及堵漏劑卡鉆,同時鉆頭水眼被堵漏劑堵死,無法開泵循環(huán),因此通過常規(guī)的解卡方法已不可能。

由于上部高壓氣層的存在,隨后環(huán)空內(nèi)發(fā)生鉆井液溢流。關井后套管和鉆桿內(nèi)最高壓力達到6 800 psi。期間多次用7 600 psi壓力對鉆桿和套管內(nèi)強行壓入泥漿,但環(huán)空壓力始終保持在5 000 psi左右。

最后甲方?jīng)Q定運用連續(xù)油管技術對高壓氣層進行壓井,由于3.5 in鉆桿內(nèi)徑僅為2.44 in,因此應用13/4in連續(xù)油管下入3.5 in鉆桿內(nèi),同時用

2.05 g/cm3加重泥漿替換鉆桿的2.01 g/cm3原鉆井液,先平衡鉆桿內(nèi)壓力,然后在3.5 in鉆桿內(nèi)對卡點進行電纜爆炸松扣,從而建立循環(huán)壓井。

2.3 使用13/4in連續(xù)油管對高壓氣層壓井

2.3.1 壓井準備

2009年5月6日,首先用固井車對環(huán)空進行壓井作業(yè),并對連續(xù)油管進行地面測試至10 000 psi。在地面將連續(xù)油管自帶的雙邊門防噴盒 (最高壓力10 000 psi)接到油管注入頭底部 (此防噴盒能夠保證在下入過程中承受近10 000 psi的高壓)。然后,安裝連續(xù)油管接頭,用液壓千斤壓實,并進行拉力測試至12 kN,最后連接連續(xù)油管噴嘴沖洗。此步的關鍵點:連續(xù)油管接頭一個重要作用是當起出連續(xù)油管至井口時,井深計數(shù)器可能有一定的錯差,以防止因為井深誤差導致連續(xù)油管突然飛出井口發(fā)生井噴或其他安全事故。當起出至防噴盒時,油管接頭不能繼續(xù)起出,保證了作業(yè)的安全。

2.3.2 安裝連續(xù)油管

如圖2所示,安裝13/4in連續(xù)油管四功能防噴器,三通與地面管匯組相接,以便節(jié)流閥控制壓力和流速。在吊車、游車和氣動絞車共同協(xié)作下,把油管注入頭吊裝置入到四功能防噴器上。然后對所有新接入的管線和設備進行10 000 psi高壓試壓。此步的關鍵點:由于安裝四功能防噴器和控制閥后連續(xù)油管頭離井口太高,為保證安全,安裝前需要在井口周圍搭建腳手架,以保證高效安全地安裝連續(xù)油管。

2.3.3 連續(xù)油管作業(yè)

5月9日13/4in連續(xù)油管下入前,鉆桿內(nèi)靜止壓力為5 500 psi左右。首先以泵壓6 500 psi向連續(xù)油管內(nèi)泵入2.05 g/cm3泥漿,用節(jié)流閥調(diào)節(jié)注入頭壓力至4 300 psi,然后慢慢地打開控制旋塞閥門,下入連續(xù)油管至鉆臺面下1 m;用0.6～0.7 lb/min(1 lb=0.454 kg)排量節(jié)流循環(huán),節(jié)流管匯出口處壓力控制在3 000～4 000 psi,連續(xù)油管泵入壓力控制在5 500～6 000 psi。當連續(xù)油管下入至30 m時,大量氣體突然涌出,超過液氣分離器處理能力,緊急打開放噴管線將氣體引導至燃燒池泄壓,然后改為從節(jié)流閥出循環(huán),泵入壓力仍控制在6 000 psi左右,調(diào)節(jié)節(jié)流管匯閥門控制出口壓力至 3 500 psi左右。繼續(xù)下入連續(xù)油管,在750、1 250、1 500、2 000、2 500、3 000 m處分段循環(huán)至重泥漿將3.5 in鉆桿內(nèi)被污染的泥漿全部替換出,循環(huán)時分別測得返出泥漿密度為: 1.53、1.87、1.91、1.86、1.86 g/cm3。

圖2 連續(xù)油管井口及防噴器結(jié)構圖

5月10日至12日繼續(xù)下入連續(xù)油管,在4 269、4 341、4 570、4 583、4 599、4 606、4 614、4 620、4 625 m等處發(fā)生不同程度遇阻,上下活動連續(xù)油管,反復沖洗后順利通過這些遇阻點。下至4 629 m再次遇阻,反復嘗試,未能成功,全部起出連續(xù)油管,此時鉆桿內(nèi)壓力為零 (圖3)。

圖3 連續(xù)油管壓井時鉆具質(zhì)量和壓力變化

然后在連續(xù)油管底部安裝磨鞋入井,在以上遇阻點磨洗,泵壓保持在3 500～4 500 psi,無進尺。

5月13日在連續(xù)油管底部加裝螺桿和鉆頭,再次下入至4 629 m,并磨洗至4 650 m,連續(xù)油管不能通過4 650 m,隨后被全部起出。作業(yè)過程的關鍵點:控制進出口壓力,控制下鉆速度。

在4 582 m 3.5 in鉆桿內(nèi)進行電纜爆炸松扣,建立鉆具和環(huán)空之間鉆井液循環(huán),歷時5個月的高壓氣井狀態(tài)解除,利用連續(xù)油管技術對高壓氣層壓井獲得成功。

3 結(jié)論

(1)在使用連續(xù)油管作業(yè)時,關鍵的技術點是必須采用高壓防噴器,防止井內(nèi)壓力突然釋放而失控,同時使用節(jié)流閥控制出口壓力。因為在平板閥或旋塞閥打開時,可以控制井口壓力的大小,從而保持連續(xù)油管和鉆桿內(nèi)壓力平衡,使連續(xù)油管在井口處可強行順利下入。同時在連續(xù)油管下入鉆桿過程中,必須通過連續(xù)油管將鉆具內(nèi)污染的泥漿全部替換出來,建立連續(xù)油管和鉆桿之間的循環(huán)。

(2)安裝連續(xù)油管前必須先在連續(xù)油管頭安裝噴嘴,反復清洗油管內(nèi)部,保持油管通暢;同時必須對連續(xù)油管及接頭進行拉力測試。此步很關鍵,如果不做拉力測試,由于深井內(nèi)溫度較高,引起油管變形,油管下入和起出時井深誤差可能很大。在起出連續(xù)油管至井口前,必須放慢速度,以防止因為井深誤差連續(xù)油管頭飛出井口防噴盒而發(fā)生井噴或安全事故。另外,在安裝連續(xù)油管井口防噴器時,由于井口比較高,一定要搭腳手架保證安裝方便和安全。

(3)由于本井持續(xù)高壓的特殊性,現(xiàn)場未在作業(yè)前進行鉆桿內(nèi)放壓。如果沒有10 000 psi的連續(xù)油管,只有5 000 psi連續(xù)油管,通過分析,認為也可以進行本次壓井作業(yè)。因為鉆桿泄壓后,在幾個小時后壓力才能漲到5 000 psi,而且在作業(yè)過程中,一直使用節(jié)流閥控制壓力,鉆桿內(nèi)壓力要經(jīng)過一段時間才能達到5 000 psi。所以,可以在聯(lián)接5 000 psi連續(xù)油管設備前先接一個或兩個10 000 psi的平板閥,把鉆桿內(nèi)壓力釋放到500～1 000 psi后,立即快速下入連續(xù)油管,同時泥漿泵泵入泥漿壓力保持在5 000 psi左右,用節(jié)流閥控制出口壓力保持在1 000 psi左右。因為鉆桿內(nèi)壓力低時可以保持連續(xù)油管高速下入鉆桿,連續(xù)油管可以在最短時間下到安全深度,在下到1 000 m前要時時保持警惕,注意壓力變化。

(4)由于連續(xù)油管技術生產(chǎn)廠家少,雖然國外廣泛使用,但國內(nèi)的連續(xù)油管設備完全依靠進口,因此目前此技術在國內(nèi)油田應用機會仍然較少。可喜的是,2009年6月24日,寶雞石油鋼管有限責任公司第一臺連續(xù)油管已成功下線,這是國內(nèi)在連續(xù)油管設備制造和技術應用上一次質(zhì)的飛躍。

[1]王峻喬.連續(xù)油管技術分析與研究[J].2005,34(5):34 -36.

[2]王海濤,李相方.連續(xù)油管技術在井下作業(yè)中的應用現(xiàn)狀及思考[J].石油鉆采工藝:2008,12,30(6):120-123.

[3]劉新會,張興平.連續(xù)油管設備及技術的發(fā)展[J].國外油田工程:2007,23(6):27-28.

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.6.013

2009-09-23)