杜鵬德 鄭曉志 張?jiān)?(中石化資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理有限公司德州大陸架油氣高科技分公司)

土庫(kù)曼斯坦尤拉屯區(qū)塊尾管懸掛器及回接固井技術(shù)

杜鵬德 鄭曉志 張?jiān)?(中石化資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理有限公司德州大陸架油氣高科技分公司)

應(yīng)用德州大陸架公司研發(fā)的133/8in×97/8in SSX-A型液壓尾管懸掛器及95/8in HC-A型回接插頭,在土庫(kù)曼斯坦的土24井、土25井應(yīng)用高密度鉆井液且井況復(fù)雜的情況下,順利完成了尾管懸掛及回接固井工作,成功解決了該地層蠕變縮頸嚴(yán)重導(dǎo)致的固井質(zhì)量難以保證的問(wèn)題,節(jié)約了成本,達(dá)到了固井后成功試壓50 MPa的設(shè)計(jì)要求。

鹽膏層 尾管 懸掛器 回接固井 大陸架

1 概述

位于土庫(kù)曼斯坦尤拉屯的土24井、土25井施工區(qū)塊是土庫(kù)曼斯坦主力氣源之一,承擔(dān)著土庫(kù)曼斯坦向中國(guó)穩(wěn)定輸氣30年、年輸氣170×108m3的重要任務(wù)。該區(qū)塊的井是世界級(jí)高難度井,地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,H2S含量高,井控難度大,井底壓力高,泥漿密度可控窗口小,鹽膏層蠕變縮徑嚴(yán)重,井涌、井漏、卡鉆的情況經(jīng)常發(fā)生。此前,土庫(kù)曼斯坦、俄羅斯、土耳其等國(guó)多家鉆井承包商在該區(qū)塊鉆探了10余口井,均因在高壓鹽膏層段出現(xiàn)復(fù)雜情況無(wú)法處置而棄井,或中途停鉆或報(bào)廢。

24井與25井的井身結(jié)構(gòu)基本相似。以24井為例,實(shí)鉆井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

三開(kāi)鉆至上侏羅紀(jì)克里米德氏組下部,完鉆井深4 073 m,泥漿密度2.2 g/cm3,該段主要以硬石膏和鹽巖為主,主要技術(shù)難點(diǎn)在于此井段屬高溫高壓鹽水層,地層蠕變嚴(yán)重,極易造成卡鉆、套管擠毀等情況發(fā)生;套管設(shè)計(jì)時(shí),選用厚壁、高抗擠強(qiáng)度的套管 (97/8in,1 in=25.4 mm,壁厚15.88 mm),防止擠毀套管的情況發(fā)生。但由于此套管費(fèi)用高,不可能全井段應(yīng)用,所以采用德州大陸架生產(chǎn)的97/8in尾管懸掛+95/8in回接套管的特殊結(jié)構(gòu)。眾所周知此型號(hào)懸掛器的可掛套管壁厚標(biāo)準(zhǔn)為9.65、10.92、12.19 mm,而此井133/8in套管壁厚為13.06 mm,這為懸掛器的坐掛增加了相當(dāng)大的難度。井底井溫130℃,因此對(duì)固井工具及附件在高溫、高壓下的可靠性要求非常高。而且3 620～4 073 m井段含石油、天然氣、高壓鹽水,預(yù)計(jì)四開(kāi)4 040～5 000 m井段含天然氣,天然氣組分含4.15%H2S氣體,且壓力極高,這就要求固完試壓50 MPa。如此復(fù)雜的井下條件,尾管懸掛及回接固井的成敗關(guān)系到四開(kāi)的主要目的層井段能否安全鉆井。

圖1 井身結(jié)構(gòu)

2 懸掛器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)大陸架公司根據(jù)設(shè)計(jì)要求,加工了133/8in×97/8in SSX-A型液壓尾管懸掛器95/8in回接的特殊結(jié)構(gòu)。

(2)采用優(yōu)質(zhì)合金不銹鋼,機(jī)械強(qiáng)度高,懸掛尾管重力大。

(3)獨(dú)立的雙液缸、雙錐體、雙排卡瓦結(jié)構(gòu)使坐掛能力更強(qiáng),坐掛成功率更高,載荷分布更均勻。液壓控制實(shí)施坐掛,可用于各種井況。如果正常液壓使用液壓方法不能坐掛,那么由于浮鞋除了底部有循環(huán)孔以外,側(cè)面還有循環(huán)孔,浮鞋底有刮刀設(shè)計(jì),這樣就可以把整個(gè)管柱下到井底,正轉(zhuǎn),依然可以倒扣。

(4)膠塞、球座均設(shè)計(jì)有鎖緊機(jī)構(gòu),且具有良好的可鉆性。

(5)密封芯子能隨送入工具提出井口,節(jié)省了鉆密封芯子時(shí)間。

(6)密封總成采用“W”形多組密封件及“O”形密封件,具有雙向密封功能,密封效果佳。

(7)懸掛器上下均配有扶正環(huán),既可以保證懸掛器居中,提高坐掛成功率,又可以保護(hù)液缸、卡瓦不受損傷。

(8)倒扣丟手無(wú)需找中和點(diǎn),只要將送入鉆具下壓5～10 t,正轉(zhuǎn),即可輕易倒開(kāi)。

圖2 液壓尾管懸掛器

3 尾管固井現(xiàn)場(chǎng)施工及復(fù)雜情況處理

3.1 下套管準(zhǔn)備

(1)下鉆通井,多次正倒劃眼,調(diào)整好泥漿性能,保證套管能順利下到設(shè)計(jì)深度。校核尾管長(zhǎng)度,仔細(xì)計(jì)算鉆桿回縮距,配好送入鉆具。

(2)加強(qiáng)管具檢查:通徑、丈量鉆桿、尾管和絲扣檢查。組裝懸掛器并丈量其尺寸,檢查銷(xiāo)釘;檢查球座和銅球、空心膠塞和中心管、懸掛器和套管等所有配合。

(3)起鉆時(shí) (或通井期間),將鉆具提至懸掛器坐掛位置后上提、下放、靜止三懸重稱(chēng)重并記錄。

(4)校核坐掛位置,懸掛器卡瓦應(yīng)避開(kāi)上層套管接箍。校核指重表和泵壓表,保證靈敏、準(zhǔn)確。

3.2 下入尾管及懸掛器

(1)管串排列:球座位置應(yīng)由所設(shè)計(jì)的水泥塞高度確定,推薦的管串排列為:浮鞋+套管+浮箍+套管+浮箍+套管+球座+套管組合+尾管懸掛器+送入鉆具+水泥頭。

(2)按順序下入套管及附件,按標(biāo)準(zhǔn)上夠扭矩。每下入20根套管至少灌滿(mǎn)泥漿一次。

(3)懸掛器下面的兩根套管連續(xù)加兩個(gè)扶正器;套管下完后先灌滿(mǎn)泥漿,再按規(guī)程連接懸掛器。

(4)稱(chēng)重,并做好記錄。鎖死轉(zhuǎn)盤(pán),以防止尾管轉(zhuǎn)動(dòng)。

(5)下送入鉆具。接送入鉆桿時(shí)打好背鉗,尾管坐掛前嚴(yán)禁下部鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)。嚴(yán)格控制下放速度(推薦1.5～2.0 min/立柱)。

(6)整個(gè)過(guò)程中無(wú)論是套管內(nèi)還是環(huán)空中必須要防止井口落物。

(7)將尾管下至預(yù)定深度,先灌滿(mǎn)泥漿,再接頂驅(qū)。稱(chēng)重、測(cè)量摩阻,并記錄。

(8)調(diào)整好鉆 (方)余。小排量開(kāi)泵循環(huán)泥漿,盡量控制開(kāi)泵壓力不超過(guò)5 MPa。待泥漿返出后可逐漸增加排量,但盡量使尾管內(nèi)外流阻之和不超過(guò)6 MPa,待循環(huán)壓力穩(wěn)定后再以正常排量循環(huán)。記錄各個(gè)階段的泵沖和相應(yīng)泵壓。

3.3 懸掛器坐掛及丟手

投球,小排量泵送,球到球座后憋壓12 MPa,下放鉆具約2.5 m,總懸重下降60 t說(shuō)明已經(jīng)做掛(之前稱(chēng)套管浮重為45 t),18 MPa憋通球座。正轉(zhuǎn)鉆具30圈,基本無(wú)回轉(zhuǎn),上提鉆具1.5 m懸重保持在132 t不變,說(shuō)明已經(jīng)順利丟手 (之前通井時(shí)在坐掛位置稱(chēng)重上提132 t)。開(kāi)泵循環(huán),同樣泵沖泵壓與之前相符。下壓10 t接水泥頭。注水泥、替漿,到量后放回水無(wú)回流。

3.4 起鉆循環(huán)候凝

在固完井起鉆循環(huán)這一環(huán)節(jié)上,土24井采取的是固完井直接起3柱再循環(huán)兩周,然后憋壓候凝。這樣回接之前要下三趟鉆,一趟121/8in鉆頭掃到回接桶頂,一趟83/8in的鉆頭掃過(guò)懸掛器,再下銑錐,磨洗回接桶。原因是擔(dān)心如果憋壓起鉆直接循環(huán)會(huì)對(duì)試壓造成影響,但如此操作多了兩趟鉆,施工時(shí)間多了3天。所以在大陸架服務(wù)工程師的建議下土25井固完井時(shí),采取了直接起鉆循環(huán),并且此類(lèi)型懸掛器一旦中心管被拔出,即使是再插進(jìn)去循環(huán)也不會(huì)形成密封,這樣就不用擔(dān)心回接桶內(nèi)會(huì)滯留水泥,而且節(jié)省了施工時(shí)間。

3.5 懸掛器現(xiàn)場(chǎng)緊急問(wèn)題處理

在大陸架公司服務(wù)工程師未到土庫(kù)曼斯坦前當(dāng)?shù)氐踹\(yùn)人員將吊帶掛在懸掛器的卡瓦處進(jìn)行吊運(yùn),使多片卡瓦產(chǎn)生了嚴(yán)重的變形。而土25井用的就是這套懸掛器。

經(jīng)過(guò)分析制定出三種方案:①卸掉其他懸掛器上的卡瓦,安裝到本套懸掛器上;②用錘子等現(xiàn)場(chǎng)工具對(duì)卡瓦桿進(jìn)行敲擊,使其相對(duì)平直;③用比較細(xì)的鐵絲對(duì)卡瓦進(jìn)行捆綁,使其緊貼本體。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,認(rèn)為第三套方案對(duì)懸掛器本體傷害低,操作簡(jiǎn)單,可行性強(qiáng)。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況是:尾管下到設(shè)計(jì)位置,正常循環(huán)洗井。然后投球,到位后憋壓12 MPa,成功坐掛,18 MPa憋通球座,順利倒扣丟手,然后注水泥替漿施工順利結(jié)束。

4 尾管回接

4.1 回接插頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)具有多組O形組合密封件,密封面積大,密封能力更強(qiáng),密封更可靠。

(2)配有專(zhuān)門(mén)的節(jié)流浮箍,既方便了灌漿,回接插頭插入回接桶時(shí)又能夠使多余泥漿從節(jié)流浮箍排出。

(3)專(zhuān)用銑錐與懸掛器結(jié)構(gòu)匹配,在磨洗到回接桶底后能夠在銑錐底部留下磨痕,給現(xiàn)場(chǎng)工程人員以管串長(zhǎng)度依據(jù)。

4.2 回接施工程序

(1)在銑完回接桶,循環(huán)、洗井,調(diào)整好泥漿性能后起鉆。

(2)按照設(shè)計(jì)排列管串,95/8in回接插頭+2根套管 (兩個(gè)扶正器)+95/8in節(jié)流浮箍+管串,調(diào)節(jié)好臺(tái)余,準(zhǔn)備好10 m長(zhǎng)吊環(huán)。

(3)下入管串,回接插頭插入回接桶前,開(kāi)泵頂通循環(huán),然后下放管串將回接插頭插入回接桶,下壓20 t憋壓至8 MPa,穩(wěn)壓3 min,壓力不變,密封良好。

(4)將循環(huán)孔提出回接桶,循環(huán)一周后,注水泥、壓塞、替漿、下壓20 t,放回水,密封良好。

5 應(yīng)用效果

在多個(gè)國(guó)家的井隊(duì)在此區(qū)塊勘探失敗的背景和壓力下,中國(guó)各工程方有條不紊、嚴(yán)格地按照規(guī)程操作,并針對(duì)井況采取了相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策。順利地將套管下到設(shè)計(jì)位置,循環(huán)暢通,懸掛器坐掛丟手成功,回接密封良好,固井施工順利,固完試壓50 MPa。表1為這兩口井的主要施工數(shù)據(jù)。

表1

6 結(jié)論

(1)土庫(kù)曼斯坦尤拉屯區(qū)塊地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜, H2S含量高,井控難度大,井底壓力高,泥漿密度可控窗口小,鹽膏層蠕變縮徑嚴(yán)重,井涌、井漏、卡鉆的情況經(jīng)常發(fā)生。該井的順利施工說(shuō)明此類(lèi)型的懸掛器用于尾管固井技術(shù)是成熟、可行的。

(2)在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中,懸掛器的多片卡瓦片嚴(yán)重變形,在此情況下采取現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)方案后,施工繼續(xù)并順利進(jìn)行,說(shuō)明大陸架的此類(lèi)產(chǎn)品質(zhì)量是過(guò)關(guān)的。

(3)在土25井尾管固完井后,采取了直接起鉆循環(huán)不留上塞的操作手法,省了2趟鉆,節(jié)省了3天時(shí)間,而且回接固完后成功試壓50 MPa。實(shí)踐證明,上述操作程序既簡(jiǎn)單,又節(jié)約時(shí)間,還能夠達(dá)到固井設(shè)計(jì)要求。

(4)尾管及回接固井工藝比較復(fù)雜,技術(shù)要求較高,所以規(guī)范化的操作程序是取得成功的保證。

[1]馬開(kāi)華,馬蘭榮,朱德武,等.塔深1井非常規(guī)系列尾管懸掛器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù),2007,35(1):1 -4.

[2]馬開(kāi)華,馬蘭榮,鄭曉志,等.川東北地區(qū)特殊尾管懸掛器的研發(fā)與應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù),2008,36(3):16-19.

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.7.008

2009-05-11)