胡浩杰 魏勇
【摘 要】土耳其天然氣儲(chǔ)庫(kù)項(xiàng)目是土耳其第一個(gè)儲(chǔ)庫(kù)項(xiàng)目和全世界最大的地下天然氣儲(chǔ)庫(kù)。為保證項(xiàng)目運(yùn)行,滿足鹽穴儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井要求,通過(guò)研究施工區(qū)域地質(zhì)情況、當(dāng)?shù)貎?chǔ)氣庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際,優(yōu)化施工方案,形成了儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井配套技術(shù)。本文主要從擴(kuò)眼方案的制定、工具的選擇、工藝的實(shí)施等方面,闡述了土耳其儲(chǔ)氣庫(kù)項(xiàng)目的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)——大井徑擴(kuò)眼技術(shù)。通過(guò)技術(shù)的實(shí)施,保證了擴(kuò)眼作業(yè)的安全進(jìn)行,且現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好,擴(kuò)速快,井徑均勻,滿足業(yè)主要求,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
【關(guān)鍵詞】?jī)?chǔ)氣庫(kù);井身結(jié)構(gòu);大井徑;擴(kuò)眼
按照甲方設(shè)計(jì)要求,在鉆井完井施工前,需要過(guò)Φ339.7mm套管將下部Φ215.9mm井眼擴(kuò)至Φ444.5mm,該類擴(kuò)眼作業(yè)在國(guó)內(nèi)外均屬首次,施工難度相當(dāng)大。擴(kuò)眼要求:生產(chǎn)套管鞋以下留足330m鹽層厚度(鹽腔頂頸部留30m,鹽穴造腔深度300m)進(jìn)行擴(kuò)眼,采用8-1/2″(Φ215.9mm)鉆頭和17-1/2″(Φ444.5mm)擴(kuò)孔器擴(kuò)孔到17-1/2″(φ444.5mm)井眼,并驗(yàn)證擴(kuò)眼效果,如不滿足要求重復(fù)擴(kuò)眼。
一、大井徑擴(kuò)眼技術(shù)研究
1.1擴(kuò)眼施工難點(diǎn)分析
1、由于上部套管尺寸為Φ339.7mm套管,其內(nèi)徑為Φ311.2mm,而擴(kuò)眼目標(biāo)尺寸為Φ444.5mm,由于套管內(nèi)徑的限制,擴(kuò)眼器的本體尺寸受限,所以擴(kuò)眼器的目標(biāo)擴(kuò)眼尺寸很大,增加了擴(kuò)眼工具工作的扭矩,影響擴(kuò)眼施工的機(jī)械鉆速和工具的使用壽命,同時(shí)易產(chǎn)生井下復(fù)雜情況。
2、上部鹽層含膏巖成分多,擴(kuò)眼切削面積又大,水力沖洗不充分,容易導(dǎo)致膏巖“泥包”切削齒,從而造成機(jī)械鉆速低。中部鹽層結(jié)晶顆粒大、脆性大、易斷,擴(kuò)眼過(guò)程中臺(tái)肩面不穩(wěn)定,易被壓垮,易造成擴(kuò)后達(dá)不到井徑要求。
3、井眼尺寸大(Φ444.5mm),環(huán)空鉆井液返速低,不利于攜帶巖屑,易造成大量巖屑在井眼中沉降堆積。
1.2擴(kuò)眼方案制定
根據(jù)擴(kuò)眼要求,要把井眼從Φ215.9mm擴(kuò)到Φ444.5mm,擴(kuò)眼切削面積為3.14×(444.52-215.92)/4=1.185×105mm2,Φ215.9井眼的切削面積為:3.14×215.92/4=0.365×105mm2,擴(kuò)眼切削面積是Φ215.9全面鉆進(jìn)切削面積的1.185/0.365=3.25倍,擴(kuò)眼切削面積大,國(guó)際上以前也沒(méi)有進(jìn)行過(guò)這么大切削面積的擴(kuò)眼作業(yè),沒(méi)有資料可參考。我們制定了分兩步進(jìn)行擴(kuò)眼的方案:首先把井眼從Φ215.9mm擴(kuò)到Φ304mm,然后再把井眼從Φ304mm擴(kuò)到Φ444.5mm。
1.3擴(kuò)眼工具的選擇
通過(guò)與勝利鉆井院的技術(shù)交流,擴(kuò)眼作業(yè)使用由勝利鉆井院研制的KKB215.9-304雙心擴(kuò)眼鉆頭和YK304-444.5液壓式擴(kuò)眼器[1]。
在施工中跟蹤分析擴(kuò)眼器的使用情況,合理選擇鉆井參數(shù),發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題,及時(shí)與鉆井院交流,對(duì)擴(kuò)眼器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),保證擴(kuò)眼作業(yè)順利進(jìn)行,效果達(dá)到甲方要求。
1.4擴(kuò)眼作業(yè)施工工藝
KKB215.9-304雙心擴(kuò)眼鉆頭施工工藝推薦操作參數(shù):鉆壓:20-40kN;轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速:40-90r/min。
推薦鉆具組合:Φ215.9牙輪鉆頭+KKB215.5-304雙心擴(kuò)眼鉆頭+8″DC×3+轉(zhuǎn)換接頭+鉆桿。
施工措施:擴(kuò)眼過(guò)程中應(yīng)密切注意觀察扭矩、泵壓等鉆進(jìn)參數(shù)的變化情況。若出現(xiàn)嚴(yán)重蹩跳鉆現(xiàn)象,應(yīng)立即降低轉(zhuǎn)速和鉆壓,待正常后,再逐步恢復(fù)原鉆壓和轉(zhuǎn)速。擴(kuò)眼過(guò)程中,剎把操作人員務(wù)必做到送鉆均勻,跟鉆及時(shí),在鉆壓允許范圍內(nèi)可適當(dāng)調(diào)節(jié)鉆壓值,以尋求最佳鉆速;施工過(guò)程中,應(yīng)確保各種設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常,儀器儀表齊全準(zhǔn)確、靈敏可靠,尤其是指重表靈敏指示一定要達(dá)到真正靈敏。施工完畢或擴(kuò)眼刀翼完全磨損應(yīng)及時(shí)起鉆,起鉆前應(yīng)充分循環(huán)鉆井液,清洗井眼。然后停泵起鉆。
YK304-444.5液壓擴(kuò)眼器施工工藝:鉆壓:10-30kN;轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù):40-60r/min,35-45L/s。推薦鉆具組合:Φ304鉆頭或引鞋+YK304-444.5型擴(kuò)眼器+鉆鋌×3+鉆桿。
施工措施:①地面試驗(yàn):工具入井前,接方鉆桿,開(kāi)泵觀察擴(kuò)眼刀翼是否順利張開(kāi),停泵后能否自動(dòng)收回。試驗(yàn)?zāi)康模阂皇菣z驗(yàn)工具的可靠性;二是試驗(yàn)擴(kuò)眼刀翼張開(kāi)前后的泵壓變化值,并作好記錄,為判斷井下擴(kuò)眼刀翼是否完全張開(kāi)提供參考。停泵后,三個(gè)擴(kuò)眼刀翼應(yīng)順利收攏。達(dá)不到以上要求,工具不能下井。②下鉆操作要平穩(wěn),應(yīng)嚴(yán)格控制下鉆速度,以防突然遇阻造成工具損壞、套管損傷或?qū)е缕渌鼮閲?yán)重的鉆井復(fù)雜事故發(fā)生。下鉆過(guò)程中嚴(yán)禁開(kāi)泵及劃眼,遇阻不得硬壓強(qiáng)下,情況嚴(yán)重時(shí)應(yīng)起鉆通井。③造臺(tái)階:工具下至設(shè)計(jì)擴(kuò)眼井深,先啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤,鉆柱旋轉(zhuǎn)正常后,方可緩慢啟動(dòng)鉆井泵,要求分4次緩慢開(kāi)泵到擴(kuò)眼最大工作排量。④擴(kuò)眼作業(yè):擴(kuò)眼過(guò)程中應(yīng)密切注意觀察扭矩、泵壓等鉆進(jìn)參數(shù)的變化情況。若出現(xiàn)嚴(yán)重蹩跳鉆現(xiàn)象,應(yīng)立即降低轉(zhuǎn)速和鉆壓,待正常后,再逐步恢復(fù)原鉆壓和轉(zhuǎn)速;擴(kuò)眼過(guò)程中,剎把操作人員務(wù)必做到送鉆均勻,跟鉆及時(shí),適當(dāng)調(diào)節(jié)鉆壓值,以尋求最佳鉆速。⑤起鉆:施工完畢或擴(kuò)眼刀翼完全磨損應(yīng)及時(shí)起鉆,起鉆前應(yīng)充分循環(huán)鉆井液,清洗井眼。然后停泵,停泵后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)15~20分鐘,有助于擴(kuò)眼刀翼收攏。起鉆過(guò)程中,在工具未進(jìn)入小井眼前、工具過(guò)套管鞋時(shí),需緩慢上提鉆具,嚴(yán)防一次性拔死。進(jìn)入套管后,起鉆速度應(yīng)比常規(guī)起鉆慢,不宜過(guò)快。
二、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果
2.1 KKB215.9-304雙心擴(kuò)眼鉆頭現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況
施工中,擴(kuò)眼過(guò)程中工具工作正常,擴(kuò)眼速度與正常鉆進(jìn)速度相當(dāng),磨損小,切削齒沒(méi)有損壞,本體沒(méi)有沖蝕,說(shuō)明該擴(kuò)眼鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,擴(kuò)速快,適合該鹽層擴(kuò)眼,可以在該地區(qū)推廣應(yīng)用。
2.2 YK304-444.5液力擴(kuò)眼器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況
利用YK304-444.5液壓式擴(kuò)眼工具已經(jīng)進(jìn)行了12口井的擴(kuò)眼作業(yè),作業(yè)過(guò)程中使用情況見(jiàn)表1。UGS-8井為首次使用YK304-444.5液壓擴(kuò)眼器進(jìn)行擴(kuò)眼作業(yè),對(duì)工具在井下受力情況估計(jì)不足,導(dǎo)致出現(xiàn)了銷軸、切削刀翼、限位塊機(jī)構(gòu)脫落和擴(kuò)后井徑偏小等現(xiàn)象。針對(duì)這些情況,對(duì)工具進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì):限位機(jī)構(gòu)采用了燕尾槽結(jié)構(gòu),切削刀翼增加了清洗流道。優(yōu)化后在使用過(guò)程中,工具各方面性能得到了大大改善,機(jī)械擴(kuò)速得到了很大提高,擴(kuò)眼工具未出現(xiàn)異常情況,擴(kuò)后直徑均勻,滿足了擴(kuò)眼要求。
三、結(jié)論
(1)土耳其儲(chǔ)氣庫(kù)大井徑擴(kuò)眼(從Φ215.9mm擴(kuò)到Φ444.5mm)采取兩步走戰(zhàn)術(shù):首先把井眼從Φ215.9mm擴(kuò)到Φ304mm,然后再把井眼從Φ304mm擴(kuò)到Φ444.5mm,該技術(shù)措施成功解決了大井徑擴(kuò)眼切削面積過(guò)大的難題,保證了擴(kuò)眼作業(yè)的安全進(jìn)行。
(2)KKB215.9-304雙心擴(kuò)眼鉆頭和優(yōu)化后的YK304-444.5液力擴(kuò)眼器設(shè)計(jì)合理,使用中未再出現(xiàn)擴(kuò)眼工具異常情況,滿足施工要求,且擴(kuò)眼效果好,擴(kuò)速提高,井徑均勻,達(dá)到甲方要求。
【參考文獻(xiàn)】
[1]裴學(xué)良,陳忠?guī)?,叢海洋,大井徑液壓式擴(kuò)眼器的研制與應(yīng)用.《天然氣工業(yè)》,2014 ,34 (11):95-100.