龐瑞江

(中海油田服務(wù)股份有限公司一體化和新能源事業(yè)部工程技術(shù)作業(yè)中心，天津 300459)

0 引言

海上油田開采時(shí)，需要在平臺相應(yīng)位置處鉆取出多個(gè)槽口，每個(gè)槽口對應(yīng)一個(gè)油井，以將井下的石油運(yùn)出。目前，我國大部分海上油井均開發(fā)了很長一段時(shí)間，井下原油儲量大幅度降低，有些甚至已經(jīng)達(dá)到了無油可采的情況。針對這一情況，為了確保這些油田依然可以繼續(xù)開采，首先要以油田平臺上現(xiàn)有的空槽口為基礎(chǔ)，重新鉆出一口油井，以此為剩余原油的開采提供支持。但需要注意的是，無論現(xiàn)平臺上鉆出多少新槽口，其下方的原油均有開采完的一天。這時(shí)則應(yīng)通過外掛槽口，或是構(gòu)建新平臺的方式對老油田予以改造，以保證石油開采工作的順利進(jìn)行。但這兩種方式的改造成本很高，甚至高出油田進(jìn)一步開發(fā)與開采的經(jīng)濟(jì)效益，因而很少對老油田進(jìn)一步開采。所以，為了解決這一問題，則應(yīng)在老槽口的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行側(cè)鉆改造，在構(gòu)建出新油井的同時(shí)，降低油田開采的成本，以使老油田體現(xiàn)出更高的經(jīng)濟(jì)效益。

基于此，本文提出了一種老槽口再利用方案，即隔水管重置技術(shù)。通過該技術(shù)的應(yīng)用，可一次性整體對老井套管進(jìn)行切割，并于切割處，插入一個(gè)新隔水管。其中，安裝了預(yù)開窗斜向工具，在使用過程中，不用單獨(dú)進(jìn)行開窗，即可完成鉆井操作，從而繼續(xù)對老油田進(jìn)行開發(fā)，以此提升老油田的經(jīng)濟(jì)效益。這一技術(shù)的實(shí)施不僅有助于降低油田開采的成本，還能提高老油田的原油產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，為我國海上油田的可持續(xù)開發(fā)提供了新的解決方案。

1 技術(shù)概況

1.1 基本介紹

隔水管重置技術(shù)，指的是在老油田開采到一定程度后，需要按照相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)將對應(yīng)的井眼予以封堵。然后以此為基礎(chǔ)，通過磨料射流水下整體切割的方式，對原有套管進(jìn)行切割，并將切下的套管回收。之后，在底部剩余套管串上下入并座掛帶有預(yù)開窗斜向工具的新隔水管，以此為老油田后續(xù)開采提供支持。從本質(zhì)上來說，就好像通過精準(zhǔn)外科手術(shù)的方式，對老井的骨髓進(jìn)行移植再造，以形成一口新井，通過新井可進(jìn)一步對老油田中的儲油進(jìn)行開采。

1.2 磨料射流水下切割技術(shù)

1.2.1 技術(shù)基本概述

隔水管重置施工時(shí)，磨料射流水下切割技術(shù)是其中最為關(guān)鍵的技術(shù)。該技術(shù)是指根據(jù)預(yù)先標(biāo)記的切割位置，通過專業(yè)的磨料射流切割設(shè)備，向水下射入一束高壓射流，以此對多層套管進(jìn)行切割。在磨料射流中，它主要由兩部分構(gòu)成：一部分是高壓水流；另一部分是硬度較高的混砂顆粒，例如金剛砂、石榴石等。將這兩部分均勻混合后，在特殊裝置的作用下，將磨料射流射入到水下套管中，以此逐層對多套管進(jìn)行切割，使得老槽口符合相關(guān)規(guī)定中的棄置要求。經(jīng)過多年的發(fā)展，磨料射流技術(shù)已經(jīng)更加成熟，大大提升了其在水下油井套管的切割能力，切割厚度最高可以達(dá)到100 cm[1]。這一技術(shù)的應(yīng)用有助于提高老油田的開采效率和經(jīng)濟(jì)效益，為石油開采的可持續(xù)發(fā)展作出了積極貢獻(xiàn)。

1.2.2 磨料選擇

在對水下油井套管進(jìn)行切割時(shí)，磨料是重要的材料。根據(jù)磨料的特點(diǎn)和獲取方式，可以分為兩種類型：一種是天然磨料，即直接從自然環(huán)境中獲取的磨料，如石榴石等；另一種是人造磨料，即通過人工制造出來的磨料，如棕剛玉等。為了確保油井套管的切割效果，選擇最佳的磨料是至關(guān)重要的。在選擇磨料時(shí)，需要考慮多個(gè)因素，包括粒徑、純度、形狀、濁度以及氯離子含量等。其中，最關(guān)鍵的因素是粒徑。針對切割噴嘴直徑的具體情況，應(yīng)選擇適當(dāng)目數(shù)的噴嘴，以確保磨料能夠順暢地排出，防止噴嘴堵塞的問題[2]。通常來說，要保證3 個(gè)磨料顆粒并排同時(shí)射出時(shí)，其總寬度應(yīng)低于噴嘴的直徑。例如，如果選擇1.00 mm 的噴嘴，磨料的粒徑應(yīng)控制在333 μm 以內(nèi)，即磨料的最大目數(shù)應(yīng)為80 目。為了確保磨料選擇的合理性，需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，需要分別設(shè)置不同的工況方案，并通過對各方案的對比，確定出最佳的磨料。例如，在進(jìn)行套管外切割時(shí)，最好選擇100#棕剛玉。一旦確定了磨料，根據(jù)套管和射流裝置的具體情況，通過相應(yīng)的計(jì)算公式，可以推導(dǎo)出切割操作時(shí)最佳的進(jìn)給速度、水流量和磨料量等參數(shù)，以確保整個(gè)切割操作能夠順利進(jìn)行。

1.2.3 壓力損失計(jì)算

在磨料射流切割過程中，高壓作用下，磨料會沿著主管路流動。然而，這一過程中可能出現(xiàn)一定的壓力損耗。特別是在深水施工時(shí)，射流管道越長，產(chǎn)生的壓力損耗越高，導(dǎo)致射流束到達(dá)切割位置時(shí)的壓流越小，這不符合水下切割的要求，可能會影響油井套管的切割效果，不利于隔水管的重置。因此，為了確保磨料射流切割的順利進(jìn)行，需要在切割之前根據(jù)管道長度、磨料種類等因素，精確確定出壓力損失值。具體計(jì)算公式如下[3]：

式中：Δp為射流過程中的壓力損失值(MPa)；ΔD為作業(yè)現(xiàn)場水深的提高值(m)；f為磨料射流束與管道間的摩阻系數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)確定；ρ為磨料射流的密度值(kg/m3)；Q為射流流量(m3/s)；d為主管道的直徑(m)。

1.3 多層套管拔樁力

老套管切割后，需要將原有套管管柱進(jìn)行回收，為新隔水管的置入提供充足空間。在套管管柱拔出時(shí)，需要注意拔樁力的控制。為了設(shè)計(jì)出最佳的拔樁力，需要考慮多個(gè)因素，包括管柱的重量、井口直徑大小、擴(kuò)大率、水體深度、套管頭高度、套管頭重量、水泥漿密度以及油井結(jié)構(gòu)情況等。通過大量實(shí)踐研究表明，確定拔樁力時(shí)，可以按照公式(2) 進(jìn)行推算[4]。該公式得出的結(jié)果與實(shí)際情況非常接近，誤差通?？刂圃?%范圍內(nèi)。

式中：Qut為上拔力的最大值(t)；W為整個(gè)管柱的重量(t)；σ為管道的抗拉強(qiáng)(t/m2)；A0為管道沒有切割處的表面積(m2)；A為切割處上端土圓柱體的表面積(m2)；Su為不排水抗剪強(qiáng)度(t/m2)。

1.4 隔水管一體化技術(shù)

對于老套管管柱來說，通常需要在泥面下方進(jìn)行整體切割，然后將其拔出，為后續(xù)新導(dǎo)管的置入做好準(zhǔn)備。然而，在新隔水管置入過程中，由于整個(gè)操作處于水面下方，定位難度較大，導(dǎo)致側(cè)孔鉆取的精度較低，新隔水管的精確度也受到影響，往往不符合前期設(shè)計(jì)要求，從而對后續(xù)油井的進(jìn)一步開采造成干擾[5]。

為了解決這一問題，開發(fā)出了兩種先進(jìn)的水下置入控制工具：可調(diào)節(jié)導(dǎo)向錐和預(yù)開窗斜向工具。利用這兩者構(gòu)建出了隔水管一體化工具，用于對新隔水管置入的控制。通過應(yīng)用該工具，可以精確控制隔水管的導(dǎo)入，確保導(dǎo)管中心與原井眼處于同一垂直線上。此外，該工具還可以為側(cè)孔的鉆取提供支持。在新隔水管置入前，還需要對已回收的套管進(jìn)行檢查，評估其偏向狀況。然后，根據(jù)這一評估結(jié)果，調(diào)整導(dǎo)向錐的角度，提升斜向工具位置的精確性，使其與原套管偏心情況相同。這樣做的目的是確保新隔水管在后續(xù)油田開采中發(fā)揮出最大的作用。

1.5 隔水管重置

在調(diào)整井施工過程中，通常選擇修井機(jī)來逐漸將隔水管置入到水下油井中。然而，實(shí)際施工過程中，隔水管的重置主要受到兩個(gè)因素的影響：設(shè)備的轉(zhuǎn)盤通孔尺寸大小和隔水管道的外徑尺寸。為了控制這兩個(gè)因素對隔水管重置的影響，開發(fā)出了一種無接箍隔水管，提高了隔水管重置時(shí)的通過性，確保新隔水管能夠順利進(jìn)入到預(yù)期位置處。同時(shí)，還開發(fā)了一種薄接箍表層套管，增強(qiáng)了套管在隔水管中的通過性，為側(cè)孔的鉆取提供了有力支持。

2 隔水管重置技術(shù)在海上油田的首次應(yīng)用

2.1 隔水管重置參數(shù)設(shè)計(jì)

某海上油田E9 井經(jīng)過多年的開采后，受到地層出砂因素的影響，儲油產(chǎn)量大幅度降低，盡管經(jīng)過多次維修，效果并不理想，嚴(yán)重干擾了該油井的進(jìn)一步開采。針對這一問題，E9 井采用了隔水管重置技術(shù)，對老槽口進(jìn)行側(cè)向鉆取，構(gòu)建出新的油井用于剩余儲油的開采。通過調(diào)查，可以得到該礦井的結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)果，詳細(xì)如表1 所示。

表1 某海上油田E9 井結(jié)構(gòu)參數(shù)

基于以上信息，可以確定射流裝置的各項(xiàng)參數(shù)，具體如下：泵壓力設(shè)置為250 MPa，泵排量設(shè)置為30 L/min；射流量設(shè)置為3 kg/min；噴嘴選擇陶瓷材質(zhì)，直徑為1.00 mm，轉(zhuǎn)速為3 r/min；射流水功率值為125 kW；噴嘴反力設(shè)定為350 N。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)上述所述的計(jì)算公式，可以推導(dǎo)出磨料射流切割的門限壓力與最小噴射速度，具體結(jié)果如表2 所示。

表2 出磨料射流切割的門限壓力與最小噴射速度

2.2 現(xiàn)場作業(yè)情況

根據(jù)工程需求，在施工現(xiàn)場完成了磨料射流系統(tǒng)的組裝，并采用吊裝的方式將其運(yùn)送到施工位置處，然后將其放置于泥面下方4.5 m 處，一次性完成了整個(gè)管柱的切割工作。切割完成后，回收了舊的套管，并在現(xiàn)場拼接了隔水管一體化工具，根據(jù)之前介紹的內(nèi)容，按照前期繪制出來的劃線標(biāo)志，測量了切斷面的偏心情況，同時(shí)對導(dǎo)向錐進(jìn)行了調(diào)節(jié)，使其位置更加精確。之后，根據(jù)設(shè)計(jì)方案的內(nèi)容，測量出了斜向開孔的具體位置，并置入了預(yù)開窗斜向工具，然后重置了7 條800 mm(24 寸)新的隔水管。隔水管重置完成后，對整個(gè)井槽進(jìn)行了檢測，通過檢測可以發(fā)現(xiàn)，新井槽的質(zhì)量良好，符合水下石油開采的要求。

3 運(yùn)用前景及意義

相較于傳統(tǒng)的磨銑開窗施工技術(shù)，該技術(shù)的施工效率更高，能夠節(jié)約108 h 左右，約等于4.5 d。按照日成本為80 萬元計(jì)算，可以降低360 萬元的成本。同時(shí)，新井槽的質(zhì)量較高，位置精確，有利于后續(xù)儲油的開展，對海上油田及社會的發(fā)展均具有重要意義。

4 結(jié)語

綜上所述，隔水管重置技術(shù)是現(xiàn)代老油田深度開發(fā)利用的重要改造方案。通過應(yīng)用該技術(shù)，可以構(gòu)建出新的井槽，且新井槽的構(gòu)建成本較低，速度較快。這為海上油田老油井的深度挖潛打下了良好基礎(chǔ)，使得油田開采企業(yè)能夠創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。