新型扩眼器在海上油田的实际应用

1. 背景

蓬莱19-3油田是目前中国最大的海上油田, 位于渤海中南部海域, 平均水深28 m。该油田于1999年探明储量, 2002年一期投产, 2007年二期陆续投产。但随着油田的深度开发, 陆续出现了地层大量出砂、油井产量下降和含水率上升等问题。综合考虑修井作业难度大、费用高、周期长等因素, 目前普遍采用封堵原有产层、开窗侧钻出新井眼并重新完井的方法。

A06ST04井为开窗侧钻井, 计划钻152 mm (6 in) 裸眼井段, 并下入127 mm (5 in) 尾管。但是要在152 mm (6 in) 裸眼井段用127 mm (5 in) 尾管完井, 面临的主要问题是井壁稳定性差和环空间隙过小, 它增加了潜在的钻井事故的风险, 会导致难以下入尾管和较差的固井质量, 还会给完井防砂作业带来困难。而使用扩眼器可将152 mm (6 in) 裸眼井段扩大至178mm (7in) , 从而为解决上述问题提供了最简便有效的方法。因此, 作业计划调整为钻152mm (6 in) 裸眼井段后扩至178 mm (7 in) , 下入127 mm (5 in) 尾管。

2. 扩眼器介绍

2.1 工具规格

2.1.1 工具外径:149 mm (5.88 in)

2.1.2 可扩眼尺寸:159 mm (6.25 in) , 178 mm (7 in) , 191mm (7.50 in) , 200 mm (7.88 in) , 216 mm (8.50 in)

2.1.3 工具内径:38 mm (1.50 in)

2.1.4 最大排量:1560 L/min (413 gpm)

2.1.5 最高工作温度:150 0C

2.2 特点

毋庸置疑, 扩眼器的性能成为此次作业成功与否的关键, 该扩眼器采用了一系列独特创新的设计, 在增强可靠性的同时, 质量与性能也得到进一步完善与提高, 工作效率增长了20%以上。其具体创新设计如下:

2.2.1 多种激发方式。

使用投球、RFID (射频识别) 和循环开/关泵三种方式激发。可根据现场实际情况和用户需求灵活选择激发方式。其中, RFID (射频识别) 激发方式成功地把射频识别这一非接触识别技术应用到控制井下工具, 打破了传统工具控制方式的局限性, 具有里程碑的意义。

2.2.2 控制部分和扩眼部分相分离。

该扩眼器由两部分组成—控制接头和扩眼本体, 采用了控制部分和扩眼部分分离的设计, 控制部分可根据激发方式的不同而调整, 并能根据实际需要进行替换。

2.2.3 液压驱动。

当工具被激发, 开泵并达到设计排量后, 在压差作用下, 刀片会自动张开, 停泵刀片就会立即收回。操作非常简便。

2.2.4 PDC固定刀片。

该扩眼器共有三个刀片, 采用PDC切削齿, 具有高冲击强度和良好的抗磨蚀性, 可应用于硬度高、磨蚀性强和多变的地层。另外, 刀片的外径不会随外力变化, 使得扩眼的尺寸基本恒定, 保证了扩充井眼的均匀一致性。

2.2.5 同心设计。

该扩眼器采用了平衡性的同心设计, 三个刀片均匀分布, 三个喷嘴尺寸相同。这种设计减少了扩眼过程中的震动, 使载荷均匀、液流合理分布。

3. 现场应用

3.1 作业计划

3.1.1 首先对原井眼A06ST03井进行弃井作业, 封堵产层;

3.1.2 在245 mm (9-5/8 in) 套管内431 m处开窗;

3.1.3 钻216 mm (8-1/2 in) 裸眼;

3.1.4 下入178 mm (7 in) 尾管, 尾管底部在1039 m;

3.1.5 钻152 mm (6 in) 裸眼至1971 m;

3.1.6 从1042 m-1948 m处将152 mm (6 in) 裸眼井段扩大至178 mm (7 in) ;

3.1.7 下入127 mm (5 in) 尾管;

3.1.8 固井并测固井质量。

3.3 作业步骤

扩眼器在库房进行了功能测试和试压, 工作正常, 密封性能良好。此次作业扩眼器使用机械式控制部分, 采用投球激发方式。一共安装有10个销钉, 设定剪切值为10.3 MPa (1500psi) 。扩眼器安装有3个5 mm (6/32 in) 的喷嘴, 工具组合底部还有1个14 mm (18/32 in) 的喷嘴, 在950 L/min (6 bpm) 的排量下, 产生约3.9 MPa (570 psi) 的压差, 可提供足够的驱动力保证刀片完全打开。

该扩眼作业如期按以下步骤进行:

3.3.1 组合扩眼工具, 并对LWD工具地面测试;

3.3.2 下钻至预定位置, 投球打压, 激发扩眼器;

3.3.3 保持950 L/min (6 bpm) 的泵排量, 以60 rpm的转速从1042 m开始扩眼, 每扩1柱划眼2遍。扩眼300米短起一次;

3.4 结果

3.4.1 该作业仅用56小时 (扩眼时间) 就将906米的152 mm (6 in) 井眼扩至7 in, 平均扩眼速度达到了16.18米/小时;

3.4.2 LWD测井工具工作正常, 取得了所需的地层数据。节省一趟钻, 节约了至少20个小时的钻井时间;

3.4.3 1039米的127 mm (5 in) 尾管在20小时之内被顺利下到位, 下入过程中没有任何遇阻;

3.4.4 127 mm (5 in) 尾管顺利固井, 电测固井质量优良;

3.4.5 安全高效完成此次作业, 无任何损失工时, 无任何安全事故;

摘要：渤海蓬莱19-3油田在开发过程中出现了地层出砂和产量下降的问题。目前普遍采用的恢复生产的方法是通过封堵原有产层、开窗侧钻出新井眼并重新完井。A06ST04井计划在178 mm (7 in) 套管开窗, 侧钻152 mm (6 in) 裸眼并下入127 mm (5 in) 尾管完井。但面临的问题是环空间隙小和井壁不稳定, 导致下尾管不顺畅、固井质量难以达到生产要求。扩眼作业成为解决上述问题的最简便最有效的方法。该作业只用一趟钻就成功地将906米的152 mm (6 in) 井眼扩大为178mm (7 in) 。此后, 127 mm (5 in) 尾管顺利下到位, 并获得较好的固井质量。作者将在本文介绍新型扩眼器并回顾此次作业的具体过程和面临的挑战。

关键词：扩眼作业,扩眼器,小井眼完井,开窗侧钻

参考文献

[1] Luis A.GONZALEZ, Eddie VALVERDE, Tommy LAIRD.RFID Provides Multiple On-Demand Activation/Deactivation Reli-ability to Underreaming[J].SPE 146033, 2011.

[2] Luis A.GONZALEZ, Eddie VALVERDE, Tommy LAIRD.Improving underreaming reliability with RFID technology[J].World Oil, 2012 Apr:51-63.