張炳軍, 陳建波, 成軍軍, 李金剛, 任小虎, 楊新宏

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶事業(yè)部, 陜西 西安 710201)

0 引 言

鉆具輸送濕接頭水平井測(cè)井技術(shù)是目前各類大斜度井、水平井測(cè)井中運(yùn)用最成熟的技術(shù),施工要求測(cè)井時(shí)旁通不出表套[1],因此,在表層套管長(zhǎng)度一定的情況下,水平段越長(zhǎng),對(duì)接測(cè)井次數(shù)越多。在長(zhǎng)慶油田水平井測(cè)井應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),在對(duì)接次數(shù)大于4次,以及存在井涌、井溢風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜水平井進(jìn)行濕接頭測(cè)井施工時(shí),存在水平段開泵循環(huán)對(duì)接成功率低、井控安全風(fēng)險(xiǎn)大、時(shí)效低、成本高等一系列問題。

針對(duì)以上問題,提出了一種新的測(cè)井工藝方法,通過應(yīng)用新型橋式濕接頭[2]、柔性電纜連接器[3]等對(duì)接工具,規(guī)范施工工藝流程,形成了橋式濕接頭水平井測(cè)井工藝技術(shù),經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用,取得良好效果。

1 常規(guī)濕接頭水平井測(cè)井現(xiàn)狀

長(zhǎng)慶油田水平井測(cè)井主要有鉆具輸送濕接頭測(cè)井和過鉆桿存儲(chǔ)式測(cè)井2種,其中80%以上的水平井采用鉆具輸送濕接頭測(cè)井。對(duì)2013年315口和2014年286口油井水平井套管下深、濕接頭對(duì)接測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),水平段平均長(zhǎng)度超過了950 m,而表層套管平均下深不到300 m,濕接頭測(cè)井平均對(duì)接槍次數(shù)達(dá)到4次(見表1)。

水平井測(cè)井時(shí)旁通不允許出表套,當(dāng)濕接頭對(duì)接點(diǎn)在大斜度段或水平段時(shí),必須依靠連接方鉆具開泵加壓循環(huán)泥漿泵送母槍,

公母槍完成對(duì)接后拆

除方鉆桿,再進(jìn)行鉆具輸送測(cè)井[4]。對(duì)接次數(shù)與完鉆井深、對(duì)槍點(diǎn)深度、表層套管下深之間的關(guān)系是

Q=E+1

(1)

E=(H-a)/b

(2)

式中,Q為對(duì)接次數(shù);E為水平段長(zhǎng)度與表層套管長(zhǎng)度的比值,即水表比;H為完鉆井深;a為第1次對(duì)接點(diǎn)深度(井斜小于35°),b為表套長(zhǎng)度。

當(dāng)水表比E>1時(shí),需多次開泵加壓循環(huán)泥漿進(jìn)行泵送對(duì)槍。由表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出,隨著對(duì)接次數(shù)的增加,測(cè)井一次成功率大幅下降?？偨Y(jié)分析認(rèn)為主要有4方面原因。

(1) 泵送對(duì)接對(duì)鉆機(jī)性能要求高。受對(duì)接點(diǎn)深度、泥漿比重、黏度及沉沙等影響,在水平段大于800 m的井中,為保障對(duì)接成功,泵送母槍的速度控制在3 600～5 400 m/h,泥漿泵泵壓應(yīng)不小于12 MPa,在實(shí)際施工中,因鉆機(jī)性能不穩(wěn)定,泵壓不夠使泵送速度達(dá)不到要求,導(dǎo)致對(duì)接失敗的概率達(dá)到15%以上。

(2) 在大斜度或水平段泵送對(duì)接時(shí)受井況及泥漿性能影響大。受重力影響,泥漿中雜物(如堵漏劑、巖屑、編織袋等)容易沉積,泵送時(shí)異物填埋公槍或進(jìn)入母槍內(nèi),造成對(duì)接失敗,甚至損壞工具,導(dǎo)致起鉆返工。例如固平××-××井,表套長(zhǎng)232 m,水平段長(zhǎng)1 134 m,井漏嚴(yán)重,泥漿中堵漏劑含量高,在水平段泵送對(duì)槍時(shí),選用孔隙較大的泥漿濾網(wǎng),施工中連續(xù)5次泵送對(duì)接失敗,起出鉆具發(fā)現(xiàn)堵漏劑進(jìn)入母槍內(nèi),公槍損壞變形(見圖1)。采用常規(guī)濕接頭工藝測(cè)井耗時(shí)57 h無法完成測(cè)井,后改用過鉆桿存儲(chǔ)式測(cè)井,總耗時(shí)近80 h。

圖1 公槍損壞對(duì)比圖

(3) 泵送對(duì)接井控安全風(fēng)險(xiǎn)高。開泵加壓循環(huán)泥漿容易導(dǎo)致井壁垮塌,致使井筒不暢,造成計(jì)劃外通井。據(jù)統(tǒng)計(jì),泵送濕接頭水平井測(cè)井通井率達(dá)到了17%以上,平均通井耗時(shí)大于26 h,導(dǎo)致測(cè)井時(shí)間長(zhǎng)、效率低,延長(zhǎng)了完井周期。高壓泥漿流作用容易導(dǎo)致低壓層被壓漏,泥漿漏失,井筒壓力失衡造成井涌井噴事故。在超前注水區(qū),因井筒壓力大,部分井段需要重泥漿平衡,循環(huán)對(duì)槍使重泥漿流失,容易誘發(fā)井涌溢流事故。

(4) 泵送對(duì)接需鉆井隊(duì)緊密配合,工序多,耗時(shí)長(zhǎng),成本高。在大斜度段和水平段進(jìn)行對(duì)接時(shí),每次對(duì)接都需要鉆井隊(duì)安裝泥漿濾網(wǎng)、接方鉆桿,開泵加壓循環(huán)泥漿,對(duì)接成功后拆除方鉆桿、泥漿濾網(wǎng),再進(jìn)行鉆具輸送測(cè)井,單次泵送對(duì)接耗時(shí)2 h以上,安裝和拆卸鉆具過程中,還存在井口處夾傷電纜的風(fēng)險(xiǎn)[5-6]。

2 橋式濕接頭水平井測(cè)井技術(shù)

橋式濕接頭水平井測(cè)井技術(shù)是以鉆具輸送濕接頭測(cè)井技術(shù)為基礎(chǔ),結(jié)合電纜短節(jié)對(duì)接法[7]提出的將對(duì)接點(diǎn)延伸至直井段,依靠工具重力、慣性對(duì)接,省略泵送對(duì)槍環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)水平井直井段多次對(duì)接的一種新的水平井測(cè)井工藝技術(shù)。

2.1 橋式濕接頭水平井測(cè)井原理

橋式濕接頭水平井測(cè)井是通過選用一段通斷絕緣良好的電纜短節(jié)(一端接柔性電纜連接器,便于在滾筒上攜帶電纜短節(jié);另一端接常規(guī)電纜連接器,連接母槍),在施工時(shí),首先將下井儀器串通過鉆具輸送至對(duì)槍位置處(井斜小于35°),將連接好母槍的電纜短節(jié)與下井儀器串對(duì)接,完成一級(jí)對(duì)接后,將帶有柔性電纜連接器的電纜短節(jié)另一端與橋式濕接頭對(duì)接工具連接,使二級(jí)對(duì)接點(diǎn)延伸到直井段(見圖2),施工時(shí)無需開泵加壓循環(huán)泥漿,僅依靠工具重力、慣性實(shí)現(xiàn)濕接頭公、母槍對(duì)接,鉆具輸送完成測(cè)井。應(yīng)用時(shí)可根據(jù)井身結(jié)構(gòu)、電纜短節(jié)長(zhǎng)度等拓展為3級(jí)以上分級(jí)對(duì)接,實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)水平段井無泵送多次對(duì)接測(cè)井。

圖2 橋式濕接頭水平井測(cè)井示意圖

2.2 關(guān)鍵技術(shù)及革新

橋式濕接頭水平井測(cè)井工藝技術(shù)核心是通過選取合適長(zhǎng)度的電纜短節(jié),并合理應(yīng)用柔性電纜連接器、橋式濕接頭工具,使對(duì)接點(diǎn)始終保持在井斜小于35°的井段內(nèi)。

2.2.1 電纜短節(jié)長(zhǎng)度計(jì)算方法

電纜短節(jié)長(zhǎng)度是指連接橋式濕接頭與常規(guī)濕接頭之間的電纜長(zhǎng)度。電纜短節(jié)的長(zhǎng)度要根據(jù)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算,首先應(yīng)滿足35°井斜以下至井底的距離要小于35°井斜以上至井口距離,才能保證橋式濕接頭、常規(guī)濕接頭分別對(duì)接時(shí)均處于井斜小于35°的井段內(nèi)實(shí)現(xiàn)直井段多次對(duì)接。計(jì)算電纜短節(jié)長(zhǎng)度時(shí)要加上每次對(duì)接測(cè)井時(shí)保證資料完整的曲線重復(fù)距離(不小于50 m)[8],結(jié)合實(shí)際得出電纜短節(jié)長(zhǎng)度計(jì)算方法

H-a-b≤L≤a-100

(3)

式中,L為電纜短接長(zhǎng)度;H為完鉆井深;a為第1次對(duì)接點(diǎn)深度(井斜小于35°);b為表套長(zhǎng)度。

施工前首先要選擇通斷絕緣良好的電纜制作電纜短節(jié),根據(jù)井身結(jié)構(gòu)計(jì)算電纜短節(jié)長(zhǎng)度,如井深3 500 m,表套300 m,井斜35°時(shí)井深為2 000 m,通過式(3)計(jì)算得出電纜短節(jié)選擇范圍為1 200≤L≤1 900 m。確定了電纜短節(jié)的長(zhǎng)度后,將電纜短節(jié)用柔性電纜連接器連接上載到測(cè)井車的滾筒上。施工完成后將電纜短節(jié)卸載到便攜式滾筒上備用。

2.2.2 柔性電纜連接器的使用方法

柔性電纜連接器主要用于滾筒攜帶電纜短節(jié),和對(duì)槍時(shí)電纜連接器能安全順利通過天地滑輪(見圖3)。柔性電纜連接器是在電纜連接器外殼上加工“Ω”形間隙縫,每2段間可彎曲一定角度,4處“Ω”型縫組成一組,可使柔性電纜連接器彎曲度達(dá)到10°～15°,與滑輪槽緊密貼合,使電纜連接器在受力均衡的情況下通過天地滑輪,避免了應(yīng)用常規(guī)電纜連接器時(shí)出現(xiàn)的易折斷情況,可實(shí)現(xiàn)不中斷連續(xù)測(cè)井。

圖3 柔性電纜連接器示意圖

2.2.3 橋式濕接頭連接方法

橋式濕接頭由公槍短節(jié)和防轉(zhuǎn)短節(jié)2部分組成(見圖4)。公槍外壁設(shè)計(jì)有定位環(huán),用于連接公槍短節(jié)的外殼;防轉(zhuǎn)短節(jié)內(nèi)設(shè)計(jì)有防轉(zhuǎn)套,可避免外殼與鉆具連接時(shí)公槍一起旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致電纜打紐。

圖4 橋式濕接頭示意圖

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí),先將下井儀器、常規(guī)濕接頭工具的公槍總成連接于鉆具底部,開始下放鉆具。鉆具下深一般比電纜短節(jié)長(zhǎng)度短8～15 m(該數(shù)據(jù)為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)),既方便電纜短節(jié)連接橋式濕接頭,又方便電纜短節(jié)超出鉆具長(zhǎng)度部分電纜在連接后沉沒于鉆具水眼中。例如使用1 500 m電纜短節(jié),鉆具下深范圍1 485～1 492 m。鉆具下到預(yù)定位置后,將橋式濕接頭防轉(zhuǎn)短節(jié)接于井隊(duì)鉆具上,完成后開始對(duì)槍,對(duì)槍成功后用電纜卡將電纜座于井口,用游車提起橋式濕接頭的公槍短節(jié),將電纜短節(jié)上電纜連接器和公槍短節(jié)底部的下電纜連接器連接,完成后去掉電纜卡,將公槍短節(jié)與防轉(zhuǎn)短節(jié)連接,再將組合好的橋式濕接頭與鉆具連接。所有連接完成后,井隊(duì)下鉆到對(duì)接點(diǎn),將帶電纜連接器的電纜穿過1 m提升短節(jié)、旁通短節(jié)、電纜切斷器后與母槍連接[9]。用游車提起旁通組合與鉆具連接,下放電纜對(duì)槍,對(duì)槍成功后,按照濕接頭測(cè)井工藝完成測(cè)井。橋式濕接頭連接過程見圖5。

圖5 橋式濕接頭連接過程示意

3 施工流程

根據(jù)橋式濕接頭測(cè)井工藝特點(diǎn),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井作業(yè)要求,制定了現(xiàn)場(chǎng)施工流程(見圖6)。

4 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

2014年10月在長(zhǎng)慶油田固平××-××井首次應(yīng)用橋式濕接頭水平井測(cè)井工藝技術(shù)進(jìn)行施工。該井井深2 898 m,水平段長(zhǎng)1 248 m,1 520 m處井斜34°,選用1 530 m的電纜短節(jié),施工中均一次對(duì)接成功,水平段測(cè)井用時(shí)7 h,取得合格資料,較常規(guī)濕接頭測(cè)井工藝節(jié)約近3 h。

圖6 橋式濕接頭測(cè)井施工流程圖

目前已應(yīng)用橋式濕接頭工藝測(cè)井16口,對(duì)測(cè)井時(shí)效、作業(yè)一次成功率等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),與2015年采用常規(guī)濕接頭工藝測(cè)的21口井進(jìn)行對(duì)比(見表2)。測(cè)1口水平井平均對(duì)接4次,單井節(jié)約占井時(shí)間3.8 h;對(duì)接4次以上的井測(cè)井一次成功率提高了17.7%。采用常規(guī)濕接頭工藝測(cè)的21口井,水平段通井4次,通井率19.05%,平均野外測(cè)井時(shí)間52.7 h;采用橋式濕接頭工藝測(cè)的16口井均未出現(xiàn)通井,平均野外測(cè)井時(shí)間39.5 h,節(jié)約了13.2 h。

與常規(guī)濕接頭測(cè)井技術(shù)相比,橋式濕接頭測(cè)井具有4個(gè)特點(diǎn)。

(1) 不受鉆機(jī)性能影響,施工適用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。橋式濕接頭測(cè)井技術(shù)是通過合理利用新型濕接頭對(duì)接工具,使對(duì)接點(diǎn)始終保持在直井段,無需泵送對(duì)接,

規(guī)避了因泥漿泵壓不足造成的水平段對(duì)槍

失敗,甚至無法施工的情況?？蛇m用于不同鉆機(jī)性能的施工要求。

(2) 井況和泥漿性能對(duì)測(cè)井施工的影響因素大幅減少。無泵送直井段對(duì)接,規(guī)避了在大斜度段和水平段因循環(huán)泥漿造成的巖屑、堵漏劑等異物填埋對(duì)接工具的風(fēng)險(xiǎn),有效降低了起鉆返工的概率。

(3) 井控安全風(fēng)險(xiǎn)低,測(cè)井安全性更好,效率更高。橋式濕接頭工具內(nèi)部公槍總成通過定位環(huán)與殼體相連,保障了鉆具水眼暢通,方便井控措施。施工時(shí),對(duì)接均在直井段進(jìn)行,對(duì)于實(shí)施壓井作業(yè)或用高黏度泥漿保護(hù)垮塌井段的井無需接方鉆具開泵循環(huán)泥漿,避免了因泵送對(duì)接造成井涌、井溢、井眼垮塌等安全風(fēng)險(xiǎn)。

(4) 省略泵送對(duì)槍環(huán)節(jié),工藝流程進(jìn)一步優(yōu)化,效率效益顯著提高。省略了安裝泥漿濾網(wǎng)、接方鉆桿、開泵加壓循環(huán)泥漿等工序,與常規(guī)濕接頭測(cè)井相比,一次對(duì)接可節(jié)約近1 h,按平均對(duì)接4次計(jì)算,一口井可節(jié)約近4 h,測(cè)井時(shí)效明顯提高,同時(shí)可降低井口夾傷電纜的概率。另一方面,為鉆井隊(duì)節(jié)約了泥漿、油料、人工等成本。通常循環(huán)一小時(shí)泥漿燃油費(fèi)用約1 200元,平均一口井泵送4次,僅材料成本可節(jié)省6 000余元。

5 結(jié) 論

(1) 經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用,橋式濕接頭測(cè)井技術(shù)能夠滿足表套短、水平段長(zhǎng)、泥漿泵壓低、井控風(fēng)險(xiǎn)高的復(fù)雜水平井測(cè)井施工要求,測(cè)井流程更加優(yōu)化,時(shí)效更高,成本更低,是一種新的水平井測(cè)井工藝技術(shù)。

(2) 新型對(duì)接工具橋式濕接頭與鉆具連接方便,電氣性能良好,符合測(cè)井需求。

(3) 柔性電纜連接器能夠順利通過天地滑輪,使電纜短節(jié)與作業(yè)隊(duì)電纜連接方便,便于攜帶,安全性能良好。

(4) 該技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步提升了復(fù)雜水平井測(cè)井能力。

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