水平井大修技术探讨及借鉴性经验分享

1、水平井大修作业技术探讨及借鉴性经验分享 国泰技术管理部 二0三年四月二十三日 水平井大修作业技术探讨及借鉴性经验分享 一 水平井概念及分类 二 水平井完井方式 三 水平井压裂方法简介 四 水平井作业技术特点 五钻具工具的选择 六 水平井冲砂工艺技术 七解卡打捞作业技术 八 钻铣技术 九 卡堵水技术 十 套损井修井技术 十一 结论 前言水平井能增加油藏的渗流和供油面积，增加油气井产能、注入能力、 动用的储量，是油气田高效开发的一项重要技术 ，是当今石油工业发展最重 要的关键技术之一。随着钻井技术水平的不断提高和油气田开采进入后期， 水平井的应用越来越广泛。目前，在吉林油田水平井以独特的工艺技术，

2、显示 出了卓越的优点，已经进入了一个崭新的发展阶段。随着水平井技术的推广 应用,相应产生了水平井井下故障排除作业技术，据调研，在吉林油田针对水 平井井下故障，实施小修作业已经进行多口井尝试性作业，没有收到较好的 效果。截止目前，大修作业并未开展此项工作，因此，针对水平井大修工艺 技术进行可行性探讨是一项具有前瞻性技术课题，对拓展和提升大修技术水 平具有重要意义，应是企业一项发展战略目标。 面对国内各大油田关于水平井作业研究和实践，结合吉林油田及合资的实际 情况，引入和消化水平井作业部分技术，可对国泰公司水平井作业配套措施 研究，进行科学的论证，为水平井作业提供一个新的思路。以下是：水平井 大修

3、作业技术探讨及借鉴性经验分享，仅供参考。 一水平井概念及分类 （一）水平井概念 水平井是井眼轨迹同油层走向基本一致，井斜角不低于86的特殊定向井。 它可有效地增加油气层的泄露面积，提高油气采收率，是增加产油量的有效 法简介 平井完井方| 水平井的完井方法多达近 用 类别 曲率半径R 造斗率（K / 30m) 短半径 660 24 300 中半径 100245 620 长半径 30060C 26 30种，其中主要的完井方法是针对出砂 砂的油气田的完井方法种类反而少一些。 二 水平井完井方式 （一）不防砂的水平井完井方法 （1）裸眼完井（2）割缝衬管完井（3）打孔管完井（地面预钻孔尾管） （4）带

4、ECP的割缝衬管完井（5）射孔完井 （二）防砂的水平井完井方法 （1）割缝衬管完井（2）绕丝筛管完井（3）裸眼预充填砾石筛管完井（筛 管太重，应用较少，水平井基本不用（4）裸眼金属纤维筛管完井（5）裸眼烧 结陶瓷筛管完井（6）裸眼金属毡筛管完井（7）裸眼井下砾石充填完井（8）裸眼 化学固砂（9）衬管外化学固砂（10）裸眼高级优质筛管防砂完井（11）管内 下绕丝筛管完井（12）管内金属纤维筛管完井（13）管内烧结陶瓷筛管完井 （14）管内金属毡筛管完井（15）管内井下砾石充填完井（16）套管外化学 5 / 24 三水平井压裂方法简介 （一）方法分类 在水平井开发过程中，形成了多种增产改造工艺方法

5、，目前主要有以下6种。 （1）机械封隔器裸眼水平段分段压裂、酸化（2）遇液封隔器裸眼水平段分 段压裂、酸化（3）油管不动管柱喷射压裂（4）连续油管喷射、环空压裂 （5）机械桥塞分段压裂、酸化（6）固井滑套分段压裂、酸化 （二）压裂方法例证 (1)机械封隔器裸眼水平段分段压裂、酸化 /适应水平并覚护为丸：裸眼究、套管射孔畫井、轴別适应訖知究屮； /棗用的封隔器：裸眼杞統知隔籌.加滑去。 (2) 遇液封隔器裸眼水平段分段压裂、酸化 /建两水干7F兑丼方瓦：裸限无井査債射轧瓷片；特别适期血幷宜？K /采用旳旬昭器：遇液対髓器；加層套 四水平井作业技术特点 对于斜井或水平井弯曲井段可看作是由井斜角不同

6、的多边形组成的，水平井 中的管柱受力较为复杂，特别是“钟摆力”和弯曲应力很大、分力多，活动 解卡时的拉力和扭矩不易最大限度的传递到卡点上，解卡成功的机率低。倒 扣时也无法准确掌握中和点，倒扣打捞落物长度短，提下打捞工具次数多。 造成水平井修井技术具有难度高、风险大、工艺要求复杂等特点，这进一步 导致常规直井修井技术在难以水平井中有效实施。 严小件落物卡阻型 工艺管柱断脱卡阻型 井下工具卡阻型 测井仪器卡阻型 其它复杂卡阻型 五水平井钻具工具及配合工具的选择 水平井事故类型 技 术 难 占 八、 补鱼头引入和修整难 刚性工具和管柱下入难 存摩阻大，工艺实施难 井下落物判断难 钻磨易破坏套管 詩冲

7、砂易二次沉积,阻卡管柱 （一）钻具工具选择 （1）防止工作部件的磨损：使用18坡度钻杆、或无接箍柔性钻具及井下动 力钻具 （2）防止堵塞水眼：使用大水眼钻具或工具。 （3）工具接头以及配合接头最大外径处支点与钻柱之间的中心线倾斜角。选 择工具接头及配合接头的最大外径与预捞管柱外径基本一致，并且接头上下 具有外倒角，防刮、防卡，这样有利于起下及抓捞落物。 （4）落井管柱与打捞工具的偏心距基本一致，中心线基本一致，否则应给予 调节，内捞时工具端部有引锥，外捞时工具端部有拔钩，外表面无死台阶， 上下具有外倒角，防止挂卡现象发生。 （5）无需大力解卡打捞落井管柱时，选用与落井管柱同尺寸的钻柱。偏心距

8、和中心线与井下一致，有利于抓捞落物。 （6）为利于轴向载荷和扭转载荷的传递，可选用倒装钻具，即：下段采用与 落井管柱同尺寸的钻具柱，上段采用大一级的钻柱，或把钻铤加在垂直井段。 （7）尽可能采用与落井管柱尺寸接近的打捞钻柱，这样就只需小量调整或不 需调整钻柱偏心距和中心线。如：预捞 62m油管（接箍外径88.9mn）,选用 60.3mm占杆（接头外径85.73mm （8）在打捞钻柱上加扶正器，调整下段钻柱的偏心距和中心线，使之与落井 管柱基本一致。 （9）在钻柱上近工具处加扶正器，利用钻柱的弯曲变形来调节井下工具倾斜 角B （见图1）。即：支点T至工具端部中心线与井眼中心线夹角。以利于抓捞 落

9、物。 （ 10）使用优质钻具施工，勤检查，勤倒换钻具，重点防止钻具折断。 （二）扶正器的选用 根据几何原理，三点才能决定一条定形的曲线。因此，三个扶正器保持和井 壁三点接触（双扶正器时，井下工具相当于下扶正器） ，从而限制井下工具的 侧向移动。 钻柱可看作受集度为q的均布载荷作用的细长杆，由于井壁磨擦 力的影响，钻头的真实钻压是很难了解的，钻压对扶正器安放位置影响小， 为计算方便不考虑钻压的影响，即不考虑钻柱压曲而造成的正旋和螺旋弯曲， 仅考虑自重作用。 （1）近工具扶正器（下扶正器）的安放位置： 下扶正器至工具端部可看作一悬臂梁，取下扶正器至工具接头下圆的最大挠 度（绝对值） （ 2）扶正器

10、间距的计算 将一段钻柱作为一根连续梁，有几个扶正器支撑着， 选取中间支座处梁的截面弯矩作为多余约束力矩，由三弯矩方程知：在水平 段扶正器扶正间距最小，向上逐渐增大，使用不同的扶正器扶正间距不同， 但差别不大。必要时可每隔一个单根安放一个扶正器，目的主要是减少磨擦 面积，防止粘卡。 六 水平井冲砂工艺技术 （一）水平井冲砂特点 传统的冲砂工艺虽然能满足直井、定向井的要求 , 但难以满足水平井水 平井段的冲砂要求。由于水平井井身结构特殊 , 地层砂更容易进入井筒内 , 并在井筒底部形成砂床 , 出砂严重时可能砂堵井眼。与直井冲砂相比 , 水平 井冲砂存在以下问题 ： 冲洗液在水平井段及斜井段的携砂

11、能力低 , 地层砂 易沉降 , 停泵时很容易在大斜度井段形成砂桥 , 造成冲砂过程中砂卡事故的 发生；需冲洗的井段长；砂不易被冲起和清除干净。为利于冲洗液将砂 携走，需采用有效措施确保砂和杂质处于悬浮状态。常规冲砂工艺存在的缺 陷和不足，缺点是： 1）、由于接单根需要停泵，上返的砂子低于悬浮速度后迅速下沉，不但 降低了冲砂的速度，还容易形成砂桥发生卡钻事故。 2）、冲接一根单根需要14min,加深管柱越多需要冲洗的时间越长。 3）、没有实现冲砂池的密闭循环，冲砂液流经地面产生污染。 （二）建议水平井冲砂采用旋流连续冲砂工艺技术 旋流连续冲砂工艺技术能有效地解决目前油田冲砂作业施工中存在的易 砂

12、卡、污染环境等问题，同时能解决水平井冲砂存在的问题。反循环旋流连 续冲砂效率高，使冲砂液全部排入储液池，便于回收，同时能改善工人工作 条件。为此研制了系列连续冲砂装置，实现了不停泵作业，减少了接入单根 前循环时间，减少了冲砂完毕循环时间，减少劳动强度，有效地解决了冲砂 问题。 （1 ）旋流地面换向连续冲砂工艺技术 旋流连续冲 油管实现水平井 在接单根过程中 和砂卡管柱事故 场环境,改善工 通油管反循环旋 图 水平井普通油管 砂工艺技术是利用普通 反循环旋流连续冲砂的 不停泵,防止砂粒下沉 的发生，同时能保护井 人工作条件。水平井普 流连续冲砂工艺管柱见 反循环旋流连续冲砂工 艺管柱结构示意图

13、1新型反冲洗阀;2 高压自封封井器;3 油管; 4安全泄流阀;5 扶正器;6 水力旋流冲砂器 旋流连续冲砂工艺配套工具由井口循环工具和井下冲砂工具两部分构 成。 井下冲砂管柱自下而上为：水力旋流冲砂器+1根73mm（27/8英寸）油管 +118mr扶正器+27/8” mn油管+安全泄流阀+73mr油管至井口 +新型反循环洗阀 装置。 1）井口循环工具 水龙带 转换节总成 油管 转换节总成 吊卡 水龙带 井口自封总成 FH- 井口 1 油管水龙带 接泵车 5 井口循环工具包括高压自封封井器和反循环冲洗阀（如图）。利用该部分 工具可实现水平井不 停泵、反循环连续冲砂 作业,使冲砂液全部排 入储液池

14、，以便回收， 既能保护井场环境，又 能改善工人工作条件。 施工时,冲砂油管每一 根上端接一新型反冲 洗阀,它在管柱中的作 用是： （1）在入封井器前 相当于油管短节，此时 冲砂液循环路线为：大 四通油套环空进入，油 管上升至反冲洗阀通过管线流到地面储液池。 （2）进入封井器后，下部的滑动阀打开，上端的单流阀自动关闭，反冲洗阀 与封井器共同形成循环通道，冲砂液循环路线为：大四通油套环空进入，油管 上升通过反冲洗阀的滑动阀进入封井器的循环出口通道，通过管线接到地面 储液池里。此时管柱正好座在井口吊卡上，可实现不停泵接单根作业，从而实 现水平井连续冲砂作业。 （3）入井后（通过圭寸井器后）滑动阀自动

15、关闭，在圭寸井器以下时还是相当于 油管短节 2）井下冲砂工具 井下冲砂工具包括水力旋流冲砂器、安全泄流阀和扶正器。该部分完成 对地层砂的冲洗和安全泄流功能。水平井旋流冲砂器的作用是在套管内形成 高速旋流,搅动水平井段内的沉砂，有效地破坏砂床，使砂子和杂质始终处于 悬浮状态,有利于冲洗液将地层砂携走，将砂粒彻底冲洗干净。安全泄流阀在 冲洗阻力过高时起安全卸压的作用。 3）主要配套工具 1、新型反冲洗阀 新型反冲洗阀主要由油管接箍、压盖、弹簧、 阀球、球座、中心管、护套、矩形弹簧、0形密封 圈、滑动阀、下接头等零件组成，如图2所示。 由典J平丸汕笛履红 h奨屮或阳菅螺统 |1 2新型反冲洗阀 LT

16、lhtr接箍：盖：背一电T可球；6 1。一O形密封圈;7+-! W ；事一 会:9 形弹赁：L 1 T Ttt旦躺及水平 祁段边冲边下 清洗 fiK :震击倒扣解卡技术：在前两种方法解卡不成功时，可利用震击配合倒扣进 军卡。管柱结构和震击法管柱结构相似，只是打捞工具采用可倒扣打捞工 由于倒扣时无法准确掌握中和点，倒扣打捞落物长度短，当倒出一部分 主过卡阻点后，再配合震击，再行打捞。 求鹰般llE 飜 阻力淞解卡丽j判断B起出 常规水平井解卡打捞工序示意图 （四）打捞技术 19 / 24 和直井一样，水平井在生产和各项作业过程中，也可能出现工具落井的意 外情况，造成下步措施受阻，为此必须实施打捞

17、作业，以保证后续工艺顺利 实施。另外，由于防砂或堵水等工艺的要求，部分井下工具及管柱会留在井 中。若管柱失效，也必须进行打捞。 （1）井下增力打捞工艺是针对水平井实施打捞的一项技术，对卡点附近的 打捞解卡，尤其是防砂失效井滤砂管的解卡效果非常明显。打捞管柱主要由 可退式捞矛、井下打捞增力器、扶正器和配套工具等组成，对于普通落鱼的 打捞解卡，直接下可退式打捞工具倒扣处理至卡点附近，再下入井下增力器 将落鱼捞获以井下打捞增加产生的大吨位拉力将落鱼捞出。 （2）水平井管柱切割打捞技术与工具 水平井由于管柱卡钻，造成打捞和磨铣风险较大，采用切割打捞技术： 钻具组合：水力割刀+稳定器+异径接头+连接管+

18、定位器 R1巾44水力站劎 血48隐定器（图“为鉴体螺旋式。主蔓是保证割刀在切制过程中的居屮及稳定性掃 正器、动力钻具等工具组 钻进，防止工具损伤井壁 成水平井套管内水泥用该 井套管内水泥塞、可钻材料封隔器等井下工具的钻 扶正器+ （诵井、钻、套 保证钻头沿着井眼的方向 利用该套钻具组合可以完 管柱结构：锥度钻杆 避免钻侧孔现象发生 磨铣）工具 工艺技术: 1. 根据落鱼确定定位器接触面至割刀。 2. 连接割刀，确定记录刀头启动时的排量。 3. 按照钻具串连接工具。 4. 计算定位器下入时的方入。 5. 定位器接触面与鱼头接触时，加压 30-40NK 6.以最低转速转动转盘，旋转平稳后，开泵切

19、割刀的排量，排量为初时排量 的 1.2-1.3 倍 7.切割15-20分钟，停泵起钻 八钻铳技术 水平井钻铣作业所使用的井下动力钻具管柱主要由钻头（磨铣工具）、滚动扶 成，其中动力钻具提供旋转动力，滚动扶正器可以 25 / 24 九卡堵水技术 对长井段、非均质严重的水平井，以及阶梯式水平井一般采用分段射孔的 完井方案，先射开下部井段生产，生产一段时间后，由于受底水或边底水的 影响，射开井段含水率上升，将会影响了水平井的开发效果。 A化学堵水：针对不同的出水原因，需要采取不同类型的注入调堵技术， 通常又 细分为分隔注入，定位注入和笼统注入三种工艺。 B水泥封堵:主要用于水平段油层与水层之间的封堵

20、。但是由于水泥浆粘度低， 悬浮性差，在重力的影响下会产生置换分离，造成同一截面的水泥浆密度不 同，影响封堵效果，另外，水泥收缩后会在水平段套管内壁形成微孔裂缝， 并且封堵后油层不能再次开发利用，因此该项工艺应用的比较少。 C机械卡堵水：就是利用在水平井中下入封隔器的机械办法来实现对出水层段 的封堵。技术安全、可靠，成功率高，并且需要重新利用油层时，可以打捞 出分层工具，重新生产，用于水平井机械卡堵水的封隔器只要有卡瓦封隔器 和皮碗封隔器，其中卡瓦封隔器卡水管柱只能实现下段油层的封堵，而皮碗 封隔器卡水管柱可以实现任意油层的封堵，同时这两种管柱都能够可靠地封 堵水层，重新射开新油层以后又可以正常

21、生产。 十 套损井修井技术 以套管补贴为例：水平井造斜段和水平段套管补贴问题的关键在于：补贴工 具如何通过造斜井段。由辽河油田首先设计出的水平井套管补贴装置主要由 多级同步液缸、联接杆、摆向器、分流器、拉环杆、丢挂和座封爪等组成。 每级同步液缸可以摆动 28, 对于垂直段、造斜段和水平管段的套损部位均能 实现补贴修复。 十一结论 （1）通过对国内水平井修井工艺技术资料的查询，不同的油田基本上形成了 一套自我相对成熟的水平井修井工艺方法，对有效预防水平井修井作业中事 故的进一步恶化、提高修井质量、缩短油水井修井周期、有效地保护油层以 及提高油井采收率都起到了重要的指导意义。但是，就工艺技术的发展

22、而言， 进一步前进的空间还很大。 （2）尽管目前国内外水平井冲砂管柱大多选择连续油管、反冲砂方式进行作 业，并且能够保证冲砂液连续循环，高效安全，但我国使用的连续油管依赖 进口，成本高昂，连续冲砂仍是不可替代的修井冲砂技术。 （3）目前的水平井修井技术可以实现对掉入弯曲和水平段内的常规管柱进行 解卡、打捞处理，但对于水平井分段压裂管柱的阻卡、解卡还存在一定的难 度，建议展开重点攻关和现场试验研究具有现实及长远意义。 （4）建议加强新技术引进，加大人员培训，提高水平井大修技术水平。做好 国内外大修方向及技术动态跟踪工作，根据需要引进管柱受力分析、专家诊 断系统等现代化修井软件，对大修技术人员实施

23、进行系统培训，提高大修水 平井修井技术水平。 （5）建议通过外协方式，与厂家及技术专家协商解决，实施工具创新。实现 井下工具全部采用地面液压控制，以消除井筒摩阻所带来的影响。 （6）水平段冲砂面临的主要问题有：一是环空空间小，冲砂管内径受限，冲 砂时排量难于提升，影响了冲砂液的悬砂能力；二是大部分水平井能量不足， 负压吸水严重。低排量难于返出地面，冲砂液大量漏失既难于完成冲砂，同 时又污染地层。为此，要解决上述问题，必须采取措施，一是提高冲砂液的 粘度，以增加携砂能力，减少漏失；二是对严重漏失地层，加入暂堵剂，以 保证冲开油层后，减少冲砂液进入地层的量。 建议通过对比HPAM CMC胍胶 等高

24、分子化合物增粘效果与使用浓度的关系，筛选出 HPA和胍胶作为增粘剂， 使用浓度较低但具有较高粘度的增粘剂被优选采用作为冲砂液。对严重负压 漏失井，还应加入一定量的暂堵剂。 （7）建议使用特殊冲砂工艺，在井底形成高压旋转射流，能有效地将井筒中 形成的致密砂床进行破碎，对井筒进行充分清洗 （8）由于水平井各井段受井斜、井身结构及出砂程度的影响，在一口井中的 最佳清洗参数不一定适合于另一口井，并且一口井各段的工作参数也会不完 全相同。因此，在实际工作中，必须根据实际情况做随时调整，以适应全井 冲砂的要求。建议在冲砂过程中，管柱最好保持动态，可使井筒内的洗井液 保持均匀的流变性，提高清洗效果。尽量不能将管柱静止在井内洗井，否则 将由于偏流导到井底边的流速降低，砂粒形成二次沉淀，造成卡钻。在井口 压力的许可范围内，泵的排量一定要大，以足以形成高速紊流，对沉砂床进 行破碎。同时，在砂床破碎的条件下，可适当调整工作参数，通过提高洗井 液的粘度，即在适当的时候定期向井内打入一段高粘液柱，保证流体的携砂 能力。 （9）使用井下液压增力器，建议记住以下几点： a）打捞管柱组合（以打捞滤砂管为例） b）管柱下至鱼顶位置，上提