The Development and Testing of a Screen Multi-Stage Jetting and Unfreezing Tool for Horizontal Wells
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摘要: 针对水平井失效筛管与套管之间充满砂而无法实现筛管快速解卡打捞的问题,自主设计研制了导流式小直径喷射装置和一体式多级封隔冲砂装置,形成了水平井筛管分段喷射解卡工艺。利用导流式小直径喷射装置在失效筛管内壁预定位置进行喷砂射孔,然后在相邻孔眼之间下入一体式多级封隔冲砂装置进行分段冲砂,反洗出筛管和油层套管之间的环空砂,实现水平井长筛管任意位置的分段解卡。室内试验得到的最佳筛管喷射参数为:排量300~400 L/min,砂比3%~5%,磨料粒径0.425~0.850 mm,施工压力16~25 MPa,喷射时间10 min。该技术在大港滩海油田埕海一区的4口井进行了现场试验,喷射孔眼直径达14.0~18.0 mm,建立了有效的冲砂通道,筛管解卡成功率达100%,失效筛管均成功打捞。研究认为,水平井筛管分段喷射解卡工具的成功研制,为水平井等复杂结构井失效长筛管的解卡打捞难题提供了一种全新的解决方法,应用前景广阔。Abstract: Failed screens are often stuck by sand between the screen and the casing in horizontal wells.There are many difficulties that occur in conjunction with the rapid releas of the stuck tool and fishing processes.So,to solve the problem,a diversion-type small-diameter jetting device and integrated multi-stage sealing and sand-washing device were independently designed and developed.Their main purpose is toact as a screen for multi-stage jetting and unfreezing technology in horizontal wells.The diversion-type small-diameter jetting device is used to perform sandblasting perforation at the predetermined positions on the inner wall of failed screen.After the well has been perforated,an integrated multi-stage sealing and sand-washing device is run and set between the adjacent holes to perform staged sand-washing to reversely wash out the sand between the screen and production casing.This will effectively release the stuck long screen at any position.The results of lab tests showed that the optimal screen jetting parameters include flow rate of 300-400 L/min,sand ratio of 3%-5%,abrasive particle size of 0.425-0.850 mm,working pressure of 16-25 MPa,and jetting period of 10 min.This technology has been field tested in four wells in the Chenghai No.1 area of the Dagang seabeach oilfield.The diameter of perforated hole was 14.0-18.0 mm,and an effective sand-washing channel was established.The success rate of the screen releasing was 100%,and all the failed screens were retrieved effectively.The successful development of the multi-stage jetting and unfreezing tool for horizontal wells has provided a brand-new solution for the releasing and fishing of stuck long screens in complex wells.The technique is effective in horizontal wells and it exhibits very good prospects for its application and deployment.
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Keywords:
- failed screen /
- jetting type /
- staged releasing /
- small diameter /
- rapid fishing /
- seabeach oilfield
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国内煤层气储层(即煤层)分为低煤阶和高煤阶2类。高煤阶煤层具有“三低”(低压、低渗透、低饱和度)特点,煤层不稳定。高阶煤层气主要采用多分支水平井开发[1-5],但由于煤层机械强度低,排采过程中主井眼及分支井眼周围的煤层随着储层压力降低,易发生破碎、坍塌,导致部分多分支水平井产气效果差,有的产气量一直很低,有的前期产气量高,但后期递减严重且无法恢复。目前,采用将多分支水平井主井眼设置在顶板泥岩中或在主井眼下入钢制筛管(套管)的措施,实现了主井眼采气通道长期有效;但由于分支井眼间存在夹壁墙,重入困难,分支井眼还不能下入筛管,实现筛管完井,目前聚乙烯(PE)筛管完井方式只应用于煤层气U形井[6-8]。为使多分支水平井分支井眼长期有效,延长单井生产寿命,笔者研制了筛管完井重入引导工具,并在沁水盆地沁试12平1井进行了现场试验,实现了主井眼和分支井眼的重入。
1. 多分支水平井分支井眼重入筛管完井技术难点
1)主井眼、分支井眼重入困难。煤层气多分支水平井钻井过程中分支井眼在主井眼上侧钻,完钻后存在多个夹壁墙(见图1),夹壁墙容易垮塌,造成主井眼、分支井眼重入困难。
2)主井眼、分支井眼采用相同尺寸钻头钻进完成后,后续主井眼、分支井眼重入困难;相邻分支井眼侧钻点较近,易形成大肚子井眼,造成主井眼、分支井眼重入困难;近端分支井眼完成后,钻进主井眼和分支井眼产生的岩屑和固壁剂会堵塞已完成的分支井眼,造成分支井眼重入困难。
3)主井眼和分支井眼的完井管柱下入困难。目前,煤层气U形井的PE筛管完井工艺为:首先将光钻杆下至井底,将PE筛管从钻杆水眼下到煤层水平段;然后起出钻杆,将PE筛管留于井内,支撑煤层井壁。多分支水平井必须利用专用工具引导PE筛管重入主井眼和分支井眼,而钻具水眼通道被定向仪器占用,PE筛管无法从钻具水眼内下入。
2. 多分支水平井分支井眼重入技术
2.1 筛管完井重入引导工具
在传统下筛管作业的基础上,研制了钻具重入引导工具。用空心导引鞋替代钻具组合中的钻头,用弯接头替代螺杆钻具,用空心引导工具替代MWD,形成了筛管完井重入引导工具,如图2所示。
筛管重入完井引导工具的工作原理为:空心导引鞋、弯接头和空心引导工具的尺寸分别与钻进钻具组合中的钻头、螺杆、MWD相同,利用空心引导工具测量井斜角、方位角和井深,并与实钻时的井深、井斜角和方位角进行比对,判断空心导引鞋位置,引导钻具重入分支井眼,通过对比空心引导工具测量的井眼轨迹数据和实钻井眼轨迹数据确定重入成功后,下入筛管。该工具的特点是:
1)能准确引导钻具重入。该工具能准确测得钻具顶部的方位角、井斜角,将其与钻进时的方位角和井斜角进行对比,可判断钻具是否重入成功。
2)由于筛管要从钻具水眼中进入煤层,而传统的MWD占据了水眼,筛管无法通过。因此,引导工具采用空心结构,MWD的传感器安装在引导工具内壁上,使其水眼直径大于55 mm,便于ϕ50.8 mm筛管通过。
3)该工具没有钻井液和电缆通道,采用电磁波传输测量信号。
4)为能与钻进时的井斜角和方位角进行对比,空心引导工具下方接弯接头和导引鞋的长度与螺杆钻具和钻头的长度相同,下部钻具组合与钻进时相同;为便于筛管通过弯接头和导引鞋,弯接头和导引鞋均采用了空心结构(分别如图3、图4所示)。
2.2 分支重入及筛管完井技术
空心导引鞋、弯接头和空心引导工具与实钻时的钻头、螺杆、MWD尺寸相同,将引导工具测得的井深、井斜角和方位角与实钻时的井深、井斜角、方位角进行比对,判断空心导引鞋的位置,引导钻具重入分支井眼,对比引导工具测量的井眼轨迹数据和钻进井眼轨迹数据,确定重入成功后,下入PE筛管。
2.3 分支重入及筛管完井方式优选
1)渐进式PE筛管完井。钻完一个分支井眼,下入PE筛管完井,钻井与完井交替进行。该方式存在以下问题:因先完成最近端的分支井眼,钻进后面主井眼及分支井眼时岩屑会堵塞近端的分支井眼,无法解决分支井眼的堵塞问题;需多次起下钻,交替完成钻进与下筛管作业;多次起下钻进行钻具重入及摸索钻具的下入位置,影响整体时效。
2)整体筛管完井。先钻完主井眼,从主井眼远端钻分支井眼,每钻完一个分支井眼及其上的脉支井眼起钻并更换钻具组合,重入分支井眼进行筛管完井。其优点是分支井眼重入容易;缺点是需多次起下钻,影响整体时效。
3)集体重入完井。钻完所有分支井眼、脉支井眼后,起钻更换钻具组合,分别重入各个分支井眼,进行筛管完井。其优点是钻井完成后,只需一次起下钻,节约时效。其缺点是分支井眼间存在夹壁墙,重入困难。
根据现场实际地质情况和生产需求,为了提高生产时效,避免主井眼因受钻井液长期浸泡造成垮塌,选择集体重入完井方式。集体重入完井步骤(见图5)为:
1)将引导钻具组合下入到主井眼,重入引导工具测量井深、井斜角和方位角,并与井眼轨迹数据进行比对,判断趾端L1分支井眼与主井眼的交点(A点),准备进行重入(见图5(a))。
2)将引导钻具组合往前推送,实时测量井斜角和方位角,并与井眼轨迹数据进行比对,确定重入成功后下至B点(见图5(b))。
3)从引导钻具组合的水眼中下入ϕ50.8 mm PE筛管(见图5(c))。
4)锚定ϕ50.8 mm PE筛管,上提引导钻具组合,按上述步骤进行L2分支井眼筛管下入工作(见图5(d)),依次完成所有分支井眼下入筛管施工。
3. 现场试验
沁试12平1井是山西沁水盆地部署的一口仿树形多分支水平井,钻探目的层为山西组3#煤层,主要钻探目的是探索多分支水平井在该区煤层气开发中的适应性,同时利用多分支水平井提高该区的单井产气能力。该井设计完成主井眼、15个分支井眼和40个脉支井眼,设计总进尺13 304.38 m(见图6)。该井在M主井眼和L3分支井眼应用分支井重入引导工具进行了井眼重入现场试验,并在L3分支井眼进行了重入筛管完井试验(见图6)。
该井钻至井深1 273.00 m时与沁试12平1-V1井连通,钻至井深1 902.50 m时与沁试12平1-V2井连通,钻至井深2 182.00 m完钻,主井眼水平段总进尺991.00 m,煤层进尺216.00 m。
3.1 M主井眼重入
重入引导工具出套管后,将重入引导工具测得的井眼轨迹数据与钻进时MWD测得的井眼轨迹数据进行比对,结果见图7。重入引导钻具组合为:空心导引鞋+ϕ121.0 mm弯接头+转换短节+ϕ135.0 mm空心引导工具+转换短节+ϕ88.9 mm无磁钻杆+ ϕ88.9 mm钻杆。
从图7可以看出,重入引导工具测得的井眼轨迹数据与钻进时MWD测得的井眼轨迹数据基本相同,证明钻具重入主井眼成功。
3.2 L3分支井眼重入及筛管完井
L3分支井眼总进尺262.00 m,1 935.00~2 182.00 m井段处于煤层中。
重入引导钻具组合下至井深1 920.00 m处,重入L3分支井眼,每隔5.00~10.00 m测量一组井斜角和方位角,与钻进时MWD测得的井眼轨迹数据进行对比,以判断重入工具的位置。表1为该分支井眼处于煤层井段重入引导工具测得的井眼轨迹数据与MWD测得井眼轨迹数据的对比结果。
表 1 L3分支井眼重入井眼轨迹数据与钻进井眼轨迹数据的对比Table 1. Comparison on the re-entry borehole trajectory data and drilled borehole trajectory data of L3 branch borehole井深/m 井斜角/(°) 方位角/(°) MWD 重入引导工具 MWD 重入引导工具 1 920.00 94.42 94.4 337.97 337.9 1 937.00 90.57 90.2 11.30 11.0 2 092.00 93.91 93.4 35.30 35.8 2 171.00 90.93 90.4 356.30 356.2 从表1可以看出,重入引导工具测得的井眼轨迹数据与MWD测得的井眼轨迹数据重合,表明重入成功。
下钻至井深2 179.00 m循环完毕后,助推器连接到井口的钻杆上。将带矛头的PE筛管送入助推器内,用助推器将PE筛管送入钻杆内之后,接上顶驱,先上下活动钻具组合,正常之后,再将钻具组合放回原处,以5.0 L/s排量顶通钻具水眼,2 min后将排量调至正常钻进状态时的排量(15.0 L/s),此时泵压为6.0 MPa,泵送筛管15 min后,泵压升至8.5 MPa,说明此时PE筛管矛头刚出钻杆,进入地层;起钻至井深1 919.00 m(预计PE筛管下入到1 931.00~2 180.00 m井段)时,相当于钻具组合下部距离PE筛管顶部约12.00 m,开泵后循环泵压为5.8 MPa。说明PE筛管已经完全出钻杆,进入L3分支井眼。
4. 结论与建议
1)研制了多分支水平井筛管完井重入引导工具,优选了多分支水平井筛管完井方式,给出了重入筛管完井施工步骤。
2)现场试验表明,重入引导工具能引导钻具重入主井眼和分支井眼,保证分支井眼顺利实施筛管完井,为煤层气后期排采提供稳定的通道。
3)多分支水平井重入筛管完井技术目前仅在1口多分支水平井进行了现场试验,需进一步增加现场试验,以不断优化完善该技术,提高煤层气分支水平井的完井效果。
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[1] 沙磊.水平井筛管打捞工艺技术研究[C]//油气井管柱与管材国际会议(2014),2014年,5月22-23日,陕西西安. SHA Lei.Process of horizontal well screens salvage technology[C]//International Conference on Oil Country Tubular Goods and Tubular String(2014),May 22-23,2014,Xi’an,Shaanxi. [2] 王洪波,武春芳.常规工艺打捞水平井防砂管柱施工探讨[J].化学工程与装备,2014(11):94-95. WANG Hongbo,WU Chunfang.Conventional technology salvaging horizontal well sand control string construction[J].Chemical Engineering Equipment,2014(11):94-95. [3] 李贵川,章桂庭,寇联星,等.水平井裸眼段防砂管柱水力内切割技术探讨[J].石油矿场机械,2011,40(8):68-71. LI Guichuan,ZHANG Guiting,KOU Lianxing,et al.Hydraulic cutting technology of sand control screen in open-hole horizontal well[J].Oil Field Equipment,2011,40(8):68-71. [4] 吕国波.打捞桥塞常见问题与处理[J].化工设计通讯,2017,43(4):125,154. LYU Guobo.Common problems and handling of salvage bridge[J].Chemical Engineering Design Communicarion,2017,43(4):125,154. [5] 杨德锴.全通径滑套球座打捞机构关键技术研究[J].石油钻探技术,2017,45(4):75-80. YANG Dekai.Key technology on ball seat fishing mechanism of full bore size sleeves[J].Petroleum Drilling Techniques,2017,45(4):75-80. [6] 韩伟超.苏里格地区水平井事故复杂的预防处理[D].荆州:长江大学,2013. HAN Weichao.Prevention and treatment of the complicated accidents of horizontal wells in Sulige Area[D].Jingzhou:Yangtze University,2013. [7] 董庆芳.水平井解卡、打捞工艺[J].西部探矿工程,2011,23(11):86,91. DONG Qingfang.Horizontal well stuck-salvage process[J].West-China Exploration Engineering,2011,23(11):86,91. [8] 王继强,田启忠.滤砂管分段切割打捞一体化技术研究与应用[J].长江大学学报(自科版),2016,13(35):57-60. WANG Jiqiang,TIAN Qizhong.Research and application of integration technology for sectional cutting salvage of sand screening pipe[J].Journal of Yangtze University (Natural Science Edition),2016,13(35):57-60. [9] 孔令维.水平井管柱增力解卡打捞技术[J].大庆石油地质与开发,2013,32(3):93-96. KONG Lingwei.Reinforced stick-freeing and fishing techniques of the string pipe of the horizontal well[J].Petroleum Geology and Oilfield Development in Daqing,2013,32(3):93-96. [10] 尤明庆.前混合式磨料射流喷嘴内流动状态的理论研究[J].流体机械,1996,24(12):17-20. YOU Mingqing.Theoretical study on the flow state in the former mixed abrasive jet nozzle[J].Fluid Machinery,1996,24(12):17-20. [11] 张舒雅,张宏泽,刘浩,等.通用耐磨橡胶材料的制备及性能研究[J].弹性体,2017,27(3):33-37. ZHANG Shuya,ZHANG Hongze,LIU Hao,et al.Preparation and property of general wear-resistance rubber materials[J].China Elastomerics,2017,27(3):33-37. [12] 史怀忠,李根生,黄中伟,等.水力喷射压裂用喷嘴耐冲蚀试验方法研究[J].石油机械,2016,44(12):83-86. SHI Huaizhong,LI Gensheng,HUANG Zhongwei,et al.Study on erosion resistance experimental method for hydra-jet fracturing nozzle[J].China Petroleum Machinery,2016,44(12):83-86. [13] 杨明川,罗荣梅,黄海,等.用于石油钻井磨料射流喷嘴的研制[J].真空,2013,50(3):40-43. YANG Mingchuan,LUO Rongmei,HUANG Hai,et al.Development of abrasive water jet nozzle for oil drilling[J].Vacuum,2013,50(3):40-43. [14] 赵艳萍,卢义玉,葛兆龙,等.应用于油气钻采的磨料水射流喷嘴优化设计与试验研究[J].流体机械,2010,38(10):1-6. ZHAO Yanping,LU Yiyu,GE Zhaolong,et al.Study on optimal design of abrasive water jet nozzle used in gas mining[J].Fluid Machinery,2010,38(10):1-6. [15] 葛兆龙,卢义玉,左伟芹,等.水力喷砂射孔喷嘴的数值模拟及试验研究[J].郑州大学学报(工学版),2011,32(3):119-123. GE Zhaolong,LU Yiyu,ZUO Weiqin,et al.Numerical and experimental study for convergent nozzle of hydraulic sand-blasting performation[J].Journal of Zhengzhou University (Engineering Science),2011,32(3):119-123. [16] 周龙涛,李慧敏,彭梦芸,等.连续油管喷砂射孔和筛管改流跨隔压裂组合工艺[J].断块油气田,2017,24(2):285-288. ZHOU Longtao,LI Huimin,PENG Mengyun,et al.Application of combination technology of coiled tubing sand jet perforation and variation flow channel straddle fracturing with screen in missing production layer[J].Fault-Block Oil and Gas Field,2017,24(2):285-288. -
期刊类型引用(9)
1. 张金宝. 钻杆内水力输送分组筛管自动对接技术试验研究. 煤矿安全. 2024(07): 206-212 . 百度学术
2. 李小刚,唐政,朱静怡,杨兆中,李扬,谢鹏,廖宇. 深层煤岩气压裂研究进展与展望. 天然气工业. 2024(10): 126-139 . 百度学术
3. 刘晗. ?170 mm四级分支井重入工具丢手装置研制. 石油矿场机械. 2023(01): 81-86 . 百度学术
4. 陈浩. 水平分支井轮采工艺在曹妃甸油田的应用. 石化技术. 2022(03): 71-72 . 百度学术
5. 李涛,徐卫强,苏强,曾知昊,杨兆亮. 四川盆地高温高压含硫气井五级分支井钻完井技术. 石油钻采工艺. 2022(03): 269-275 . 百度学术
6. 黄中伟,李国富,杨睿月,李根生. 我国煤层气开发技术现状与发展趋势. 煤炭学报. 2022(09): 3212-3238 . 百度学术
7. 刘智. 煤矿井下护孔筛管旋转推送装置研制. 煤矿机电. 2022(05): 54-56+70 . 百度学术
8. 张红杰,刘欣佳,张潇,张遂安,邵冰冰. 煤系储层综合开发中的压裂射孔方案优化研究. 特种油气藏. 2021(01): 154-160 . 百度学术
9. 苏良银,常笃,杨海恩,段鹏辉,薛小佳,白建文. 低渗透油藏侧钻水平井小井眼分段多簇压裂技术. 石油钻探技术. 2020(06): 94-98 . 本站查看
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