小修作业顶驱技术的探究与实践

作者:未知

  摘 要:小修作业在油田中占据重要位置,在生产实践过程中,小修作业经常面临一些技术难题,比如:化学堵水、压裂等措施后冲砂无进尺,受井深、井斜影响螺杆钻压裂砂、钻灰进尺慢,导致了小修作业成本增加和交井成功率降低。本文从顶驱工艺设备的结构原理、优化改造、操作要领及现场应用,探究小修作业过程中顶驱技术的推广应用,拓宽小修作业施工范围,提高小修施工水平和降本增效能力。
  关键词:修井作业;小修;压裂;顶驱技术;钻磨施工
  目前,辽河油田进入开发中后期,油水井数量多、投产时间长,油气水井“病、老、坏”现象严重,对小修作业的需求与日俱增。但是,部分小修工作量中会遇到深井钻灰、钻冲压裂砂、套铣桥塞等施工,常规小修作业已经无法满足施工需求。
  1 问题分析
  由于井深地层温度高,地质结构复杂等原因往往会出现挤注灰的灰面高、化学堵水后产生胶结物、压裂后压裂砂胶结严重等后果,在传统方式上是使用螺杆钻及配套工具解决这些难题。但在实际施工过程中,我们发现螺杆钻存在以下问题:①螺杆钻不能保持恒定功率,钻体易堵塞、钻压难以掌控,易发生上部管柱反转,使水龙带缠绕于管柱上,不但影响作业效率,还给施工增加许多安全隐患;②螺杆钻的使用受井深及井内温度的限制。井深超过3000m、井温超过120℃。螺杆钻即失去效力;③螺杆钻受井眼大小限制,小井眼常规螺杆钻下不去,小直径螺杆钻扭矩过小,强度低,转子容易脱落,容易发生井下事故,给修井作业带来困难。
  2 措施研究
  针对以上问题,开展了修井旋转作业設备的攻关立项。通过借鉴钻井顶驱结构和国外修井顶驱的应用情况,确定了液压传动无级变速的顶驱工艺设备方案。经过作业现场反复试验、持续改进,研制出适合小修作业的顶驱设备和配套工具,实现了小修无钻台旋转作业,解决了小修复杂施工难题,并消除了钻磨作业的安全隐患。
  2.1 修井顶驱设备的研制
  修井顶驱设备包括传动系统和液控系统。传动系统由提升短接、鹅颈管、壳体、中心轴、下接头、扭矩控制绷绳等组成,动力系统由液压泵组、高压软管、控制台、电机等组成。工作时,由动力系统带动传动系统,驱动油管旋转,扭矩大小及转速由液控台调节,实现小修钻磨、套铣等旋转作业。
  2.2 顶驱配套工具的研制
  顶驱施工过程中根据工序的不同,需要配备相应的井下工具。针对化学堵水及压裂后沉沙、杂质等致密胶结,研制六棱磨鞋、大水眼刮刀,配合反循环连续冲砂技术,使得化堵、压裂后冲砂高效安全施工。
  2.3 顶驱操作技术要求
  ①探遇阻最后一根油管(或钻杆)做好记号,量出方余,起出末根安装好自封;②连接好液压管线,吊装顶驱,现场调试正反转,要求正反转和控制手柄一致,连接好反扭矩力臂,符合安全要求;③使用小钩配合,将固定反扭矩力臂的钢丝绳穿过力臂孔,拉紧固定反扭矩力臂的钢丝绳,控制上扣速度,防止反扭矩力臂摆动伤人。上提管柱过程中,专人检查和送放液压管线,防止管线等刮碰;④上提管柱并记录负荷,开泵循环,出口返液正常后下放管柱,加压为10-30kN,如反扭矩力过大,适当减小钻压,操作人员适当调整油门,保证转速在60-70r/min;⑤钻完一根后,循环彻底,方可更换单根;⑥钻铣施工结束后,循环彻底后停泵、泄压,卸下水龙头,专人配合将液压管线盘放整齐,卸掉反扭矩力臂及钢丝绳,将水龙头放置到撬上。熄火停止作业。
  3 现场实施效果
  3.1 钻压裂砂
  红34井进行压裂改造,该井人工井底4813m,套管规范为Ф177.8mm+Ф127mm,压裂井段为4688-4741.9m,48.2m/5层。由于该井较深,井温过高,压裂后产生压裂砂胶结体,硬度大,采用冲砂措施无效。井深超过3000m后,螺杆钻则无法发挥作用,故该井选用顶驱设备+Ф90mm刮刀钻头进行钻砂作业,顺利地从4651m钻磨至4810m。
  3.2 钻灰塞
  牛100井进行钻灰塞合采施工,人工井底2913.7m,套管规范为Ф139.7mm,需要钻开2794.2m处灰塞。初期使用100型的螺杆钻磨鞋进行钻灰6h,进尺1.4m,进尺缓慢。后期改用顶驱设备进行钻灰,钻压控制在5~15kN,转速65转/分钟,由2795.6钻灰至2806m,进尺10.4m,钻灰仅用5h,比使用螺杆钻提前15h完成该项工序。通过对比可以明显发现,顶驱在钻灰塞施工上比螺杆钴效率高出3倍多。
  4 结论及认识
  ①使用顶驱钻磨过程中存在反扭矩,若反扭矩过大,反扭矩绳未绷紧,会发生反扭矩绳缠绕在油管上,同时带动液压管线共同缠绕。产生的危害:一是能够扭断液压管线,损坏设备。二是对井口人员造成伤害。针对存在的危害进行分析,采用以下措施可有效控制:一是在钻铣施工前设定扭矩,保证扭矩可控。二是反扭矩绳采用Ф19mm钢丝绳,并通过液压小绞车绷紧。三是司钻(操作手)在钻铣过程中严格控制钻压和转速,平稳钻进。四是在顶驱正常工作过程中,人员远离井口;②钻铣施工过程中水龙带坠落伤人。要求水龙带与与顶驱之间用安全链固定,防止水龙带坠落。
  参考文献:
  [1]吴奇.井下作业工程师手册[M].北京:石油工业出版社,2002.
  [2]刁望庆,杨兴隆,宋春霞.谈井下作业施工质量监督[J].石油工业技术监督,2007(01).
  作者简介:
  闫建文(1984- ),男,本科,研究方向为井下作业技术。
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