占位钻具形式单筒三井技术研究及应用.pdf
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1、文章编号:10007393(2023)02017306DOI:10.13639/j.odpt.2023.02.007占位钻具形式单筒三井技术研究及应用管申1杨可三2陈力3刘贤玉3刘智勤3郭浩31.中海石油(中国)有限公司海南分公司;2.中海油能源发展股份有限公司工程技术湛江分公司;3.中海石油(中国)有限公司湛江分公司引用格式:管申,杨可三,陈力,刘贤玉,刘智勤,郭浩.占位钻具形式单筒三井技术研究及应用J.石油钻采工艺,2023,45(2):173-178.摘要:为解决海上油田常规单筒三井技术无法实现表层套管分离的问题,进行了相关技术的研究。首先依据 API 标准对常规井眼及套管尺寸进行优化,
2、表层井眼由常用的406.4mm 优化为368.3mm;其次对整体式单筒三井井口系统进行优化,设计了分体式单筒三井井口系统,可实现 3 口井独立建井;然后对占位钻具进行优化设计,占位钻具尺寸设计为368.3mm 可满足后续355.6mm 钻具组合通过性要求,占位块设计有效长度 350mm,采用精确配长方法确保两串占位钻具的占位块深度重合,占位块过流槽设计为矩形,避免相邻占位块相互嵌入;最后根据井位合理设计井眼轨迹,使井眼快速分离,最终形成了在一个井槽914.4mm 导管内完成 3 口井作业同时能实现表层分离的配套技术。现场应用表明,通过采取定向井轨迹优化、钻具组合优化、钻井液性能优化、钻井参数调
3、整、保持套管处于拉升状态、套管串优化等措施能够有效提高浅层造斜率,保证表层套管贴边效果,保障单筒三井套管顺利下入并有效分离,对推动海上油气田经济、高效开发具有重要意义。关键词:钻井;单筒三井;占位钻具;表层套管分离;海上油田中图分类号:TE52文献标识码:AResearch and application of three-in-one drilling technology with occupying drilling toolGUANShen1,YANGKesan2,CHENLi3,LIUXianyu3,LIUZhiqin3,GUOHao31.Hainan Branch of CNOOC
4、(China)Ltd.,Haikou 570331,Hainan,China;2.Zhanjiang Branch of CNOOC Energy&Tech-Drilling&Production Co.,Zhanjiang 524057,Guangdong,China;3.Zhanjiang Branch of CNOOC(China)Ltd.,Zhanjiang 524057,Guangdong,ChinaCitation:GUANShen,YANGKesan,CHENLi,LIUXianyu,LIUZhiqin,GUOHao.Researchandapplicationofthree-i
5、n-onedrillingtechnologywithoccupyingdrillingtoolJ.OilDrilling&ProductionTechnology,2023,45(2):173-178.Abstract:Thispaperpresentsatechnologytoaddressthedeficiencyofconventionalthree-in-onedrillingtechnologyforoffshoreoilfieldinreleaseofsurfacecasing.First,theconventionalboreholeandcasingsizesareoptim
6、izedaccordingtotheAPIstandardsthe surface borehole size is changed from 406.4 mm to 368.3 mm.Second,the integrated three-in-one wellhead system isoptimizedtoasplitthree-in-onewellheadsystem,whichallowsfortheconstructionofthreewellsindependently.Third,theoccupyingdrillingtoolisoptimizedbychangingitde
7、signedsizeto368.3mm,enablingthesubsequentpassingof355.6mmbottomholeassembly(BHA).Theoccupyingblockisdesignedwithaneffectivelengthof350mm.Theprecisionlength-matchingmethodisadoptedtoensurethattheoccupyingblocksoftwooccupyingdrillingtoolstringscoincidedeeply.Theflowgrooveontheoccupyingblockisrectangul
8、ar,inordertoavoidtheinter-embeddingofadjacentoccupyingblocks.Finally,theboreholetrajectoryisdesigned基金项目:中海石油(中国)有限公司科研项目“北部湾油田经济开发钻完井技术研究”(编号:YXKY-2019-ZJ-04);中海石油(中国)有限公司重大科技攻关项目“南海西部油田上产 2000 万方钻完井关键技术研究”(编号:CNOOC-KJ135ZDXM38ZJ05ZJ)。第一作者:管申(1984-),2006 年毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业,现主要从事海上钻完井技术方面的研究和管理工作,
9、高级工程师。通讯地址:(524057)海南省海口市秀英区长滨三路 6 号荣城铂郡。电话:0898-69091091。E-mail:第45卷第2期石油钻采工艺Vol.45No.22023年3月OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYMar.2023properlydependingonthewelllocationtoachievearapidseparationofborehole.Byvirtueofthistechnology,threewellsareoperatedinthe914.4mmconductorsinoneslot,whilethesurfaceca
10、singiseffectivelyseparated.Fieldapplicationsshowthatsuchmeasures as optimization of directional borehole trajectory,optimization of BHA,optimization of drilling fluid performance,adjustmentofdrillingparameters,maintenanceofcasinginliftingstate,andoptimizationofcasingstringcanhelpeffectivelyimproveth
11、eshallowbuild-uprate,ensurethesidewallapproachingofsurfacecasing,andkeepthecasingtoberunsuccessfullyandseparatelyeffectivelyduringthree-in-onedrilling,whicharegreatlysignificantforeconomicandefficientdevelopmentofoffshoreoilandgasfields.Key words:drilling;three-in-one;occupyingdrillingtool;separatio
12、nofsurfacecasing;offshoreoilfield井槽是海洋钻井中最为稀缺和重要的资源,经测算南海某油田群的单井槽建设成本高达 2000 万元,因此提高井槽利用效率是海洋钻完井降本增效的重要手段之一。经过多年的发展,单筒多井技术在国内外得到了广泛应用1-4。国内首例单筒双井技术在渤海油田应用5,并在此基础上发展出了非对称单筒双井技术6,此项技术适应更加灵活的井身结构和隔水管尺寸,且通过扩眼预斜技术实现了单筒双井大尺寸表层井眼的造斜7,一定程度上解决了浅层的防碰绕障问题。为了彻底实现单筒双井的独立建井,完成单筒双井表层的分离,技术人员在前期研究经验的基础上研发出了占位钻具形式的单
13、筒双井技术,并成功在南海、渤海推广应用8-11。相比单筒双井技术,单筒三井技术能够使井筒的利用效率更高,国外首次报道单筒三井技术的应用是在马来西亚巴拉姆三角洲的博科油田上,该油田位于沙捞月近海 45km 处,水深 69m12。而该技术在国内主要是在南海西部得到应用13-15,采 用 的 是 在1066.8 mm 隔 水 导 管 内 下 入 3 串339.7mm 套管的常规技术。但常规单筒三井工艺技术存在一些缺陷,首先由于该技术的表层采用大直径井眼,一般为965.2mm,难以实现定向钻进;其次由于大直径井眼清洁困难、井壁失稳风险高等不利因素,表层井眼深度受限,在南海西部最深不超过 500m,地层
14、承压能力不足,需要增加套管层次;第三,常规单筒三井工艺中的 3 串套管并列下入同一井眼中,无法实现井眼的表层分离,减小了各井眼的水平延伸距离,增加了井眼分离的难度;第四,常规单筒三井一般采用整体式井口,虽然结构简单,但无法实现独立建井。综上所述,常规单筒三井工艺技术只能应用于井深较浅、水平位移较小的井,无法满足目前油田开发的需求。随着南海西部油田开发进入中后期,需要进行老油田调整挖潜、边际油田开发的现状,现有生产设施上的井槽数量不足,无法满足现有生产需求。为了进一步提高井槽利用效率,通过对占位钻具技术进行优化,在常规单筒双井的914.40mm 隔水导管内实现了单筒三井独立建井,且在表层阶段完成
15、了井眼分离,并成功应用于涠洲某油田调整井。1 主要技术难点常规单筒三井技术是通过1066.8mm 隔水导管钻965.2mm 井眼,下入 3 串339.7mm 套管并固井的方法来实现在 1 个井槽完成 3 口井。占位钻具形式的单筒双井主要通过事先在隔水导管内下入占位钻具来实现单筒双井的表层分离,因此914.4mm 隔水导管内完成占位钻具形式的单筒三井主要存在以下难点。(1)井身结构设计难度大。914.4mm 隔水导管一般作为单筒双井井槽,采用占位钻具的技术形式在914.40mm 隔水导管内完成单筒三井技术除了需要考虑套管尺寸及间隙外,还需考虑占位钻具、表层钻具、表层套管三者之间在不同工况下的状态
16、及通过性。(2)井口系统设计难。常规单筒三井采用整体式井口,结构简单,但无法实现独立建井。可实现独立建井的分体式井口系统由于需要考虑 1 口或 2 口井井口完全安装时的钻井作业,干涉状态多,设计难度大。(3)有效占位保障难。由于采用钻杆连接的占位钻具管串有效部分长度有限,因此如果两串占位钻具的有效部分错开位置,将导致所占位的空间变小,继而难以实现后续作业。(4)轨迹设计及控制要求高。占位钻具形式的单筒多井技术要求定向井轨迹在下入套管后能够提供一定的侧向力来维持套管的位置,为其余井留出空间,同时不同井的方位应尽可能不同,相近的方位可能会导致后续的井套管下入困难。为实现表层尽174石油钻采工艺20
17、23 年3月(第45卷)第2期快分离同时考虑钻具组合的通过性,需要针对钻具组合的造斜能力及结构参数进行优化。2 关键技术针对占位钻具形式单筒三井技术难点,以涠洲某油田为例开展了井身结构优化、分体式单筒三井井口设计、占位钻具优化设计等关键技术研究。2.1 井身结构优化井身结构优化主要依据 API 标准系列井眼、套管尺寸的组合,采用由下至上的设计方法优选满足完井工艺需求的最经济井身结构,主要控制因素考虑:完井管柱尺寸、井眼与套管间隙、隔水管强度等。表层井眼尺寸由单筒多井技术常用的406.4mm优化为368.3mm,主要优化过程如下。(1)优化管柱最大尺寸。满足油田生产需求的分层生产管柱结构分析表明
18、,最大尺寸为 Y 接头处;采用 WellCat 电泵选型及油管校核后,选用375 系列电泵(机组外径 98mm)及60.3mm 薄接箍支管(外径 70mm),可以控制生产管柱最大外径169mm,Y 接头、电泵及支管位置关系及尺寸见图 1。图1生产管柱 Y 接头处支管及电泵尺寸Fig.1SizesofbranchpipeandelectricpumpatY-jointoftheproductionstring(2)确定套管层次及尺寸。根据油田已作业井经验结合上部地层承压能力采用 2 层井身结构,依据 API 标准系列及钻头与套管间隙要求,井身结构优化为355.6mm 井眼(273mm 套管)+2
19、41.3mm井眼(193.7mm 套管)。(3)确定隔水导管规格。表层井眼底部钻具组合为:355.6mm 牙轮钻头+244.5mm 螺杆钻具(1.5)+343mm 钻柱扶正器,占位钻具尺寸为368.3mm,考虑 10mm 的安全间隙,采用内径863.6mm 隔水导管,可满足占位钻具之间 43mm、钻具组合与占位钻具之间 11mm 的安全间隙(图 2)。通过隔水管稳定性校核,确定隔水导管的壁厚 25.4mm,钢级 X56。图2隔水导管及钻具组合俯视示意图Fig.2TopviewsofconductorandBHA 2.2 单筒三井井口设计单筒多井井口,主要有整体式和分体式 2 种形式。整体式井口
20、安装简单,占用空间相对较小,但后续作业过程中工艺复杂,难以实现独立建井;分体式井口由于设计空间上限制,需采用非标的切边法兰连接机构,井口安装工序繁琐,但扩展性较好,适应性强,能够实现独立建井,因此占位钻具形式的单筒三井井口系统采用分体式设计。考虑设计难度和适用性,采用对称布局设计。结合油田需求主要设计要点为:(1)考虑到表层井控风险,需保障基盘与隔水管连接及密封有效性(3.45MPa);(2)基盘及附件尺寸,满足表层套管悬挂密封及固井工艺要求,同时对隔水管圆度具有一定的适应性;(3)各部件内部台阶倒角,满足起下钻具、井下工具等;(4)为降低后续维护难度,分体部件以API 标准部件为基础,设计配
21、件尽量通用,对于不通用配件,需配备专用工具以降低更换部件操作难度;(5)升高管高度、外形尺寸需实现独立建井,即在单筒三井中的 1 口或 2 口井口在完全安装状态下,可实现其他井所有钻完井的工序要求;(6)考虑安装空间狭小,需要专门设计吊装位置及专用吊装工具,并配套试压工具。单筒三井井口系统由导管基板、套管四通、油管四通及采油树组成,可满足 3 层井身结构的需求,采用对称布局、双翼阀设计,结构见图 3。具有以下特点:(1)结构紧凑,有效降低占用空间,为缩小井槽间距提供优化空间;(2)采用占位钻具单筒多井工艺,表层可以安装防喷器,为井身结构优化建立井控管申等:占位钻具形式单筒三井技术研究及应用17
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