斜直井小修设备的大修技术研究与应用

杨新前郭亮李奇路利钦商国红

摘要：河南油田斜直井长期开发，因地质构造、油层出砂、油水井增产措施等因素的综合影响，造成施工复杂化，特别是套损井日益增多，按损坏的程度可分为套管变形、套管（腐蚀）破裂、套管错断等。为了提高斜直井修复成功率，降低成本，通过工具配套、工艺优化、钻具组合优化和施工参数优化，从而提升了斜直井施工能力，形成适合河南油田斜直井大修施工技术。

关键词：斜直井 斜井设备 大修 研究

斜直井是倾斜角为15°-45°的直井，随着斜直井套管损坏的数量不断增多，斜直井修井机无法满足施工现状，特别是套管错断、砂垢埋卡管柱和井下复杂落物等井至今无法修复，严重制约着斜直井的正常生产。

 一、目前存在的问题    

1.井下工具卡钻多

稠油井因井浅，蒸汽吞吐施工中若地层出砂或套变等原因，造成工具卡钻和抽油泵卡等问题，采用斜直井小修设备和螺杆钻具，处理难度大、处理效率低。

2.冲砂难度大

受多轮次吞吐注汽的影响，地层出砂越来越严重，大部分井存在严重漏失，因倾斜角影响沉降距离、流动阻力大、不易将砂冲出井筒，需采用联泵冲砂，冲砂周期长、效率低、费用高。

3.磨铣易伤套管

斜直井井深大多集中在150-350m，磨铣、套铣施工时受管柱重力影响，工具接触套管下部，易出现磨偏、开窗等现象，造成套管损坏的可能性增加。

4、套管检测手段落后

井斜度较大，目前没有快速有效的套管检测方法。井内套管的状况检测手段仍较为落后，只能采用通井、打印、刮削、下封找漏等传统手段对油水井套管进行检测，工序繁杂，费时耗力。

5、斜直井治理工艺存在瓶颈

斜直井井浅，地层疏松，套管通道修复后，仍存在技术瓶颈，有待进一步优化研究。斜直井取换套无相应的设备和技术，部分取换套井因存在丢失鱼顶等风险，严重影响了套损井的治理效果。

二、斜直井大修技术工用具的配套与研制

1、井口旋转设备的配套与研制

1）水龙头

水龙头是石油天然气工业钻井及修井作业的重要设备之一，是承载井下全部载荷及循环系统的重要部件，主要由旋转部分，固定部分，承转部分三者组成。              

2）液压转盘

油田修井作业时用于钻水泥塞以及油井套铣、造扣打捞等井下作业的一种新型动力设备，可以扩大小修作业的业务范围和能力，可替代大修设备实施旋转作业、降低修井作业费用。

3）方钻杆、补芯

方钻杆位于钻柱的最上端，与转盘配合传递扭矩并承受钻具重量，实现钻柱的正反转。为了适应斜直井设备高度需要，研制了“8.8m方钻杆”与65mmX65mm方补芯，可实现了500m内管柱的套、磨、铣、倒、钻等施工。

    4）井口气动卡盘

针对液压转盘上平面没有法兰螺孔，不能安装气动卡瓦，为了减少员工劳动强度大，提高施工效率，研制配套了气动卡盘连接装置，实现气动卡瓦与转盘的连接，提高了起下管柱效率。

2、斜直井井下工具的配套完善

1）防开窗领眼铣锥

根据斜直井打通道工艺技术，进行套损井修复工具的设计论证，充分考虑到修套施工时的井况，采用防开窗设计，避免因使用磨铣工具而造成修套过程中开窗事故的发生，提高了作业效率。

2）弯笔尖

弯管找鱼就是将钻杆设计适当的偏心角及偏心距，以达到使钻杆在自由状态下偏离中心线，这样就可以达到找鱼的目的。

3）高强度套铣筒

高强度、高抗扭矩无接箍连续套铣筒（套铣头）可实现一次连续套铣100米，可大大节省起下钻时间，缩短斜直井大修施工周期，进一步提高施工效率，对于因出砂引起砂埋管柱可实现快速解卡。                                                                                     

4）复合磁棒式沉砂筒

针对斜直井套磨铣施工中配套泵车排量不足，金属碎屑不易返排的问题，结合传统沉砂筒原理，研制复合磁棒式沉砂筒，在上部镶上三组磁块，具有强磁吸力，能主动吸附上返铁磁性物质。

6）高效磨鞋

通过对平底磨鞋、凹面磨鞋、锥形铣鞋、梨形铣鞋等工具的合金颗粒筛选、改变布齿方向及铺焊（堆焊YT合成）工艺，提高了磨铣效率。

三、斜直井大修技术研究

通过合理的工艺方法、有效的钻具组合、防开窗打通道工具使用及施工参数优化等措施，实现严重套损井打通道施工成功率达到75%以上，从而提高严重套损井打通道施工技术水平和施工能力。

1、不同类型套损井打通道工艺方法研究

严重套损井一般打通道工艺方法是：一找眼、二取直、三扩径。但不同类型的套损井应采取不同的方法原则进行处理，才能将通道顺利打开，否则容易出现套管开窗或错断井丢失鱼头事故。

1）地层套管错断井打通道工艺方法

①通径检测（测井、打印等）-②根据通径选择弯笔尖初探通道-③大直径工具扩胀钻断位置并冲砂至断口以下20m-④合适铣锥逐级扩眼（低转速、低钻压）-⑤探冲砂至井底-⑥模拟通井。

2）套管严重破裂（断口朝

下）

①通径检测（打印）--②选择弯笔尖初探通道-③合适铣锥扶正扩铣断口并冲砂至断口以下20m-④合适铣锥逐级扩眼-⑤探冲砂至井底（若未通过，采用钻杆笔尖与偏心胀管器冲胀断口，重复③④）-⑥模拟通井。

3）套管严重弯曲井

①通径弯曲检测（测井、打印）--②选择弯笔尖初探通道-③合适铣锥逐级扩铣弯曲变形套管并探至变形段以下20m-④大直径铣锥与铣棒组合修套取直-⑤探冲砂至井底（若未通过，采用液压整形），重复②③④）-⑥模拟通井。

2、斜直井打捞解卡技术研究

1）强制扶正磨铣技术的研究

斜直井套磨铣时钻柱始终紧贴套管壁，为防止开窗，采取“钻杆+扶正器+钻杆短节+扶正器+铣锥”强制扶正，减少钻柱钻进时急转效应，降低斜直井补贴管磨铣难度大，易磨偏，造成施工复杂化。

 2）液压增力解卡技术的研究

斜直井的井架有一定的倾斜角，在上提时受力过大会使修井机出现位移，最大上提拉力为250KN，若管柱遇卡严重无法解卡，设计了井口液压增力器，最大上提拉力达600kN，可根据压力计算出实际拉力。

 3）大直径工具打捞技术的研究

斜直井打捞遇卡的井下大直径工具，为了增加打捞成功率，采取倒扣分段打捞出井内工具，增加打捞成功率。      

3、套管加固技术研究

对原井损坏套管采用小一级套管进行加固，悬挂碰压式悬挂器与无接箍小套管上端连接，无接小套管下端与套管浮箍连接，套管浮箍与套管倒扣引鞋连接，最后水泥固井。

4、斜直井钻、磨、铣工艺技术研究

对于管柱负荷轻，有效钻压低，优选Φ 114.3mm隔热管柱、Φ73mm钻杆增加钻压，提高了作业时效。井下工具被砂、垢卡埋，活动解卡无效，采用Φ127和Φ114.3无接箍套管连续套铣，将落物捞出。

四、项目实施规模及效益

斜直井大修技术现场应用共43井次，成功率达88.4%，斜直井严重套损井打通道进行修复、扩径后，小套管固井恢复生产；斜直井打捞解卡技术研究，包括：补贴管扶正磨铣技术、液压增力解卡技术和大直径工具打捞解卡技术，捞出井下工具；优化斜直井钻、磨、铣工艺技术研究，提高斜直井大修施工成功率。平均单井缩短施工工期3.2天，减少外委大修费用851.6万元，实现了小修设备可完成大修施工，扩大了小修作业的施工范围，缩短了施工周期，加快了作业施工进度，斜直井大修作业填补了河南油田的技术空白。

五、结论与建议

1、形成一套适应河南油田斜直井大修工艺技术体系，为斜直井大修作业提供了技术支撑。

2、形成了连续套铣、暂堵冲砂等一系列适用于斜直井大修施工工艺。

3、斜直井大修工艺技术还需要不断完善，以满足斜直井大修施工的需要。

参考文献

［1］徐安丽，刘宝钧.斜井钻机气控系统设计分析. 石油工业出版社，1998；

［2］国外斜直井修井机述评   【期刊】石油机械   焦天佑；韩兴

［3］ XJ40斜井修井机方案论证  【期刊】石油机械  杨汉立

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