隔水管重置技术在海上老油田挖潜中的应用与前景

庞瑞江

(中海油田服务股份有限公司一体化和新能源事业部工程技术作业中心，天津 300459)

0 引言

海上油田开采时，需要在平台相应位置处钻取出多个槽口，每个槽口对应一个油井，以将井下的石油运出。目前，我国大部分海上油井均开发了很长一段时间，井下原油储量大幅度降低，有些甚至已经达到了无油可采的情况。针对这一情况，为了确保这些油田依然可以继续开采，首先要以油田平台上现有的空槽口为基础，重新钻出一口油井，以此为剩余原油的开采提供支持。但需要注意的是，无论现平台上钻出多少新槽口，其下方的原油均有开采完的一天。这时则应通过外挂槽口，或是构建新平台的方式对老油田予以改造，以保证石油开采工作的顺利进行。但这两种方式的改造成本很高，甚至高出油田进一步开发与开采的经济效益，因而很少对老油田进一步开采。所以，为了解决这一问题，则应在老槽口的基础上，适当地进行侧钻改造，在构建出新油井的同时，降低油田开采的成本，以使老油田体现出更高的经济效益。

基于此，本文提出了一种老槽口再利用方案，即隔水管重置技术。通过该技术的应用，可一次性整体对老井套管进行切割，并于切割处，插入一个新隔水管。其中，安装了预开窗斜向工具，在使用过程中，不用单独进行开窗，即可完成钻井操作，从而继续对老油田进行开发，以此提升老油田的经济效益。这一技术的实施不仅有助于降低油田开采的成本，还能提高老油田的原油产量和经济效益，为我国海上油田的可持续开发提供了新的解决方案。

1 技术概况

1.1 基本介绍

隔水管重置技术，指的是在老油田开采到一定程度后，需要按照相关规定标准将对应的井眼予以封堵。然后以此为基础，通过磨料射流水下整体切割的方式，对原有套管进行切割，并将切下的套管回收。之后，在底部剩余套管串上下入并座挂带有预开窗斜向工具的新隔水管，以此为老油田后续开采提供支持。从本质上来说，就好像通过精准外科手术的方式，对老井的骨髓进行移植再造，以形成一口新井，通过新井可进一步对老油田中的储油进行开采。

1.2 磨料射流水下切割技术

1.2.1 技术基本概述

隔水管重置施工时，磨料射流水下切割技术是其中最为关键的技术。该技术是指根据预先标记的切割位置，通过专业的磨料射流切割设备，向水下射入一束高压射流，以此对多层套管进行切割。在磨料射流中，它主要由两部分构成：一部分是高压水流；另一部分是硬度较高的混砂颗粒，例如金刚砂、石榴石等。将这两部分均匀混合后，在特殊装置的作用下，将磨料射流射入到水下套管中，以此逐层对多套管进行切割，使得老槽口符合相关规定中的弃置要求。经过多年的发展，磨料射流技术已经更加成熟，大大提升了其在水下油井套管的切割能力，切割厚度最高可以达到100 cm[1]。这一技术的应用有助于提高老油田的开采效率和经济效益，为石油开采的可持续发展作出了积极贡献。

1.2.2 磨料选择

在对水下油井套管进行切割时，磨料是重要的材料。根据磨料的特点和获取方式，可以分为两种类型：一种是天然磨料，即直接从自然环境中获取的磨料，如石榴石等；另一种是人造磨料，即通过人工制造出来的磨料，如棕刚玉等。为了确保油井套管的切割效果，选择最佳的磨料是至关重要的。在选择磨料时，需要考虑多个因素，包括粒径、纯度、形状、浊度以及氯离子含量等。其中，最关键的因素是粒径。针对切割喷嘴直径的具体情况，应选择适当目数的喷嘴，以确保磨料能够顺畅地排出，防止喷嘴堵塞的问题[2]。通常来说，要保证3 个磨料颗粒并排同时射出时，其总宽度应低于喷嘴的直径。例如，如果选择1.00 mm 的喷嘴，磨料的粒径应控制在333 μm 以内，即磨料的最大目数应为80 目。为了确保磨料选择的合理性，需要进行大量的实验。根据实验要求，需要分别设置不同的工况方案，并通过对各方案的对比，确定出最佳的磨料。例如，在进行套管外切割时，最好选择100#棕刚玉。一旦确定了磨料，根据套管和射流装置的具体情况，通过相应的计算公式，可以推导出切割操作时最佳的进给速度、水流量和磨料量等参数，以确保整个切割操作能够顺利进行。

1.2.3 压力损失计算

在磨料射流切割过程中，高压作用下，磨料会沿着主管路流动。然而，这一过程中可能出现一定的压力损耗。特别是在深水施工时，射流管道越长，产生的压力损耗越高，导致射流束到达切割位置时的压流越小，这不符合水下切割的要求，可能会影响油井套管的切割效果，不利于隔水管的重置。因此，为了确保磨料射流切割的顺利进行，需要在切割之前根据管道长度、磨料种类等因素，精确确定出压力损失值。具体计算公式如下[3]：

式中：Δp为射流过程中的压力损失值(MPa)；ΔD为作业现场水深的提高值(m)；f为磨料射流束与管道间的摩阻系数，通过实验确定；ρ为磨料射流的密度值(kg/m3)；Q为射流流量(m3/s)；d为主管道的直径(m)。

1.3 多层套管拔桩力

老套管切割后，需要将原有套管管柱进行回收，为新隔水管的置入提供充足空间。在套管管柱拔出时，需要注意拔桩力的控制。为了设计出最佳的拔桩力，需要考虑多个因素，包括管柱的重量、井口直径大小、扩大率、水体深度、套管头高度、套管头重量、水泥浆密度以及油井结构情况等。通过大量实践研究表明，确定拔桩力时，可以按照公式(2) 进行推算[4]。该公式得出的结果与实际情况非常接近，误差通常控制在1%范围内。

式中：Qut为上拔力的最大值(t)；W为整个管柱的重量(t)；σ为管道的抗拉强(t/m2)；A0为管道没有切割处的表面积(m2)；A为切割处上端土圆柱体的表面积(m2)；Su为不排水抗剪强度(t/m2)。

1.4 隔水管一体化技术

对于老套管管柱来说，通常需要在泥面下方进行整体切割，然后将其拔出，为后续新导管的置入做好准备。然而，在新隔水管置入过程中，由于整个操作处于水面下方，定位难度较大，导致侧孔钻取的精度较低，新隔水管的精确度也受到影响，往往不符合前期设计要求，从而对后续油井的进一步开采造成干扰[5]。

为了解决这一问题，开发出了两种先进的水下置入控制工具：可调节导向锥和预开窗斜向工具。利用这两者构建出了隔水管一体化工具，用于对新隔水管置入的控制。通过应用该工具，可以精确控制隔水管的导入，确保导管中心与原井眼处于同一垂直线上。此外，该工具还可以为侧孔的钻取提供支持。在新隔水管置入前，还需要对已回收的套管进行检查，评估其偏向状况。然后，根据这一评估结果，调整导向锥的角度，提升斜向工具位置的精确性，使其与原套管偏心情况相同。这样做的目的是确保新隔水管在后续油田开采中发挥出最大的作用。

1.5 隔水管重置

在调整井施工过程中，通常选择修井机来逐渐将隔水管置入到水下油井中。然而，实际施工过程中，隔水管的重置主要受到两个因素的影响：设备的转盘通孔尺寸大小和隔水管道的外径尺寸。为了控制这两个因素对隔水管重置的影响，开发出了一种无接箍隔水管，提高了隔水管重置时的通过性，确保新隔水管能够顺利进入到预期位置处。同时，还开发了一种薄接箍表层套管，增强了套管在隔水管中的通过性，为侧孔的钻取提供了有力支持。

2 隔水管重置技术在海上油田的首次应用

2.1 隔水管重置参数设计

某海上油田E9 井经过多年的开采后，受到地层出砂因素的影响，储油产量大幅度降低，尽管经过多次维修，效果并不理想，严重干扰了该油井的进一步开采。针对这一问题，E9 井采用了隔水管重置技术，对老槽口进行侧向钻取，构建出新的油井用于剩余储油的开采。通过调查，可以得到该矿井的结构参数结果，详细如表1 所示。

表1 某海上油田E9 井结构参数

基于以上信息，可以确定射流装置的各项参数，具体如下：泵压力设置为250 MPa，泵排量设置为30 L/min；射流量设置为3 kg/min；喷嘴选择陶瓷材质，直径为1.00 mm，转速为3 r/min；射流水功率值为125 kW；喷嘴反力设定为350 N。在此基础上，根据上述所述的计算公式，可以推导出磨料射流切割的门限压力与最小喷射速度，具体结果如表2 所示。

表2 出磨料射流切割的门限压力与最小喷射速度

2.2 现场作业情况

根据工程需求，在施工现场完成了磨料射流系统的组装，并采用吊装的方式将其运送到施工位置处，然后将其放置于泥面下方4.5 m 处，一次性完成了整个管柱的切割工作。切割完成后，回收了旧的套管，并在现场拼接了隔水管一体化工具，根据之前介绍的内容，按照前期绘制出来的划线标志，测量了切断面的偏心情况，同时对导向锥进行了调节，使其位置更加精确。之后，根据设计方案的内容，测量出了斜向开孔的具体位置，并置入了预开窗斜向工具，然后重置了7 条800 mm(24 寸)新的隔水管。隔水管重置完成后，对整个井槽进行了检测，通过检测可以发现，新井槽的质量良好，符合水下石油开采的要求。

3 运用前景及意义

相较于传统的磨铣开窗施工技术，该技术的施工效率更高，能够节约108 h 左右，约等于4.5 d。按照日成本为80 万元计算，可以降低360 万元的成本。同时，新井槽的质量较高，位置精确，有利于后续储油的开展，对海上油田及社会的发展均具有重要意义。

4 结语

综上所述，隔水管重置技术是现代老油田深度开发利用的重要改造方案。通过应用该技术，可以构建出新的井槽，且新井槽的构建成本较低，速度较快。这为海上油田老油井的深度挖潜打下了良好基础，使得油田开采企业能够创造更多的经济效益。