TD004-X3井大斜度井鉆具滑扣事故處理實(shí)踐

張 杰 常忠勇 何茂偉 李高文 何文平

(中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司川東鉆探公司)

0 引言

TD004-3井是大天池構(gòu)造帶龍門潛伏構(gòu)造明達(dá)高點(diǎn)軸部西翼斷下盤的一口水平井，水平井段采用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)鉆至石炭系井深5390.92m，又進(jìn)入了梁山組。起鉆靜觀通井排除后效時，梁山組高壓層泥頁巖垮塌，Ф88.9mm鉆桿滑扣3次對扣失敗，井下遺留中子源、LWD、MWD等工具和鉆具2083.27m。先下公錐打撈成功，起鉆中遇阻卡，起至井口被掛落，公錐尖部斷裂，落魚入井，打撈難度加大。通過分析落魚情況，改進(jìn)公錐形狀，強(qiáng)化魚頭過井口安全措施，成功撈獲落魚，為處理同類事故積累了經(jīng)驗(yàn)。

文章詳細(xì)介紹了該事故發(fā)生的原因、處理工藝措施。該井事故的成功處理，避免了中子源、LWD、MWD丟棄、側(cè)鉆和進(jìn)尺的報(bào)廢乃至該井周邊開采井因輻射而關(guān)閉，不但取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且為處理同類事故積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

1 TD004-3井概況及事故發(fā)生經(jīng)過

TD004-3井設(shè)計(jì)為大斜度井實(shí)際為水平井，設(shè)計(jì)井深5456.00m，井身結(jié)構(gòu)為:Φ244.5mm技術(shù)套管下至 3028.84m(嘉二3)，Φ177.8mm 套管懸掛2729.11m～5085.00m，五開，石炭系地層Ф152.4mm采用地質(zhì)導(dǎo)向鉆進(jìn)至井深5390.92m，地質(zhì)循環(huán)取樣分析已進(jìn)入粱山組15.92m。由于地層異常，起鉆至套管鞋內(nèi)H5061.46m靜止觀察。

鉆具組合:Φ152.4mmPDC鉆頭×0.18m+1.5度彎角馬達(dá)×6.76m+浮閥×0.74m+測量工具×10.53m+中子密度儀×7.05m+Φ88.9mm鉆桿27柱×788.45m+Φ88.9mm加重鉆桿5柱×138.46m+Φ88.9mm鉆桿7柱×204m+防磨接頭×0.69+Φ88.9mm鉆桿1柱×29.34m+防磨接頭×0.69m+Φ88.9mm鉆桿1柱×29.35m+防磨接頭×0.69m+88.9mm鉆桿+接頭+127mm鉆桿。

下鉆通井排后效時劃眼到底正常，將鉆具提離井底繼續(xù)循環(huán)排后效，啟動轉(zhuǎn)盤、調(diào)整參數(shù)下放至H5384.82m懸重突然由 1440kN↓1050kN，泵壓17.1MPa↓14.9MPa。原鉆具對扣3次在1400kN滑扣后再無法對扣，起鉆完發(fā)現(xiàn)Φ88.9mm鉆桿第66柱上單根公扣滑扣，絲扣磨損嚴(yán)重。出井魚尾見圖1。

圖1 出井魚尾圖

井下落魚結(jié)構(gòu):Φ152.4mmPDC鉆頭+1.5度彎角馬達(dá)+浮閥+測量工具+中子密度儀+3Φ88.9mm鉆桿27柱+Φ88.9mm加重鉆桿+Φ88.9mm鉆桿7柱+防磨接頭+Φ88.9mm鉆桿1柱+防磨接頭+Φ88.9mm鉆桿1柱+防磨接頭3+88.9mm鉆桿29 2/3柱，Σ:2083.27m;

魚頂井深:井深3301.85m;魚長:2083.27m;魚頭位于Φ177.8mm套管內(nèi)。

2 事故處理風(fēng)險及措施

2.1 風(fēng)險

梁山組地層巖性復(fù)雜，極易造成垮塌。落魚中有中子密度儀存在，如果處理不成功，將直接威脅該井周邊開采氣井的安全，而且在該區(qū)域?qū)⒉荒茉俨渴鹦戮?，該次事故損失將無法估量。

2.2 措施

處理原則:先下工具造扣起出中子源，再進(jìn)行打撈處理作業(yè)流程為:

(1)下Φ146mm母錐對扣后循環(huán)暢通則電纜打撈中子源。

(2)下部落魚水眼巖屑堵塞時則使用連續(xù)油管打撈中子源。

(3)若造扣不成，則使用反扣鉆具打撈，改變魚頭。(4)下鉆對扣，連接下部落魚。

(5)下專用工具打撈中子源，撈獲中子源后。(6)根據(jù)井下情況進(jìn)行通、套、倒，逐步進(jìn)行處理。

3 事故的處理過程

3.1 母錐造扣循環(huán)

下外徑Φ146mm、最大開口Φ135mm母錐至魚頂，循環(huán)排除后效，反復(fù)轉(zhuǎn)動，母錐無法套進(jìn)魚頭，造扣不成功。

3.2 大水眼公錐造扣倒扣改變魚頭

下水眼直徑51mm的311大頭公錐至魚頂，循環(huán)排后效，造扣打撈、分段緊扣，上下活動500kN↑1600kN未解卡;試開泵循環(huán)鉆井液暢通即排出魚頂下部后效，上提懸重1280kN坐卡瓦至350kN，反轉(zhuǎn)25圈倒扣無開扣現(xiàn)象，扭矩減小轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)5圈，反轉(zhuǎn)20圈回3圈，上提鉆具懸重350kN↑1600kN解卡。

方鉆桿帶單根，間斷倒劃眼起鉆至井深5290.05m正常起鉆，當(dāng)魚頭進(jìn)入Ф244.5mm套管后不同程度出現(xiàn)掛卡，分析認(rèn)為是Ф244.5mm長圓扣套管接頭間間隙造成，采用座卡瓦點(diǎn)動轉(zhuǎn)盤1～2圈方式起鉆，魚頂距轉(zhuǎn)盤面接近20m出現(xiàn)掛卡，瞬間懸重由450kN↓50kN，起出打撈鉆具發(fā)現(xiàn)311大頭公錐尖部斷裂Ф90mm外×Ф51mm內(nèi)-15mm半圓環(huán)入井;立即灌滿鉆井液觀察出口和液面變化情況，防頓鉆導(dǎo)致井漏和溢流發(fā)生出現(xiàn)井控險情，井口液面不降，未發(fā)生井漏。

4 井下復(fù)雜情況分析

4.1 落魚下砸到底后斷裂的可能性分析

落魚從井口附近掉落后，由于落魚結(jié)構(gòu)中有浮閥，水眼不通、Ф88.9mm鉆桿上有Ф146mm防磨接頭3只使環(huán)間間隙減小、本井在 Ф244.5mm和Ф177.8mm套管段是大斜度、石炭系和梁山組是水平段且段長達(dá)305.92m，鉆具下落過程中不斷減速，水平段的緩沖，落魚發(fā)生斷裂的可能性極小。

4.2 掉落半圓環(huán)位置分析

落魚迅速下行浮閥關(guān)閉，鉆具水眼內(nèi)沒有泥漿向外流動，鉆具外環(huán)空泥漿迅速通過鉆具與套管的間隙向上流動，在落魚頂中心形成一個極大的渦流，落魚頂內(nèi)斷裂公錐半圓環(huán)不會掉入落魚與套管的環(huán)形空間，而留在落魚內(nèi)存在兩種情況:

(1)落魚下行過程中與套管發(fā)生碰撞松動而卡在鉆具接頭加厚帶位置。

(2)落魚下行過程中與套管發(fā)生碰撞也沒有松動卡在魚頂造扣位置。

5 處理措施

5.1 打撈工具選擇

(1)普通正、反扣公錐打撈

存在掉落半圓環(huán)在接頭加厚帶堵塞水眼可能，工具無法進(jìn)入水眼造扣;半圓環(huán)在魚頂造扣位置時，打撈鉆具與落魚和半圓環(huán)形成的通道中心與原鉆具中心有3mm～4mm徑向偏差，在造扣或倒扣過程中潛在公錐斷裂風(fēng)險[1-3]。

(2)正、反扣母錐打撈

第一次Ф146mm母錐無法套入魚頂，加之起鉆過程中落魚在Ф244.5mm套管2729m后不同程度出現(xiàn)掛卡，說明魚頂外徑變形大，母錐無法滿足造扣打撈要求。

(3)磨鞋修正魚頂

磨鞋使用后存在碎塊，碎塊在鉆具水眼內(nèi)堵塞鉆具水眼，失去中子源的通道;在落魚與套管環(huán)間，增加事故的處理難度。

(4)正、反大頭公錐

在魚頂存在斷裂的 Ф90mm外×Ф51mm內(nèi)-15mm半圓環(huán)阻擋，根據(jù)出井大頭公錐損壞情況和在工具上留下的不明顯痕跡分析，該痕跡為魚頂母接頭變形后最上端絲扣在造扣過程中留下的痕跡，斷裂面離上部痕跡有65mm高度，還存在利用這65mm高度造扣的可能，也是值得一試的最簡便方法，否則此次事故處理將困難重重。

(5)改造出井311大頭公錐打撈

割去剩余的半圓環(huán)并向上割去30mm，將公錐的最下端直徑由Ф90mm↑Ф92mm，增大該工具的打撈直徑，割去的30mm長度為公錐在魚頂造扣的預(yù)留造扣深度，避開落魚水眼內(nèi)的Ф90mm外×Ф51mm內(nèi)-15mm半圓環(huán)進(jìn)行造扣打撈。

5.2 改造311大頭公錐入井造扣打撈

下311大頭公錐至魚頂循環(huán)排后效，正轉(zhuǎn)造扣、分段緊扣至19圈時井下落魚解卡，上下活動懸重1100kN↑1700kN，間斷倒劃眼，方鉆桿帶單根起鉆至井深5276.60m，起鉆至井深5139.50m遇阻1540kN↑1600kN，倒劃眼至井深 5078.02m，鉆頭進(jìn)Ф177.8mm套管鞋，井斜由井底的井斜84.46度，方位18.96度降低到井斜63.5度;方位18.7度，可以直接使用電纜取源而無需加壓開泵送入取源工具，決定先取源后再起鉆，防止落魚在Ф244.5mm套管內(nèi)掛卡落魚可能掉落，將中子源取出后事故最大損失就報(bào)廢進(jìn)尺和工具，保障整個氣田的安全。

5.3 電測車通水眼試取中子源

下Ф44mm電測加重桿試通水眼，在魚頭下第2根Ф88.9mm鉆桿加厚帶反復(fù)多次試下均未通過，因倒劃眼過程中能夠循環(huán)，但公錐與魚頭密封存在問題，加上斷裂的Ф90mm外×Ф51mm內(nèi)-15mm半圓環(huán)在鉆桿加厚帶阻擋，采用電纜或連續(xù)油管通水眼中途取源方案無法實(shí)施，只有被迫強(qiáng)行起鉆。

5.4 強(qiáng)行起鉆安全保障措施

(1)嚴(yán)格控制起升速度，魚頂離轉(zhuǎn)盤面700m前，每起1柱的時間控制在7min～8min，均勻緩慢起升。

(2)剎把操作平穩(wěn)，待游車不擺動或擺動較小時才能上起鉆具，禁止猛提猛剎猛頓。

(3)起鉆到魚頂距轉(zhuǎn)盤面700m～300m范圍，用起升電機(jī)絞車二檔低速進(jìn)行起升，300m到魚頭出轉(zhuǎn)盤面吊卡扣好前用起升電機(jī)絞車一檔低速進(jìn)行起升，速度控制在1m/min極可能減小遇卡拉力。

(4)在起至打撈鉆具最后5柱不再灌入泥漿，放空井口段環(huán)空便于觀察落魚在井口的居中情況。

(5)整個起鉆過程中專業(yè)技術(shù)人員在旁指揮，另安排專人協(xié)助司鉆觀察指重表，遇卡最高不超過50KN，如準(zhǔn)備工作不充分、信號不明或其它原因等情況均不得起升鉆具。

6 井內(nèi)落魚的安全起出，事故順利解除

成功起出壞魚頭(圖2)。測量魚頂由127mm變形到最大外徑Ф153mm，與穿入的Ф177.8mm內(nèi)徑為Ф155mm，內(nèi)外徑僅差2mm。起鉆完獲全部落魚，中子源按正常程序順利取出，LWD、MWD、螺桿鉆具、Ф152.4mm鉆頭完好無損，掉落在落魚水眼中的Ф90mm外×Ф51mm內(nèi)-15mm半圓環(huán)在鉆具水眼中找到，TD004-3井Φ88.9鉆桿滑扣事故圓滿解除。

圖2 撈獲的變形魚頂

7 事故原因分析

(1)壓力相差懸殊:梁山組壓力系數(shù)設(shè)計(jì)為1.5，石炭系壓力系數(shù)為1.00，四開時在梁山組鉆進(jìn)泥漿密度1.65g/cm3起下鉆困難，將泥漿密度加重到1.75g/cm3后井下穩(wěn)定，而目前泥漿密度僅1.13g/cm3。

(2)該地區(qū)梁山組泥頁巖極不穩(wěn)定，是極易垮塌的地層，垮塌卡鉆風(fēng)險較大。

(3)水平井本身井壁穩(wěn)定性差，水平鉆進(jìn)梁山組后梁山組泥頁巖更不穩(wěn)定，增加了垮塌風(fēng)險。

(4)水平段最大井斜達(dá)井斜84.460，裸眼段有石炭系290m，粱山組15.92m，在劃眼過程中下部鉆具處于粱山組6.10m左右，當(dāng)井底出現(xiàn)掉塊后，螺桿被制動而啟動轉(zhuǎn)盤時轉(zhuǎn)盤扭矩過大造成Ф88.9mm鉆桿滑扣。

(5)操作者對循環(huán)泵壓觀察不夠，對轉(zhuǎn)盤負(fù)荷和扭矩的異常變化發(fā)現(xiàn)不及時。

8 結(jié)論

(1)魚頂情況分析與井下情況吻合，工具選擇正確是成功打撈的基礎(chǔ)。

(2)分析判斷落魚掛卡的原因、對魚頂?shù)乃幬恢谜莆帐翘岣叽驌瞥晒Φ年P(guān)鍵。

(3)技術(shù)措施對路是削減作業(yè)風(fēng)險，真正實(shí)現(xiàn)事故“快速”處理原則，降低事故損失的根本。

1 蔣希文.鉆井事故與復(fù)雜問題[M].石油工業(yè)出版社.2002.6.

2 安有杰.NP3-1井定向鉆具卡鉆事故處理實(shí)踐[J].2011，34(1)：97-98.

3 趙金洲，張桂林.鉆井工程技術(shù)手冊[M].北京：中國石化出版社，2004.