內(nèi)插法固井工具失效典型案例及預(yù)防措施

覃 毅

（中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司，河北任丘 062552）

內(nèi)插法固井工具失效典型案例及預(yù)防措施

覃 毅

（中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司第一固井分公司，河北任丘 062552）

引用格式：覃毅.內(nèi)插法固井工具失效典型案例及預(yù)防措施 ［J］.石油鉆采工藝，2015，37（6）：114-116.

內(nèi)插法固井技術(shù)是針對(duì)大尺寸套管或表層套管固井特殊性而采用的技術(shù)，由于其省時(shí)、替量少的特點(diǎn)在某鹽穴儲(chǔ)氣庫?339.7 mm大尺寸套管固井現(xiàn)場(chǎng)大量推廣應(yīng)用。隨著施工作業(yè)的增多，內(nèi)插法固井配套工具經(jīng)常發(fā)生失效，事故原因各異，但后果嚴(yán)重，影響到下一步鉆井工序。分析了鹽穴儲(chǔ)氣庫?339.7 mm套管內(nèi)插法固井施工配套工具失效案例，結(jié)合工具結(jié)構(gòu)與工作原理分析了事故原因，提出了相應(yīng)的預(yù)防措施，對(duì)同類固井現(xiàn)場(chǎng)施工具有一定的參考價(jià)值。

鹽穴儲(chǔ)氣庫；內(nèi)插法固井；工具失效；典型案例；預(yù)防措施

內(nèi)插法固井又稱 “內(nèi)管法注水泥”，一般用于大尺寸套管或表層套管固井，注水泥時(shí)能減少水泥漿在套管內(nèi)與鉆井液的摻混，縮短頂替鉆井液時(shí)間，同時(shí)水泥漿可提前返出從而減少附加水泥量過大而造成的浪費(fèi)和環(huán)境污染，達(dá)到了提高封固質(zhì)量和降本增效的目的［1-3］。施工作業(yè)中，因內(nèi)插工具發(fā)生的事故時(shí)有發(fā)生，消耗了大量的人力、物力和技術(shù)資源，影響了油氣田勘探開發(fā)進(jìn)度［4-14］。結(jié)合內(nèi)插工具現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用失效案例，就配套固井工具進(jìn)行分析。

1　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用失效典型案例

在某鹽穴儲(chǔ)氣庫區(qū)塊內(nèi)插法固井施工中，工藝套管結(jié)構(gòu)為：?339.7 mmBTC浮鞋+?339.7 mm套管1根+?339.7 mmBTC浮箍（含插座）+?339.7 mmBTC套管串；鉆桿串結(jié)構(gòu)為：內(nèi)插頭+?127 mm加重鉆桿+?127 mm鉆桿+方鉆桿

1.1PZXX井內(nèi)插法固井過程中工具失效

PZXX井是一口鹽穴儲(chǔ)氣庫資料井，完鉆井深380.63 m，下深380.35 m，插座位置357.86 m。施工過程中，注入水泥漿22 m3，排量1.2 m3/min，套管內(nèi)返出鉆井液，同時(shí)井口鉆井液也返出，下壓至10 t，套管內(nèi)不返；共注入水泥漿25 m3，套管內(nèi)又返出且量很大，無法繼續(xù)注水泥，水泥漿未返至地面；替入清水4.1 m3，排量1.0 m3/min；放回壓，回流約200 L后流量減小，但始終有小量回流，密封不嚴(yán)，共回流約300 L后拔出插頭開始起鉆；起出插頭，密封圈及本體完好，未見損傷；最后4柱鉆桿粘有水泥漿，約80 m；之后采用井口回填方法補(bǔ)救后續(xù)事情。

1.2CHUXX井內(nèi)插法固井過程中工具失效

CHUXX井是進(jìn)行區(qū)塊巖鹽建庫評(píng)價(jià)而鉆探的前期勘探資料直井，一開使用?444.5 mm鉆頭鉆至井深639.1 m中完，下入?339.7 mm表層套管638.6 m。注前導(dǎo)漿5 m3，平均密度1.68 g/cm3；注水泥漿119 m3，平均密度1.87 g/cm3，最高壓力3.8 MPa，現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)備的水泥全部注入井里，水泥漿未返出地面（注水泥過程中井口套管內(nèi)有鉆井液外溢，下壓懸重40 kN后，鉆井液停止外溢）；替水泥漿6.2 m3，最高壓力5 MPa；注水泥返漿正常，地面施工正常，井口未發(fā)現(xiàn)漏失；水泥車放回水，泄壓時(shí)阻流環(huán)失效，無法正常憋壓，反復(fù)3次試驗(yàn)無效，為防止鉆具被水泥固死，鉆井隊(duì)強(qiáng)行起鉆。起出鉆具發(fā)現(xiàn)最下面一根加重鉆桿外壁有明顯水泥黏附，下部?jī)?nèi)插頭膠圈完好，表面附有水泥塊，與鉆具連接的絲扣下部有完整的水泥環(huán)，如圖1所示。之后采取從環(huán)空反灌水泥漿作業(yè)進(jìn)行補(bǔ)救。

圖1　起出鉆具下部?jī)?nèi)插頭膠圈和內(nèi)插頭內(nèi)黏附的水泥塊

1.3JKXX井內(nèi)插法固井替漿后工具失效

JKXX井是一口鹽穴儲(chǔ)氣庫注采氣井，一開使用?444.5 mm鉆頭鉆至井深579.00 m中完，下?339.7 mm表層套管577.83 m固井。施工過程中注水泥漿63 m3，水泥車替清水4.8 m3；施工連續(xù)、正常，密度均勻，領(lǐng)漿全部返出地面。水泥車放回壓，回水0.45 m3，回流速度不減，浮箍密封失效；關(guān)閉水泥車閥門，注入清水1 m3，再次回水0.6 m3，注入0.4 m3；為防止憋壓候凝時(shí)出現(xiàn)殘余水泥固死，再次注入清水0.4 m3，所有替水量液面控制到浮箍以下，使鉆桿內(nèi)沒有殘余水泥漿，累計(jì)注入清水5.45 m3。根據(jù)化驗(yàn)數(shù)據(jù)，143 min后，判斷水泥漿已經(jīng)初凝，1 min后突然見鉆井液套管內(nèi)溢出，再次插入內(nèi)插頭并注入清水0.4 m3，45 min后再次檢驗(yàn)失敗，90 min后檢驗(yàn)失敗，防止“插旗桿事故”發(fā)生，強(qiáng)行起鉆。鉆井液返出約10 min后停止冒出，水泥漿倒返約10 m3左右。隨后立即從井口灌注水泥漿，采取井口回填方法補(bǔ)救后續(xù)工作。

2　工具結(jié)構(gòu)與工作原理

為了有效分析內(nèi)插法固井套管附件和工具的失敗原因，從內(nèi)插配套工具入手，研究其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理［15-16］。鹽穴儲(chǔ)氣庫井內(nèi)插法固井套管配套工具由插入式浮箍（內(nèi)裝回壓閥插座）、浮鞋和插入頭組成，其中內(nèi)插頭上部與鉆桿連接處有精密鉆桿螺紋，與鉆桿連接密封良好；側(cè)邊有側(cè)翼，起到扶正器的作用；下部與浮箍連接處有密封墊，提高內(nèi)插頭插入浮箍時(shí)密封效果。使用時(shí)將插入式浮箍裝在最下一根套管上端；浮鞋裝在最下一根套管下端。工作時(shí)將浮箍、浮鞋接到套管上，下套管時(shí)注意向套管內(nèi)灌鉆井液，下完套管灌滿鉆井液，然后將插入頭用鉆桿送入井內(nèi)，當(dāng)插入頭接近浮箍（插座）5～8 m左右時(shí)接方鉆桿，邊循環(huán)邊下入鉆桿，待浮箍以上的沉砂清理干凈后，慢慢插入浮箍（插座孔內(nèi)），并加壓一定噸力。通過立管進(jìn)行注水泥和替泥漿，替泥漿量要準(zhǔn)確，使鉆桿內(nèi)留適量水泥漿。停泵后馬上起鉆使殘留在鉆桿內(nèi)的水泥漿沉淀在浮箍上，第二次開鉆時(shí)，殘留水泥和回壓閥、鋁引鞋一起鉆除。

內(nèi)管注水泥工具主要由插座（包括球筐、浮球、承托環(huán)、限位桿及喇叭口）及帶密封圈的插頭組成。插頭接在鉆柱下端鉆桿上。為保證插頭居中且順利插入插座，在鉆桿最下端的3根鉆桿接頭上分別加1個(gè)彈性扶正器，帶浮球的插座嵌裝在下部套管的母接箍?jī)?nèi)。插座部分由外殼、插座本體、小球、彈簧、內(nèi)套、浮球等組成。在套管下入過程中，由于本體下部開有循環(huán)孔，可以自動(dòng)灌漿。然后下入鉆具組合。下鉆到位后，限位桿被插頭捅掉，替漿結(jié)束起出插頭時(shí)，浮球即可與承托環(huán)錐面結(jié)合，實(shí)現(xiàn)防回壓作用。

3　失效原因分析

這里主要討論分析造成失效的工具方面的原因。

（1）插頭和插座間密封容易失效。下內(nèi)管柱時(shí)，下壓加重時(shí)鉆具在套管內(nèi)有一定的彎曲度，導(dǎo)致內(nèi)插頭與插座間密封不嚴(yán)造成事故。

（2）替完水泥漿時(shí)水泥車放回水回吐不斷流，無法正常憋壓，反復(fù)3次試驗(yàn)失敗，浮箍（含插座）阻流環(huán)失效，質(zhì)量不過關(guān)，造成事故。

（3）長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)和鉆井液含砂高造成的浮箍密封不好。案例中有下完套管與下完內(nèi)管柱建立循環(huán)后，一直循環(huán)到第二天固井，間斷循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6個(gè)多小時(shí)的情況，增加了井下情況的復(fù)雜性，導(dǎo)致內(nèi)插工具失效。

4　預(yù)防措施

（1）嚴(yán)格檢查?339.7 mm浮鞋、浮箍（含插座）、內(nèi)插頭及其密封墊質(zhì)量；內(nèi)管注水泥器屬易鉆材質(zhì)，易損壞，宜輕裝輕放勿碰撞；工具使用前做好檢查、保養(yǎng)和校核，保證帶病設(shè)備不上井，確保井下工具、附件安全可靠。

（2）在下套管和固井前做好通井工作，充分循環(huán)處理鉆井液，確保井內(nèi)無沉砂與井眼穩(wěn)定再下套管和注水泥，同時(shí)盡力減少凡爾球或凡爾座被沖刷的時(shí)間。

（3） 做好鉆井液凈化工作，在下套管和下鉆過程中，嚴(yán)禁有棕繩、棉紗、藥品袋等雜物進(jìn)入井口和鉆具內(nèi)，否則將造成關(guān)閉失靈。

（4） 當(dāng)插入頭下到離浮箍（插座）5～8 m左右時(shí)必須先開泵循環(huán)，沖洗浮箍上的沉砂，然后慢慢插入，否則可能會(huì)破壞內(nèi)件，造成密封失靈。

（5）接方鉆桿開泵頂通井內(nèi)鉆井液并觀察套管內(nèi)是否有鉆井液返出，若有則必須增加中心插入管壓力保證插入座和中心插入管接觸處密封可靠。

（6）設(shè)計(jì)合理的水泥漿稠化時(shí)間，保證稠化時(shí)間大于注水泥施工60 min左右為宜。在既保證固井施工安全又不改變水泥漿原有性能的前提下，優(yōu)化水泥漿外加劑、減阻劑與早強(qiáng)劑的配比，使水泥漿的稠化時(shí)間在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步縮短，減少憋壓候凝時(shí)間。

5　結(jié)論

（1）內(nèi)插法固井作業(yè)高風(fēng)險(xiǎn)、不可逆，決定了固井作業(yè)的重要性。一旦發(fā)生“插旗桿”事故，不僅處理成本高，而且極有可能處理失敗，影響鉆井后續(xù)作業(yè)的進(jìn)行。因此內(nèi)插法固井作業(yè)過程需要十分謹(jǐn)慎。

（2）事故風(fēng)險(xiǎn)大，要進(jìn)一步加強(qiáng)攻關(guān)研究。固井施工應(yīng)盡可能保持連續(xù)施工，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)，減少中間等待，同時(shí)要調(diào)整水泥漿稠化時(shí)間，防止水泥漿由于觸變性而異常增稠，確保固井施工安全順利。

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（修改稿收到日期 2015-11-10）

〔編輯 李春燕〕

Failure typical cases of interpolation cementing tools and preventive measures

QIN Yi
（No. 1 Cementing Company of Bohai Drilling Engineering Co. Ltd.，CNPC，Renqiu 062552，China）

Interpolation cementing technique is specifically used for large-size casing or surface casing. This technique can save time and have a little displacement，so it is extensively used in cementing ?339.7 mm casing in a salt cavern gas storage. With the increase of operation activities，the auxiliary tools for interpolation cementing job often fail due to various reasons，but the subsequence is very severe，affecting the next drilling procedure. Examples were taken to analyze the cases of failure of auxiliary tools for cementing ?339.7 mm casing in a salt-cavern gas storage using interpolation cementing technique，and the causes for the failure were analyzed in terms of tool structure and working principles. Also，the relevant preventive measures were presented，all of which were of some reference value to field cementing jobs.

salt-cavern gas storage； interpolation cementing； tool failure； typical cases； preventive measures

TE925.2

B

1000-7393（ 2015 ） 06-00114-03 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.029

覃毅，1984年生。2009年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)，現(xiàn)主要從事固井技術(shù)研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的工作，工程師。電話：15128771297。E-mail：896028085@qq.com。