南15-平203井鉆具粘卡打撈技術

改造者：姚良秀

南15-平203井鉆具粘卡打撈技術

改造者：姚良秀

勝利油田水平井打撈技術還不十分完善，水平井大部分打撈工藝與打撈工具一直沿用常規(guī)井使用的打撈工具和方法。本文通過對南15-平203井鉆井事故的闡述，在水平井大斜度和水平井段實際打撈技術的研究和實踐，改進打撈工具，提出水平井Ф241.3mm井眼鉆具組合的弊端和改進建議，形成水平井打撈工藝技術，為水平井的事故預防、打撈工藝技術的提高和發(fā)展起到積極的推動作用。

施工簡況

南15-平203井井身結構：一開井深Ф346.1mm×326.00m；表層套管Ф273.1mm×325.13m。二開井深：Ф241.3mm×1515.00m。造斜點873m，從1134.12m下入FEWD儀器，完鉆井深1515。00m，最大井斜90.83°，井底水平位移462.35m，水平段長189.02m。

完鉆循環(huán)鉆井液后卸方鉆桿起鉆，鉆具發(fā)生粘卡，多次上提至100t（原懸重44t），下放至0，立即接方鉆桿，開泵循環(huán)正常。粘卡時鉆頭位置1501.41m，被卡鉆具結構：Ф241.3mmHAT127牙輪鉆頭×0.30m+Ф197mm1.5°動力鉆具×8.34m +Ф197mm 531×410接頭×0.45m +Ф186mmFEWD×7.01m +Ф172mm無磁懸掛×4.75m +Ф127mm無磁承壓鉆桿×9.30m +Ф127mm斜坡鉆桿140根（和加重鉆桿15根）?？ㄣ@時鉆井液性能：密度1.25g/cm3；粘度45s；失水4.0ml；泥餅0.5mm。水平段砂巖滲透性強是粘卡主要原因；鉆井過程短起下次數(shù)少是卡鉆的另一主要原因。

卡鉆后循環(huán)處理鉆井液，注入解卡劑40m2，浸泡72小時未解卡，從1251.38m處爆炸松扣（1251m處井斜78°），然后兩次下入反扣公錐打撈未果。

水平井處理事故的技術難點

水平井大斜度井段和水平段鉆柱粘卡使得打撈的難度大

眾所周知，鉆具粘卡由于壓差的作用增加了鉆具和泥餅之間的摩阻力，在粘附卡鉆后，尚可用提、壓、轉、震擊的辦法爭取解卡，水平井的鉆柱在斜井段和水平段一時解不了卡，卡點會上移，卡鉆已由吸附力和摩阻力兩種力作用形成，摩阻力隨著壓差的增大而增大，且與鉆柱和泥漿的接觸面積、壓差、泥漿濾餅的摩阻系數(shù)成正比。

F=0.1K（P1-P2）A

式中：F-摩阻力，KN；

A-為鉆柱與濾餅的接觸面積，cm2；

P1-為鉆井液液柱壓力，MPa；

P2-為地層孔隙壓力，MPa；

K-為濾餅摩阻系數(shù)，一般取值在0.05～0.25之間；

0.1-為單位換算系數(shù)。

在水平井，鉆柱與地層粘附形成包角大，鉆柱的橫向接觸面積A近周長的1/3～2/5，鉆柱的縱向截面積的2/3，如圖1所示，實際打撈過程中套銑鉆具（桿）扣端面的形狀圖。

本井如果按水平段長度189m計算，鉆柱僅按縱向截面積的1/3計算，則：12.7×1/3=4.23（cm）計算，垂深1148m，P1=0.0098×1.25×1148=13.78 MPa；P2為地層孔隙壓力10.5MPa；摩阻力F=0.1×0.05×（13.78-10.5） ×189×100×4.23=1311（KN）=131（t）。如果考慮45度以下斜井段和水平段長度為1515-1090=425（m），摩阻力為2948（KN）=295（t）。

如上所述，由于鉆井液與地層壓力的負壓差的作用、水平粘附段長，摩阻力之大可想而知。如果再仔細再考慮鉆具組合下部中的鉆柱的縱向截面積的2/3；動力鉆具、FEWD儀器、無磁承壓的大尺寸影響等等，摩阻力就更大。

水平井鉆具結構和井身軌跡的客觀性使得水平段打撈的可靠性程度降低

圖1　被套銑鉆具（桿）扣端面圖

Ф241.3mm井眼中鉆具中的動力鉆具最大外徑Ф197mm，僅FEWD外徑就Ф186mm。目前適合Ф241.3mm井眼的套銑筒外徑206mm、內徑Ф184mm，有一種特殊的套銑筒，最大外徑Ф219mm、內徑Ф194mm，套銑昴貴的外徑為Ф186mmFE儀器也相當困難。勝利油田241.3mm井眼使用鉆頭扣型均為REG6-5/8和外徑為Ф197mm動力鉆具，用外徑為Ф219mm、內徑Ф194mm的套銑筒套銑Ф197mm動力鉆具望塵莫及。

另一方面，水平井的井身軌跡剖面造斜率高，設計造斜率25°/100m，實際有兩處井段造斜率達到27～29°/100m，如井段990～1040m和1070～1230m井段，最高造斜29.18和27.46°/100m，井身軌跡如下表1。下入Ф206mm或Ф219mm套銑筒相當困難。

處理技術方案的形成

通過對該井前期事故處理浸泡、打撈處理效果不理想。經過仔細分析和研究，確定整體打撈方案如下：

第一步：改用倒扣接頭打撈，倒出部分未完全粘卡的鉆具。在倒扣打撈作業(yè)中，使用該工具，鉆具結構中可以不帶安全接頭，通過操作，可以代替公錐牢牢地抓住落魚，不僅可以實現(xiàn)安全退扣，而且比采用反扣公錐倒扣，打撈成本低，不會引起像公錐斷裂等復雜事故惡化。

第二步：然后用Ф206mm套銑筒套銑，倒扣接頭和公錐倒扣，倒出無磁承壓鉆桿以上全部鉆桿，但必須至少留無磁承壓鉆桿，由于無磁懸掛母扣內有無磁墊圈，防止倒出無磁承壓鉆桿，無磁懸掛內無磁墊圈全部散落至魚頂位置以上，增加打撈處理難度甚至打撈失敗。如果下入Ф206mm套銑筒時遇阻，必須對井眼進行通井和擴眼后，下入一根套銑筒套銑，然后增加半根或兩根套銑筒，再進行打撈部分鉆具。

第三步：由于FEWD儀器本體外徑Ф180mm，而FEEWD儀器扶正塊最大外徑Ф186mm，而需要再次較大井眼工具進行通井和擴眼，然后下入一根直徑大Ф219mm套銑筒套銑，然后增加一根或兩根Ф206mm套銑筒組成復合式套銑筒，進行套銑，最后倒出FEWD儀器。

打撈技術方案實施

倒出部分鉆具

用倒扣接頭進行了六次倒扣，根據(jù)每次倒扣鉆具情況，下入倒扣接頭（或公錐）的鉆具組合中第一根鉆桿用不同程度的彎鉆桿加入，共倒出鉆桿20根，魚頂1357.11m（1357m處井斜90.46°），落魚長度144.3m，落魚在水平段，倒扣時最大扭矩38000N.m。第七次倒扣時，鉆具粘卡吸附力大，倒扣時最大扭矩40000N.m，倒扣未成功。

然后循環(huán)處理鉆井液。注入解卡劑20m3，開始浸泡并下入震擊器、加速器，每間隔4小時震擊，震擊5～6次，震擊范圍140t～90t。再次用倒扣接頭六次進行倒扣，倒出鉆桿6根，落魚長度87.01m（其中普通鉆桿6根）。倒扣時最大扭矩40000N.m，倒扣扭矩達到電動轉盤扭矩，下部鉆具無法再進行倒扣。決定先通井后，再下入套銑筒進行套銑，進入整體方案第二步。

通井、套銑、打撈部分鉆具

井眼通井時分兩步，通井本著鉆具結構先易后難、先柔性后剛性的原則，通井目的是對水平井的井軌跡中造斜率大的井段進行通徑、修復和降低造斜率。在斜井段、造斜率高的井眼，下入剛性強的Ф206mm套銑筒存在著下入困難和遇阻， 所以，下鉆通井鉆具充分考慮到造斜率高對下入套銑筒的風險，通井鉆具結構如下。

第一次通井鉆具結構：Ф190mm三翼尖刮刀+Ф127mm加重2根+Ф235mm扶正器+Ф127mm加重1根+Ф127mm斜坡鉆桿18柱+Ф127mm加重10根+Ф127mm斜坡鉆桿。

第二次通井鉆具結構：Ф190mm三翼尖刮刀+Ф127mm斜坡鉆桿1根+Ф127mm加重11根+Ф235mm偏心擴眼器+Ф178mm鉆鋌2根+Ф235mm鍵槽破壞器+Ф127mm加重16根+Ф127mm斜坡鉆桿。

在水平段下Ф206mm套銑筒也按照先易后難的原則，先下套銑筒一根，然后再下一根半、兩根，每次套銑時，在魚頭位置如果被粘卡的鉆具嚴重粘附在下井壁，進不了魚，不能硬套銑，必須在魚頭上裁引子（短鉆桿或公錐），防止碰壞和擠壞魚頭，造成打撈復雜惡化。實際證明：下Ф206mm套銑筒也先易后難，進不了魚用裁引子辦法套銑進魚。這種辦法簡單有效。

經過7次套銑，兩次下入震擊器、加速器和隨鉆震擊器，下入然后下公錐或倒扣接頭，又打撈出6根鉆桿，落魚長度29.68m。井內落魚已打撈至無磁懸掛部分。達到了整體方案的第二步。

打撈FEWD儀器

下鉆通井保證Ф219mm一根和Ф206mm一根（或兩根）復合套銑筒順利下入，通井鉆具組合：Ф190mm三翼尖刮刀+Ф127mm斜坡鉆桿2根+Ф235mm鍵槽破壞器+Ф127mm加重2根+Ф235mm鍵槽破壞器+Ф127mm加重2根+Ф235mm偏心擴眼器+Ф127mm加重8根+Ф127mm斜坡鉆桿27根+Ф127mm加重15根+Ф127mm斜坡鉆桿。

復合套銑筒也先易后難原則，第一次只下Ф206mm兩根套銑筒套銑落魚中的無磁承壓鉆桿+無磁懸掛，然后下入Ф219mm一根+Ф206mm兩根組成的復合套銑筒，將FEWD儀器及以上所有鉆具套銑完，然后下入倒扣接頭打撈儀器對扣以后，最大上提150t，上提落魚不動，F(xiàn)EWD儀器以下部分動力鉆具和鉆頭緊緊粘附在井壁上，然后倒扣，起鉆打撈FEWD儀器成功，井內只有落魚鉆頭、動力鉆具和配合接頭，以下落魚不再進行打撈。

水平井打撈技術小結

該井自粘附卡鉆以后開始進行處理事故打撈作業(yè)，歷時一個多月，完成了解卡劑浸泡2次、震擊器震擊3次、起下打撈34次、起下鉆輔助23次等62次作業(yè)。在34次打撈輔助作業(yè)中，只有18次打撈是有效果的，其余16次打撈是無效的。由于該井為水平井，常規(guī)打撈工具受到了較多的限制，所以從水平井的處理角度來說，常規(guī)的打撈技術已不能滿足水平井事故處理的要求。在62次輔助打撈和打撈作業(yè)中，入井打撈工具和輔助工具，就類型而言有7種，就規(guī)格來說有11種，工具數(shù)量43只（根），直接材料損失較大，但是與成功撈獲昂貴的FWED相比，還是值得的，其事故處理的經驗和教訓值得借鑒。

銑鞋的改進

在以上方案的第二步實施過程中，水平井大斜度井段的套銑筒的順利下入，首要考慮是套銑筒的銑鞋，首先下入的切削型鋸齒銑鞋，銑鞋的底面的1/3改成馬蹄口，下鉆到底，這種加工的銑鞋進入魚頭困難。第二次下入切削型鋸齒銑鞋，不改成馬蹄口，同樣進入魚頭效果不理想。

兩次進不了魚頭，說明鉆柱緊緊粘附在下井壁，魚頭必須栽引子，同時換磨削型平底銑鞋，平底銑鞋底側面5～6cm高位置至底端加以鋪焊硬質合金。

磨削型平底銑鞋套銑效果較好，但是從套銑后打撈起出的鉆桿磨損嚴重，特別是公母扣被銑鞋嚴重磨損。鉆柱公母扣被磨損后，打撈下入公錐或倒扣接頭，必須謹慎選擇，防止打撈落魚時事故惡化。為防止出現(xiàn)意外，再次對磨削型平底銑鞋進行改進，平底銑鞋內側4～5cm高位置至底端加工成15°倒角。套銑鉆柱時對鉆柱和FEWD儀器減少磨損，實際套銑和打撈出鉆柱和FEWD儀器，鉆柱公母扣有輕微磨損，F(xiàn)EWD儀器幾乎沒有磨損。

自制倒扣母接頭

FEWD儀器連接自上而下由無磁懸掛、HCM傳感器、EWR電阻率傳感器、DGR伽瑪傳感器、雙公接頭組成。在套銑完FEWD儀器后，用倒扣接頭倒扣，由于電阻率傳感器和伽瑪傳感器絲扣連接扭矩較小，倒扣時從這兩者之間倒開，F(xiàn)EWDS儀器中下部DGR伽瑪傳感器、雙公接頭還在井內，伽瑪傳感器是FEWD儀器中三大部件之一，成本價格不薄。為了打撈伽瑪傳感器。但是伽瑪傳感器的公扣朝上且公扣內部有配件，與下部連接的是大尺寸Ф197mm1.5°動力鉆具，動力鉆具無法進行套銑且很強地粘附在井壁上，所以只有下母錐進行倒扣，只能希望伽瑪傳感器從伽瑪傳感器與雙公接頭或雙公接頭與動力鉆具兩者之間的聯(lián)接部分倒開。

為此，又兩次下入母錐，但是下鉆過程中斜井段均遇阻，又下鉆通井，再次下母錐又遇阻遇阻。母錐三次遇阻，打撈伽瑪傳感器的希望渺茫。打撈專家從倒扣（公）接頭得到啟示，設計和加工倒扣母接頭（下圖2所示）進行打撈。下入倒扣母接頭將伽瑪傳感器成功打撈出來。

下部鉆具組合建議

這次事故打撈唯一遺憾的的是，井內還有落魚9.09m沒有全部打撈出來，一是由于打撈工具受限，另外是鉆具組合本身的不合理。

圖2　設計和加工倒扣母接頭

勝利油田稠油油藏多，為了開發(fā)需要，部署大量的熱采井，設計二開井身結構中二開井眼為Ф241.3mm。在勝利油田，Ф241.3mm井眼與之匹配的動力鉆具直徑是Ф197mm，一旦出現(xiàn)井下事故和復雜，Ф197mm大尺的動力鉆具打撈相當困難。在西歐和美國，使用有Ф181mm、Ф185mm、Ф187mm、Ф190mm各類型的動力鉆具，選擇性較強。而在國內，目前只有德州生產Ф185mm的動力鉆具，有一種Ф172mm的動力鉆具，本體較小只能設計使用扣型為REG4-1/2"，而Ф241.3mm牙輪鉆頭和PDC鉆頭扣型REG6-5/8"，也與之不匹配。所以建議國內動力鉆具廠家生產Ф181～187mm的動力鉆具，滿足Ф241.3mm井眼處理井下事故和復雜的需要。

另外，在水平井鉆具組合中設計和使用隨鉆震擊器，但是，實際鉆具組合中隨鉆震擊器往往被忽視，隨鉆震擊器的使用在水平井和復雜井正常鉆井過程中因種種原因井下發(fā)生遇阻、遇卡或卡鉆時，可以啟動震擊器進行上擊或下?lián)?，及時解除井下卡鉆事故。

結語

（1） 水平井的井身軌跡如果造斜率低，如發(fā)生鉆柱粘卡，只要技術方案科學合理、處理措施得當，成功打撈鉆柱或FEWD等儀器是完全可以實現(xiàn)的。

（2） 發(fā)生粘卡以后，水平井大斜度井段和水平段鉆具粘附在下井壁，鉆具粘附時間長，粘附包角大，解卡劑不能有效進入鉆具包角范圍內，鉆具浸泡解卡的概率小，可以在第一時間內進行浸泡，如不解卡，不要再進行浸泡，既損失經濟效益又耽誤處理時間。

（3） 水平井處理井下鉆具粘卡，如果使用震擊類的解卡工具，震擊器選用上擊類的工具，下?lián)纛惞ぞ咧斏魇褂茫驗檎饟羝飨聯(lián)魰r造成鉆柱粘附包角增大，摩阻力增大，也可能造成落魚魚頭埋入井壁內，打撈時找不到魚頭，事故處理的難度加大。

（4） Ф241.3mm井眼使用與之匹配的外徑為Ф181～187mm的動力鉆具。

姚良秀

勝利石油工程有限公司渤海鉆井總公司鉆井一公司

姚良秀，男，1972年6月出生，1997年7月畢業(yè)于西南石油學院鉆井專業(yè)，大學本科，高級工程師，現(xiàn)為勝利石油工程有限公司渤海鉆井一公司從事技術管理工作。

圖3　變壓器故障診斷流程圖

張 毅

淮北礦業(yè)集團公司岱河礦業(yè)機電科

張毅（1965年出生）男，安徽淮北人，工程師，1991畢業(yè)于淮北技術學院，長期從事機電技術工作，現(xiàn)就職于淮北礦業(yè)集團公司岱河礦業(yè)機電科。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.18.028