水平井卡鉆事故的爆炸處理方法分析

李 甲 柴文廣

(中國石化集團(tuán)華北石油局測(cè)井公司 河南新鄉(xiāng))

水平井卡鉆事故的爆炸處理方法分析

李 甲 柴文廣

(中國石化集團(tuán)華北石油局測(cè)井公司 河南新鄉(xiāng))

在水平井鉆進(jìn)過程中,由于鉆井液和地層等原因,不可避免的出現(xiàn)井內(nèi)卡鉆事故。有效的解卡不僅為鉆井公司節(jié)約了大量成本,也為及時(shí)化解卡鉆風(fēng)險(xiǎn)提供了保證。文章系統(tǒng)分析了水平井鉆具松扣、切割施工中的難點(diǎn)。當(dāng)經(jīng)過泡油、震擊還不能夠解卡時(shí),爆炸處理方法便能有效地解決此類卡鉆問題,該項(xiàng)技術(shù)在大牛地氣田水平井中也得到了很好的應(yīng)用。

水平井;鉆具;解卡;分析;爆炸處理

0 引 言

通過鉆水平井,增加水平井段長度來提高油、氣采收率已成為油氣田提高產(chǎn)量的一項(xiàng)重要途徑。目前大牛地氣田實(shí)施的水平井總數(shù)達(dá)到22口,隨著水平井成本不斷降低,油氣采收率的不斷提高,水平井工業(yè)化也不斷地向前推進(jìn)。與此同時(shí),水平井鉆進(jìn)過程中的卡鉆事故如處理不好,必然阻礙水平井工業(yè)化進(jìn)程。本文以DPX1 A點(diǎn)前卡鉆松扣和DPX2、DPX3水平井爆炸切割為例,介紹了華北測(cè)井成功實(shí)施A點(diǎn)前松口和超長井段鉆具切割的施工經(jīng)驗(yàn)。闡述了爆炸切割技術(shù)在水平中應(yīng)用過程中存在的技術(shù)難點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)及解決問題的思路。

1 電纜能下放到位置的爆炸松扣

當(dāng)井斜小于70°,正反扭矩能夠下傳到達(dá)卡點(diǎn)位置時(shí),一般情況下電纜能夠自由下放到位,便會(huì)采取爆炸松扣的方法。其原理是將鉆具懸重提至適當(dāng)?shù)膰嵨?并使鉆具施加一定的反扭力矩,這樣當(dāng)爆炸桿在接頭處爆炸時(shí),產(chǎn)生的沖擊波及振動(dòng)力,足以使接頭部分發(fā)生彈性形變使其絲扣倒扣,達(dá)到松扣的目的。

1.1 藥量的選擇[1]

爆炸松扣時(shí)采用的藥量與鉆具的尺寸、井深、鉆井液密度及炸藥的性能都有關(guān)系?，F(xiàn)一般都采用鉛導(dǎo)爆索來做爆炸桿,其推薦藥量如表1。(藥量單位:g)

表1 根據(jù)井深、鉆具尺寸的藥量推薦表

1.2 爆炸松扣前鉆桿的緊扣[1]

在爆炸松扣作業(yè)中,這是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。目的是使鉆桿各個(gè)連接部位受力均勻,有足夠的緊固程度,防止在施加反扭矩時(shí)將鉆具倒開,表2是施加正扭矩和反扭矩的參考數(shù)據(jù)。

1.3 下井爆炸桿的優(yōu)化

下井的爆炸桿和電纜的連接采用硬連接方式,這樣可以保證各個(gè)連接部位的絕緣程度,也有利于在水眼較小部位的順利下放。為了能盡量下放,在儀器最下端加上引錐。儀器采用無源磁定位,可以一次性將全部工具下到指定位置,如圖1所示,從而做到準(zhǔn)確定位、確保點(diǎn)火松扣一次性成功。

表2 爆炸松扣緊扣的參考數(shù)據(jù)

圖1 爆炸松扣示意圖

2 水力輸送電纜切割彈爆炸切割

爆炸切割是將鉆具懸重提至適當(dāng)?shù)膰嵨?炸藥爆炸時(shí)環(huán)形聚能穴藥罩被壓垮,碰撞形成高速運(yùn)動(dòng)的環(huán)形連續(xù)射流沿聚能穴藥法線方向發(fā)射,將鉆具切斷。此種方法適合鉆井液能循環(huán)時(shí)的水平井在爆炸松扣無法達(dá)到位置處進(jìn)行切割。

2.1 確定切割彈

在選擇切割彈時(shí),首先要根據(jù)所切割鉆桿的內(nèi)徑、外徑、壁厚、鋼級(jí)選擇所必須的切割能量,其次要根據(jù)水眼的大小盡量增大切割彈在水平段輸送時(shí)鉆井液的驅(qū)動(dòng)面積,以便使切割彈盡量的接近卡點(diǎn)。

2.2 鉆井液輸送電纜切割彈

單獨(dú)采用電纜下放,切割彈能到達(dá)的井斜角為60°左右,所以其輸送動(dòng)力只能采用鉆井液加壓循環(huán)的力量推動(dòng)切割彈進(jìn)入大斜度及水平段。井口需加裝電纜密封裝置,為了確保切割彈下放的過程中保持電纜的弱點(diǎn)不被破壞,應(yīng)根據(jù)下放的深度和張力情況慢慢增加鉆井液排量,但張力要控制在電纜頭弱點(diǎn)拉斷力之內(nèi)。根據(jù)試驗(yàn),采用8 mm電纜,過細(xì)則弱點(diǎn)及拉斷力太小,過粗則自重太大,不利于水平段的輸送。

2.3 準(zhǔn)確定位切割彈位置

確定切割彈的下方深度應(yīng)該采用切割彈點(diǎn)火頭上方加裝防震無源磁定位儀器,通過在施工過程中密切觀察磁定位和張力曲線來控制絞車下放的速度,從而保證電纜與切割彈同步下放。由于切割彈要求最佳的切割位置為鉆桿的接頭處,需測(cè)量磁定位曲線,然后通過磁定位零長計(jì)算切割彈位置。

2.4 確保切割彈能夠點(diǎn)火

切割彈點(diǎn)火成功要保證電纜在井下十幾小時(shí)的絕緣、通路良好,所以要精心制作電纜頭,確保通路、絕緣良好。在連接方式上采用硬連接方式,并且點(diǎn)火頭采用安全可靠的磁電雷管點(diǎn)火頭。

2.5 切割彈點(diǎn)火前、后的工作

點(diǎn)火前鉆具懸重提到最大負(fù)荷,并施加扭矩;切割

后要不停地活動(dòng)鉆具、循環(huán)鉆井液,直至鉆具提出。

3 連續(xù)油管輸送爆炸切割

連續(xù)油管輸送爆炸切割技術(shù)是針對(duì)水平井不能進(jìn)行循環(huán)時(shí)采用連續(xù)油管將切割彈到達(dá)指定位置進(jìn)行起爆切割,其切割的原理及彈的選型與電纜輸送切割一樣。

3.1 壓力起爆器的選擇

選擇水平井壓力起爆器,它采用壓力激發(fā)方式起爆,特別是在稠油井、大斜井、水平井或多個(gè)目的層同時(shí)或分級(jí)射孔起爆作業(yè)過程中,使用方便。為了更加安全可靠,加裝上緩沖器,以防在下放過程中誤加壓。其上接頭和連續(xù)油管相連,下端連接鉆桿切割彈[2]。

3.2 準(zhǔn)確定位切割彈位置

采用存儲(chǔ)式磁定位和伽馬在通井時(shí)連接在模擬彈上端,到達(dá)位置后在連續(xù)油管上做上記號(hào),地面記錄時(shí)間及深度。儀器提出后,采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,根據(jù)伽馬和鉆桿根數(shù)準(zhǔn)確定位,還可以根據(jù)鉆桿的長度前后進(jìn)行推理定位。

3.3 判斷切割彈成功起爆[3]

通過TCP監(jiān)測(cè)系統(tǒng)判斷切割彈是否成功起爆,將TCP監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)的傳感器吸附在井口的鉆桿上,當(dāng)井下爆炸時(shí),其振動(dòng)波沿管壁傳至地面?zhèn)鞲衅?傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號(hào)進(jìn)入主機(jī),信號(hào)處理后進(jìn)入監(jiān)測(cè)識(shí)別軟件,由識(shí)別軟件解析出爆炸信號(hào)中的頻譜,如波長、頻率等,進(jìn)入分析平臺(tái)中進(jìn)行頻譜分析并計(jì)算,給出分析結(jié)果,若分析結(jié)果認(rèn)定為爆炸信號(hào),則自動(dòng)給出射孔判斷及判斷依據(jù)。判斷切割彈的成功起爆,能給以后的工作提供參考。

4 松扣切割在水平井中的應(yīng)用

4.1 爆炸松扣在DPX1的應(yīng)用實(shí)例

DPX1井是華北分公司的一口重點(diǎn)水平開發(fā)井,設(shè)計(jì)垂深2 804 m,在鉆至山1段厚煤層下部2 947.34 m時(shí)卡鉆,經(jīng)過浸泡解卡劑、活動(dòng)鉆具等無效,決定采用爆炸松扣解卡,判斷為煤層垮塌造成鉆具遇卡。根據(jù)煤層的上下界,判定卡在2 930 m處,經(jīng)過研究確定,將松扣位置定在2 910 m處的接頭上。

施工過程:首先要正反扭矩,考慮到大井斜大位移的因素,加反扭矩時(shí)要比常規(guī)井多加2圈,加到13圈,然后連接好爆炸工具,在制作爆炸桿時(shí)考慮到斜度較大,多加了50 g藥量;然后下放,工具很順利下放到預(yù)定位置2 910 m,通過磁定位曲線將爆炸桿定位到鉆桿接頭處;點(diǎn)火后發(fā)現(xiàn)鉆盤轉(zhuǎn)動(dòng),爆炸處松扣成功。

4.2 電纜輸送爆炸切割在DPX2的應(yīng)用實(shí)例

DPX2井是大牛地氣田的一口超長水平段的水平井,鉆具采用普通5 in鉆具,外徑127 mm,內(nèi)徑108 mm,壁厚9.5 mm,最小井眼69.9 mm,鉆井液能正常循環(huán)。經(jīng)過認(rèn)真分析、實(shí)驗(yàn),確定了切割方式、切割彈型號(hào)、電纜的規(guī)格等,并對(duì)施工中的難點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)策研究,對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估,采取了一系列的應(yīng)急措施。

施工過程:根據(jù)具體情況確定了下井工具的連接,依次為電纜頭+磁定位+轉(zhuǎn)換頭+點(diǎn)火總成+切割彈,總長度為1.67 m,電纜直徑為8.0 mm,磁定位外徑43 mm,點(diǎn)火總成外徑43 mm,切割彈最大外徑60 mm,總裝藥量為1 800 g;安裝好井口密封裝置,下扣型為鉆桿公扣,連接好手壓泵和鉆井液循環(huán)系統(tǒng)。將下井工具與電纜頭連接,放入到鉆具水眼內(nèi)進(jìn)行自然下放。當(dāng)放到井斜60°左右有遇阻現(xiàn)象便連接好壓井口電纜密封裝置打上手壓,通過加壓注入并循環(huán)鉆井液的方式輸送切割彈。絞車司機(jī)密切注意張力系統(tǒng),控制在拉斷力以內(nèi),做到隨時(shí)下放電纜;整個(gè)下放過程中密切觀察磁定位和張力曲線,控制絞車下放的速度,使電纜與切割彈同步下放,經(jīng)過一步步平穩(wěn)加壓,切割彈最終到達(dá)指定位置,而張力也控制在弱點(diǎn)拉力的75%以內(nèi);根據(jù)磁定位曲線和切割彈的零長差將彈準(zhǔn)確定位到需要切割的鉆桿接頭上;點(diǎn)火前鉆桿從120 t提到250 t,點(diǎn)火后儀器提出后能看到切割彈爆破的痕跡。

電纜提出后,鉆井隊(duì)反復(fù)活動(dòng)鉆具及循環(huán)鉆井液,直至全部提出。切割深度4 059.41 m,切割水平段長達(dá)1 194.21 m,切到了卡點(diǎn)前最后一個(gè)接頭、創(chuàng)造了國內(nèi)水平井超長水平段鉆桿切割施工紀(jì)錄。

4.3 連續(xù)油管輸送爆炸切割在DPX3的應(yīng)用實(shí)例

DPX3井在井深4360m時(shí)上提下放活動(dòng)鉆具無效,鉆具卡死,內(nèi)外無法建立循環(huán)。A點(diǎn)位置在2 942 m,水平段長達(dá)1 418 m。

施工過程:由于DPX3井為氮?dú)馀菽@進(jìn),所以先有井隊(duì)進(jìn)行壓井、直井段進(jìn)行倒扣等作業(yè),然后有連續(xù)油管作業(yè)隊(duì)進(jìn)行井口安裝。然后用連續(xù)油管帶起爆器、存儲(chǔ)式磁定位、伽馬儀器及模擬彈,送至切割位置模擬爆破,為下步正式爆破切割提供所需參數(shù);最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,連接切割彈進(jìn)行切割作業(yè),成功加壓19MPA引爆切割彈,圓滿而完美完成鉆具切割任務(wù),切割深度4 120 m,切割水平段長達(dá)1 178 m,切割后鉆具安全提出。

5 結(jié)論及建議

直井、斜井、水平井都能采用爆炸松扣(切割)的方法處理鉆具,鉆井液能循環(huán)時(shí)采用水力輸送法將切割彈輸送到指定位置進(jìn)行爆炸切割,在鉆井液無法建立循環(huán)時(shí),采用連續(xù)油管輸送切割彈到指定位置進(jìn)行加壓力起爆。

從切割的效果來看,切口均有連帶現(xiàn)象,原因是切割彈在水平段一邊緊挨鉆具,造成切割不完全。建議針對(duì)水平井專用切割彈要有扶正裝置,使切割彈盡量居中,達(dá)到最佳切割效果。

[1] 李佳明.最新鉆具技術(shù)手冊(cè)[M].北京石油工業(yè)出版社,2009

[2] 西安兵器工業(yè)二0四所.聚能切割彈系列產(chǎn)品簡要說明.2008(資料)

[3] 陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所.TCP監(jiān)測(cè)識(shí)別系統(tǒng)技術(shù)說明書.2007(資料)

0,24(6):9～11

Stuck accidents inevitably happen for complex technology of horizontal well,strong pulp-making capacity and unstable information.Effective releasing drill tools not only economize for well drilling companies,but also eliminate all risks of stuck.After oil emulsion drilling fluid and impact force by jar bumper,it can′t work,loosening by explosion is available.System analysis of prominent difficulties existed in construction of cutting drill pipes and thread breaking out is investigated in this paper.And the application of this technology is illustrated in Daniudi gas field.

Key words:horizontal well;drilling tool;releasing stuck;analysis;explosive teatment

Analysis of explosive treatments for stuck drilling tools in horizontal well.

Li Jia and Chai Wenguang.

TE28

B

1004-9134(2010)06-0009-03

李 甲,男,1966年生,高級(jí)工程師,1990年畢業(yè)于長春地質(zhì)學(xué)院,現(xiàn)為華北石油局測(cè)井公司副總兼測(cè)井技術(shù)服務(wù)中心主任,主要從事測(cè)井工藝研究工作。郵編:453700

2010-05-26編輯:劉雅銘)