雙層套管鍛銑技術(shù)在環(huán)空帶壓棄井中的應(yīng)用

李福明孫文化葉周明范豐年倪國勝齊安華

1.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司； 2.中海石油（中國）有限公司天津分公司；3. 渤海鉆探工程有限公司井下技術(shù)服務(wù)分公司

雙層套管鍛銑技術(shù)在環(huán)空帶壓棄井中的應(yīng)用

李福明1孫文化1葉周明2范豐年1倪國勝3齊安華3

1.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司； 2.中海石油（中國）有限公司天津分公司；3. 渤海鉆探工程有限公司井下技術(shù)服務(wù)分公司

中東波斯灣海域某探井出現(xiàn)環(huán)空帶壓，棄井期間多次嘗試在氣源層射孔擠注處理環(huán)空帶壓問題，未獲成功。在氣源層上部鍛銑?244.475 mm與?339.725 mm雙層套管，并在鍛銑井段內(nèi)注防氣竄水泥塞，通過負(fù)壓測試等證實了可以利用水泥塞實現(xiàn)對氣源層的有效封隔?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，環(huán)空帶壓井棄井作業(yè)中運(yùn)用多層套管鍛銑注水泥塞技術(shù)能夠徹底解決射孔擠注難以處理的環(huán)空帶壓問題。

鍛銑套管； 注水泥塞； 環(huán)空帶壓； 棄井

環(huán)空帶壓簡稱SCP或SAP，多由油套管泄露、固井質(zhì)量差或井下溫度效應(yīng)導(dǎo)致水泥和套管界面膠結(jié)失效而形成［1］，不僅破壞井筒完整性，棄井時也難以處理。中東波斯灣海域某探井出現(xiàn)環(huán)空帶壓，棄井作業(yè)時先后采用了在氣源層射孔擠注和鍛銑套管注水泥塞等措施來處理，效果較好。

1 井身結(jié)構(gòu)及環(huán)空帶壓概況

Casing program and SCP summary

該井為高溫高壓氣井，作業(yè)水深30 m，共6開井眼，依次鉆遇新生界第三系，中生界白堊系、侏羅系、三疊系和古生界二疊系和泥盆系地層。該區(qū)域新生界主要為砂泥巖和碳酸巖；中生界主要為碳酸巖夾硬石膏，局部有泥頁巖和鹽巖層；目的層古生界二疊系和泥盆系主要為砂泥巖層。該井各層套管固井水泥返高至泥面，實鉆井深及套管下深見表1。五開?311.15 mm井眼鉆進(jìn)期間發(fā)現(xiàn)?473.075 mm和?346.075 mm套管之間環(huán)空帶壓，壓力緩慢增長，最高壓力到7.58 MPa。通過井口放壓控制環(huán)空帶壓壓力不超過7.58 MPa，安全鉆至設(shè)計井深。經(jīng)綜合分析認(rèn)為氣源是位于?473.075 mm套管鞋下方的碳酸巖地層。棄井時為處理環(huán)空帶壓多次嘗試在氣源層2 314.9～2 318.0 m處射孔擠注，試擠液密度1.32 g/cm3，最大擠注壓力 16.55 MPa，當(dāng)量比重 1.98，試擠不成功。

表1 井身結(jié)構(gòu)及套管程序Table 1 Casing program

2 鍛銑工具介紹

Introduction on milling tools

按棄井規(guī)范要求，鍛銑帶壓套管至少30.5 m，并在鍛銑井段注長度不少于91.5 m的水泥塞處理環(huán)空帶壓［2］。該井應(yīng)鍛銑?244.475 mm套管和?346.075 mm套管，鍛銑上述2層高強(qiáng)度厚壁套管在世界范圍內(nèi)尚屬首例，每層套管都包括鍛銑開窗、銑進(jìn)和清刮水泥3大步驟，分別使用不同的鍛銑工具。

2.1 鍛銑?244.475 mm套管工具

Milling tool of ?244.475 mm casing

鍛銑?244.475 mm套管使用常規(guī)鍛銑工具CSM-1000，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

圖1 CSM-1000示意圖Fig. 1 Schematic CSM-1000

CSM-1000鍛銑工具可配備開窗刀具、銑進(jìn)刀具分別如圖2所示來進(jìn)行鍛銑開窗、銑進(jìn)作業(yè)。

圖2 CSM-1000鍛銑工具配套開窗刀具和銑進(jìn)刀具Fig. 2 The support window cutting tool and milling tool of CSM-1000 milling tool

鍛銑完?244.475 mm套管后，清刮?346.075 mm套管內(nèi)壁水泥與鍛銑?346.075 mm套管后清刮水泥都使用Meudsa VSTM工具。

2.2 Meudsa VSTM工具

Meudsa VSTMmilling tool of ?346.075 mm casing

鍛銑?346.075 mm套管使用Meudsa VSTM工具，結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。該工具可更換與傳動連桿相連的刀片和支撐臂，從而配備開窗刀具、銑進(jìn)刀具、清刮水泥刀具（圖4）來滿足鍛銑開窗、銑進(jìn)和清刮套管內(nèi)壁水泥作業(yè)需要。

圖3 Meudsa VSTM工具結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 3 Structural sketch of Meudsa VSTMtool

圖4 Meudsa VSTM工具配套刀具Fig. 4 Support cutting blades of Meudsa VSTMtool

2.3 鍛銑工具特色

Features of milling tool

CSM-1000為常規(guī)鍛銑工具，其刀片和Meudsa VSTM工具刀片均采用特殊抗高溫合金材質(zhì)，內(nèi)嵌正八邊形金剛石齒，提高刀具抗磨損強(qiáng)度。該材質(zhì)刀具克服了常規(guī)鍛銑刀具易崩缺、本體變形、折斷，銑進(jìn)速度低、單只刀片進(jìn)尺少［3］的問題。

Meudsa VSTM工具工作原理為液力推動本體內(nèi)的活塞下行進(jìn)而推動傳動聯(lián)桿使刀具隨支撐臂張開，主要特色如下：

（1） 結(jié)構(gòu)簡單，刀具及下方扶正支撐臂為一個整體，隨液力張開，扶正支撐臂緊貼套管內(nèi)壁，自動扶正效果好，組合中無需另外安裝扶正器，減少銑屑在扶正器處堆積的卡鉆風(fēng)險。

（2） 刀具采用多排刀片組合設(shè)計，每排3只短刀片。銑進(jìn)時刀片自下而上逐排磨損，可避免只采用一組長刀片易引起的變形或折斷，安裝多排刀片可提高單次入井鍛銑進(jìn)尺。

（3） 工具本體內(nèi)的活塞及上方的噴射短節(jié)均有噴射孔，冷卻刀具和提供鉆井液通道，還可安裝不同尺寸水眼，增強(qiáng)水功率清洗效果。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

Field application

因射孔擠注處理環(huán)空帶壓失效，現(xiàn)場選擇鍛銑雙層套管注水泥塞技術(shù)處理。首先鍛銑37.8 m長的?244.475 mm套管和30.5 m長的?346.075 mm套管，再鍛銑井段底部注256.6 m長的防氣竄水泥塞，下RTTS負(fù)壓測試驗證水泥塞效果，合格。主要施工過程如下。

3.1 鍛銑準(zhǔn)備工作

Preparation for milling

為滿足井控安全和鍛銑鐵屑上返要求，調(diào)整鉆井液密度至 1.33 g/cm3，塑性黏度＞14 mPa·s，屈服值YP＞23 Pa，漏斗黏度FV＞50 s。

3.2 鍛銑?244.475 mm套管

Milling of ?244.475 mm casing

（1） 組合開窗工具，如下：?212.725 mm 銑錐+變扣+?212.725 mm扶正器+?209.55 mm CMS-1000開窗刀具+?161.925 mm噴射短節(jié)（噴嘴12/32×3）+浮閥+?165.1 mm減震器+?165.1 mm鉆鋌×9柱+?127 mm加重鉆桿×12柱。下鉆至2 280.8 m處（校深）切割?244.475 mm套管，并繼續(xù)向下開窗至2 282 m。

（2） 起鉆至井口，更換為銑進(jìn)工具組合：?212.725 mm銑錐+變扣+?212.725 mm扶正器+?209.55 mm CMS-1000鍛銑工具（刀具張開最大尺寸為?279.4 mm）+?161.925 mm 噴射短節(jié)（噴嘴12/32×3）+浮閥+?165.1 mm減震器+?165.1 mm鉆鋌×9柱+?127 mm加重鉆桿×12柱。下鉆至2 282 m，銑進(jìn)?244.475 mm套管至2 318.6 m。

（3） 起鉆至井口，更換為刮銑鉆具組合：?196.85 mm MEUDSA鍛銑工具（刮銑刀具）+?196.85 mm 噴射短節(jié)（噴嘴 20/32×2，帶浮閥）+?165.1 mm鉆鋌×3柱+?127 mm加重鉆桿×12柱。下鉆，2 314.3～2 283.8 m自下而上清刮?346.075 mm套管內(nèi)壁。循環(huán)，起鉆。

3.3 鍛銑?346.075 mm套管

Milling of ?346.075 mm casing

（1） 組合開窗工具。?196.85 mm Meudsa VSTM開窗刀具+?196.85 mm 噴射短節(jié)（噴嘴14/32×2，帶浮閥）+?165.1mm減震器+?165.1mm鉆鋌×3柱+?127mm加重鉆桿×12柱。下鉆至2 283.8 m處（校深）切割?346.075 mm套管，并繼續(xù)向下開窗至2 285.1 m。

（2） 起鉆至井口，更換為銑進(jìn)鉆具組合。?196.85 mm Meudsa VSTM銑進(jìn)刀具+?196.85 mm 噴射短節(jié)（噴嘴18/32×1+20/32×1，帶浮閥）+?165.1 mm減震器+?165.1 mm鉆鋌×3柱+?127 mm加重鉆桿×12柱。下鉆并銑進(jìn)?346.075 mm套管至2 314.3 m。

（3） 起鉆至井口，更換為刮銑鉆具組合。?196.85 mm Meudsa VSTM刮銑刀具（最大張開尺 寸 ?508 mm）+?196.85 mm 噴 射 短 節(jié)（噴 嘴18/32×1+20/32×1，帶 浮 閥）+?165.1 mm 減 震器+?165.1 mm鉆鋌×3柱+?127 mm加重鉆桿×12柱。下鉆，2 314.3 m～2 283.8 m自下而上清刮?473.075 mm套管內(nèi)壁，循環(huán)，起鉆。

鍛銑上述2層套管的主要技術(shù)措施有：

（1） 工具許可范圍內(nèi)盡可能增大排量，提高鉆井液攜巖能力，控制銑進(jìn)速度和監(jiān)測返出鐵屑的數(shù)量和形狀，并正確處理阻卡問題［4］。

（2） 嚴(yán)密監(jiān)測鐵屑返出量并稱重對比，結(jié)合鍛銑進(jìn)尺、純鍛銑時間、泵壓和扭矩等參數(shù)來判斷井眼及刀具狀況。

（3） 每 銑 進(jìn) 0.6～1.0 m 清 掃 稠 漿（漏 斗 黏 度FV≥110 s）攜帶鐵屑，必要時停鉆循環(huán)。

3.4 鍛銑井段注水泥塞

Placement cement plug in milling window

（1） 坐橋塞于 ?473.075 mm 套管內(nèi) 2 312.3 m，設(shè)置機(jī)械屏障封堵氣源壓力，同時承托鍛銑井段的水泥塞。起甩下橋塞工具。

（2） 下注水泥塞管柱至橋塞頂，管柱自下而上：?127 mm旋流短節(jié)+?127 mm鉆桿+旋塞閥+旋轉(zhuǎn)水泥頭+旋塞閥+短鉆桿。試壓合格后，保持鉆具旋轉(zhuǎn) 20 r/min，注水泥塞（2 312.3～2 072.6 m），共計泵入13.4 m3，密度為1.98 g/cm3的水泥漿。

（3） 拆甩旋轉(zhuǎn)水泥頭等，緩慢起鉆至2 072.6 m，循環(huán)并排放受污染的泥漿，降低排量在放多余的水泥漿。繼續(xù)緩慢起鉆至2 022.6 m處，候凝。

3.5 驗證封隔效果

Veri fi cation of isolation effect

（1） 候凝36 h后，下鉆探水泥塞塞頂，在2 076.6 m處遇阻25 kN。

（2） 循環(huán)排量3 785 L/min調(diào)整鉆井液性能，出口密度 1.32 g/cm3，漏斗黏度 40 s，YP=10 Pa。

（3） 循環(huán)均勻后，通過錄井監(jiān)測鉆井液中的氣全量，氣全量為0。

（4） 組合RTTS負(fù)壓測試管串如下：?244.475 mm RTTS+循環(huán)短節(jié)+安全接頭+?127 mm加重鉆桿×9柱。下RTTS至1 982.1 m處，循環(huán)，向鉆具內(nèi)替入海水，造負(fù)壓3.45 MPa，坐封RTTS于?244.475 mm套管內(nèi)，負(fù)壓測試。在鉆具上安裝壓力表觀測并記錄壓力表讀數(shù)。因頂替進(jìn)鉆具內(nèi)的海水在井筒內(nèi)受熱膨脹，鉆具內(nèi)壓力上漲，通過定期記錄壓力數(shù)值，可發(fā)現(xiàn)在相同周期內(nèi)壓力上漲趨勢明顯降低，最大值逐漸減少。

根據(jù)零氣全量和負(fù)壓測試結(jié)果，可以認(rèn)定鍛銑井段的水泥塞封隔效果較好，成功封堵了氣源。注水泥塞完成后的井身結(jié)構(gòu)見圖5。

4 結(jié)論

Conclusions

（1） 該井開創(chuàng)性地使用雙層套管鍛銑技術(shù)，從根源上成功解決了射孔擠注處理失敗的多層套管環(huán)空帶壓問題，為環(huán)空帶壓井的棄井處置提供了解決方案和實踐經(jīng)驗。

（2）依據(jù)氣源地層深度選取鍛銑套管位置是成功處理環(huán)空帶壓的必要條件。

（3） 鍛銑套管作業(yè)周期長，風(fēng)險較高，應(yīng)優(yōu)選鍛銑工具和底部鉆具組合。

（4） 注水泥塞的水泥漿體系應(yīng)具有良好的防氣竄和界面膠結(jié)性能，控制失水性能及泊松比。此外，應(yīng)提高附加量以減少混漿，確保固井質(zhì)量。

圖5 鍛銑套管注水泥塞后井身結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 5 Schematic casing program after casing section milling and cement plug

（5） 建議在鍛銑帶壓套管的底部坐棄井橋塞封隔氣源及壓力傳遞通道，設(shè)置機(jī)械封隔屏障，同時承托鍛銑井段水泥塞。

［1］ 齊奉忠，劉碩瓊，袁進(jìn)平.氣井環(huán)空帶壓的原因分析及解決措施淺析：2008年全國固井技術(shù)研討會論文集［C］. 2008：195-200.QI Fengzhong, LIU Shuoqiong, YUAN Jinping. Reason analysis & solution discussion of sustained annular pressure gas wells: Well Cementing Techniques Seminar 2008 ［C］. 2008: 195-200.

［2］ Qatar Petroleum Drilling Department. Suspension and abandonment of drilling operations manual［S］.

［3］ 樊曉萍，楊曉莉，汪友松，譚寧川．套管鍛銑工藝技術(shù)研究［J］.石油鉆探技術(shù)，2002，30（4）：23-24.FAN Xiaoping, YANG Xiaoli, WANG Yousong, TAN Ningchuan.Study on casing milling technology［J］.Petroleum Drilling Techniques, 2002, 30（4）: 23-24.

［4］ 李群山.提高套管鍛銑效率的途徑［J］.石油鉆探技術(shù)，1999，27（4）：17-18.LI Qunshan. Ways to improve section milling effciency of casing ［J］ . Petroleum Drilling Techniques, 1999, 27（4）: 17-18.

（修改稿收到日期 2017-06-24）

〔編輯 薛改珍〕

Application of dual casing section milling technology to the abandoned wells with sustained casing pressure

LI Fuming1, SUN Wenhua1, YE Zhouming2, FAN Fengnian1, NI Guosheng3, QI Anhua3
1. EnerTech-Drilling & Production Co., CNOOC Energy Technology & Services Limited, Tianjin 300452, China;2. Tianjin Branch of CNOOC China Ltd., Tianjin 300452, China;3. Downhole Technology Service Ltd., CNPC Bohai Drilling Engineering Company Limited, Tianjin 300452, China

SAP (sustained annular pressure) was observed in a exploration well in Persian Gulf. And during its abandonment, perforation and cementing in the gas source layers was tried many times to kill the SAP, but no success is ever achieved. In this paper, the dual casing (?244.475 mm and ?339.725 mm) in the upper part of gas source layers was milled, and gas block cement plug was set in the milled section. It is verifed by negative pressure test that cement plug can isolate the gas source layers effectively. Field application shows that multi-layer casing milling and cement plug technology can solve completely the SAP problem which cannot be dealt with by the conventional perforation and cementing technology.

Casing section milling; cement plug; annulus pressure; abandoned well

李福明，孫文化，葉周明，范豐年，倪國勝，齊安華.雙層套管鍛銑技術(shù)在環(huán)空帶壓棄井中的應(yīng)用［J］ .石油鉆采工藝，2017，39（4）：460-463.

TE243

A

1000 – 7393（ 2017 ） 04 – 0460 – 04

10.13639/j.odpt.2017.04.012

:LI Fuming, SUN Wenhua, YE Zhouming, FAN Fengnian, NI Guosheng, QI Anhua. Application of dual casing section milling technology to the abandoned wells with sustained casing pressure［J］. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(4):460-463.

李福明 （1984-），2007年畢業(yè)于長江大學(xué)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，主要從事海洋石油鉆完井監(jiān)督工作。通訊地址：（300452）天津市塘沽區(qū)渤海石油路688號海洋石油大廈B座B809。電話：022-25807552。E-mail：lifm2@cnooc.com.cn