復(fù)雜井況下短輕尾管丟手技術(shù)研究與應(yīng)用

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(中國石化 石油工程技術(shù)研究院 德州石油鉆井研究所，山東 德州 253005)①

盡管尾管固井風(fēng)險很大，短至2根、長至3 725 m的尾管均有懸掛和丟手成功的施工案例。實踐證明，影響尾管固井丟手因素是多方面的，任一因素出現(xiàn)問題，都會導(dǎo)致固井事故發(fā)生。丟手失敗是比較嚴(yán)重的固井事故，輕者起套管，嚴(yán)重時油井報廢[1-2]。例如，冀東油田某井，被落入回接筒內(nèi)的鉗牙卡住送入工具不能丟手，導(dǎo)致起套管；蘇丹某井，在井漏有進無出情況下強行固井，被水泥漿帶上來的砂子埋住送入工具，導(dǎo)致提拉短接被拉斷；四川某深井，因水泥漿被污染“閃凝”發(fā)生“插旗桿”事故，井報廢。這些事故的發(fā)生，都與工具質(zhì)量無關(guān)。對于深井、超深井、大斜度井中的短、輕尾管固井，由于尾管短，浮重輕，摩阻大，丟手判斷和丟手都非常困難[3-5]，如果下套管前各項準(zhǔn)備工作不充分，發(fā)生丟手失敗的風(fēng)險更大。因此，針對深井、超深井、大斜度井短輕尾管等復(fù)雜井況，研究出了一套確保尾管丟手成功的有效技術(shù)措施，對降低尾管固井施工風(fēng)險，節(jié)約鉆井成本具有重要意義。

1 影響尾管固井丟手主要因素分析

1.1 工具選擇

尾管固井風(fēng)險大，一旦發(fā)生事故，造成的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工具成本，故通常會選擇性能可靠的優(yōu)質(zhì)高端產(chǎn)品。但受降本增效影響，對于一般的尾管固井，有時也選擇低價產(chǎn)品，這些低價產(chǎn)品，因存在設(shè)計隱患，加工質(zhì)量不能保證，時有事故發(fā)生。

1.1.1倒扣螺母粘扣

倒扣螺母發(fā)生粘扣，直接造成丟手失敗。某些產(chǎn)品因熱處理質(zhì)量不穩(wěn)定，材料性能達(dá)不到要求，加之加工精度低，存在毛刺，磷化不好，就極易發(fā)生粘扣。在尾管懸掛器使用前對倒扣螺母進行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、清洗、反復(fù)“磨扣”，就是為了清除毛刺，防止粘扣。

1.1.2“中和點”倒扣設(shè)計缺陷

目前，大多數(shù)尾管懸掛器采用下壓倒扣的結(jié)構(gòu)形式，在倒扣過程中無需找中和點。然而，還有部分尾管懸掛器仍保留倒扣螺母與送入工具一體式設(shè)計，這種結(jié)構(gòu)成本低，但在倒扣前必須要找準(zhǔn)“中和點”，受拉或受壓狀態(tài)下很難倒扣成功，且在倒扣過程中需不斷上提鉆具重新找“中和點”。對于尾管短、重力輕、摩阻大的井，很難找到中和點，即使對送入鉆具進行了專門稱重，也會因摩阻大而判斷不清楚，很容易造成尾管懸掛器和尾管一起被帶出。

1.1.3密封芯子定位擋塊抱緊中心管

密封芯子隨送入工具一起提出的常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計，密封芯子靠4個擋塊定位固定在懸掛器密封外殼上。 正向憋壓時， 作用在密封芯子的上推力通過

擋塊傳遞到密封殼體凹槽的斜面上，在該斜面作用下，擋塊內(nèi)收，抱緊中心管，憋壓越高，抱緊力越大。計算?244.5 mm×?177.8 mm尾管懸掛器憋壓10 MPa產(chǎn)生的抱緊力為70 kN，增加中心管拔出阻力7～25 kN。正常情況下，泄壓后擋塊對中心管的抱緊力自然釋放；但如果憋通球座或碰壓值過高，導(dǎo)致?lián)鯄K發(fā)生塑性變形，擋塊上端楔緊在密封殼體內(nèi)，即使泄壓至零，擋塊對中心管的抱緊力不能自然釋放，此時鉆具越上提，抱緊力越大，很難丟手。如圖1。

1—密封殼體；2—密封芯子；3—擋塊；4—中心管。圖1 擋塊抱緊中心管原理

1.2 井眼條件

清潔、良好的井眼是保證固井作業(yè)順利的基礎(chǔ)條件[6]。同樣，除了工具質(zhì)量外，良好的井眼條件也是確保尾管固井后順利丟手的前提。

1.2.1井漏對尾管丟手的影響

對于地層不穩(wěn)定且漏失嚴(yán)重的井，因不能以正常排量循環(huán)，井底的沉砂無法帶出地面，停留在尾管懸掛器頂部，在倒扣上提下放判斷丟手時進入回接筒內(nèi)，水泥漿也會因攜砂能力強將未被循環(huán)上來的沉砂帶上來，在卸水泥頭過程中，沉降在尾管懸掛器頂部形成塞子，進入回接筒內(nèi)或堆積在尾管懸掛器頂部的沉砂都會產(chǎn)生額外丟手阻力。如果丟手阻力大于尾管浮重及尾管懸掛器的解掛壓力之和，懸掛器和尾管就會被帶出，造成丟手失敗[7-10]。如圖2。

圖2 進入回接筒內(nèi)的砂子示意

1.2.2“糖葫蘆”井眼對尾管丟手的影響

對于地層不穩(wěn)定，井徑極不規(guī)則的“糖葫蘆”井眼，當(dāng)水泥漿與鉆井液不相容時，即使使用較多的隔離液，因串槽或水泥漿接觸“大肚子”內(nèi)殘留的鉆井液，水泥漿被污染提前稠化，輕則替漿中途憋泵，套管內(nèi)留高水泥塞，重則被污染的水泥漿可能因“閃凝”造成“插旗桿”事故[1]。

1.3 水泥漿性能

水泥漿的稠化時間、抗污染性和觸變性對尾管固井施工安全至關(guān)重要。通常，水泥漿試驗和檢測都是合格的，但當(dāng)水泥漿試驗條件(如溫度)沒有完全模擬井下實際條件時，恰遇水泥漿體系對溫度敏感；或者水泥漿體系對密度敏感時，恰遇注水泥過程中密度控制不好；或者水泥漿的抗污染性差時，恰遇井徑極不規(guī)則的“糖葫蘆”井眼，隔離液不能保證水泥漿不接觸“大肚子”內(nèi)的鉆井液；或者各項試驗數(shù)據(jù)雖然合格，恰遇配漿水發(fā)生了變化等。這些極端情況一旦發(fā)生，很容易發(fā)生尾管固井中途憋泵或“插旗桿”事故。

1.4 地面設(shè)備

地面設(shè)備(包括固井設(shè)備、管線、水泥頭和鉆井液壓大鉗等)的好壞，直接影響固井施工的連續(xù)性。一旦施工中途設(shè)備出問題，不能及時回復(fù)作業(yè)，超過了安全施工時間，也會發(fā)生意想不到的事故。

1.5 井下落物

尾管固井作業(yè)，要求任何時候都不能發(fā)生井下落物。無論落物落入管內(nèi)，還是管外，都會引起復(fù)雜情況。

1.6 其它因素

1) 井斜。在斜井段，尾管重力部分作用在下井壁，相當(dāng)于尾管變輕，井斜越大，影響越大。

2) 清水替漿。清水替漿后因浮力變化，尾管變輕。

3) 憋壓上提。為了不留上水泥塞憋壓上提送入工具時，中心管被密封芯子擋塊抱緊，產(chǎn)生額外丟手阻力。

這些因素如果集中存在，并且沉砂進入回接筒內(nèi)，加上下入的尾管過短、浮重過輕，即使固井前倒扣成功，也很難正常丟手。

2 非常規(guī)短尾管固井技術(shù)適用性分析

文獻[3]提出在中心管密封芯子下部鉆循環(huán)孔，倒扣后上提，利用反循環(huán)驗證短路的方法驗證是否倒扣成功。該方法只是增加了一種倒扣是否成功的判斷方法，不能解決因額外丟手阻力過大造成的丟手困難或丟手失敗問題，而且該方法只能在井況允許反向憋壓的情況下實施。

文獻[4]研制了一種牽制短接，卡瓦坐掛后能提供300 kN左右的錨定力，相當(dāng)于增加了尾管的重力，這對通過懸重變化判斷丟手和有效克服額外丟手阻力起了重要作用。但該工具使用的前提是尾管能正常送放到位，這對于靠上提下放不能解除中途遇阻、且開泵壓力高的井就不適合應(yīng)用。如果牽制短接坐掛失敗也不能發(fā)揮其作用。對于環(huán)空間隙過小、只能使用丟手工具的短輕尾管井也不能應(yīng)用。

3 短輕尾管丟手成功技術(shù)措施

單靠一種方法或手段，很難確保解決各種復(fù)雜情況下的丟手問題，需要根據(jù)具體井的實際情況，制定出一套針對性強的技術(shù)措施，落實到每一個環(huán)節(jié)，方能大幅減少或避免丟手失敗事故的發(fā)生。

1) 工具選擇。選擇設(shè)計無缺陷(非精確中和點倒扣、定位擋塊無抱緊中心管作用、碰壓可靠)、加工手段先進、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、性能滿足要求的優(yōu)質(zhì)高端尾管懸掛器。使用前仔細(xì)檢查、試壓；盡量使用牽制短接，浮鞋帶尾翼和側(cè)循環(huán)孔，水泥頭與送入鉆具尺寸匹配。

2) 井眼準(zhǔn)備。下套管前做好承壓堵漏，確保能用正常排量將井內(nèi)沉砂循環(huán)干凈，徹底消除沉砂進入尾管懸掛器回接筒或堆積在尾管懸掛器頂部，造成額外丟手阻力的隱患。要專門對送放鉆具進行上提、停止、下放、停止4種狀態(tài)下的稱重，測量摩阻。調(diào)整好鉆井液性能，確保尾管能順利送放到位。

3) 水泥漿優(yōu)選。優(yōu)選使用抗污染性好的水泥漿體系，對于井徑極不規(guī)則的“糖葫蘆”井眼，水泥漿、鉆井液和沖洗液三者必須相容。取現(xiàn)場水、并模擬實際井溫和地層壓力等參數(shù)，做好水泥漿各種小樣試驗(含抗污染試驗)和半大樣及大樣復(fù)查。

4) 設(shè)備準(zhǔn)備。固井設(shè)備、井口工具、高壓管線、鉆井提升系統(tǒng)、液壓大鉗等所有與固井施工有關(guān)的設(shè)備和工具，都要事先檢查保養(yǎng)好，確保固井施工連續(xù)。

5) 風(fēng)險評估、落實措施。重點井和復(fù)雜井，組織各施工方及專家召開下套管前協(xié)調(diào)會，識別施工風(fēng)險，落實技術(shù)措施，確保施工安全。

6) 下套管。校核指重表，確保靈敏、準(zhǔn)確；盡量在靠近懸掛器位置安裝球座，防止替空；清理干凈鉆臺，保護好井口，整個施工過程中嚴(yán)禁井下落物；嚴(yán)格控制下放速度，防止因下放過快產(chǎn)生的激動壓力憋漏地層；尾管送放到位灌滿泥漿后要進行上提、停止、下放、停止4種狀態(tài)下的稱重，測量摩阻。

7) 循環(huán)。先小排量緩慢頂通，再由小到大逐漸提高排量循環(huán)，防止提排量過猛憋漏地層，并記錄不同排量下的循環(huán)壓力。

8) 坐掛、倒扣丟手。盡量留2 m左右的口袋，以利于準(zhǔn)確判斷是否坐掛成功；盡量減少投球坐掛前的大排量循環(huán)時間，采用硫化球或膠木球，確保球座密封可靠、坐掛成功。循環(huán)好后固井前再倒扣丟手。

9) 固井。保持尾管懸掛器受壓100～150 kN。水泥漿要進行批混，最好采用平衡法固井，禁止清水替漿；盡量減少低密度前置液用量，提前計算好固井后因浮力變化引起的送入鉆具懸重變化；認(rèn)真觀察頂替過程中壓力變化，發(fā)現(xiàn)壓力異常要盡量縮短施工時間，盡早拔出送入工具。

10) 拔送入工具。先正轉(zhuǎn)鉆具10～15圈再拔送入工具。利用懸重變化、拔出送入工具后反噴現(xiàn)象、下放鉆具遇阻點保持原位不動、憋壓上提壓力突降等方式綜合判斷是否丟手成功。如果實在無法脫手，應(yīng)將尾管懸掛器和尾管一起起離水泥漿面、等候凝后再起出全部管柱，防止起鉆中途尾管脫落，造成更嚴(yán)重的事故。在循環(huán)多余水泥漿過程中，要上下活動一單根以上距離，或低速開動轉(zhuǎn)盤。盡量將送入工具提至遠(yuǎn)離水泥面或直接起出，防止在候凝過程中被固住。

11) 候凝。憋壓候凝時，要觀察壓力變化，當(dāng)需要泄壓時，要同時上提一定距離鉆具，防止未凝固的水泥漿面上移將鉆具固住。

4 現(xiàn)場施工

以塔河油田一口開發(fā)井TP188X井為例，該井設(shè)計井深6 542.5 m，本開完鉆井深6 209 m，鉆井液密度1.4 g/cm3，尾管長214.09 m，浮重45 kN，選用了德州大陸架公司生產(chǎn)的下壓倒扣、無定位擋塊抱緊中心管作用、帶牽制短接的NDYX-CQ型?197.3 mm×?139.7 mm牽制式內(nèi)嵌卡瓦尾管懸掛器。該井在鉆進過程中曾發(fā)生過卡鉆，每次通井距井底少則5～6 m、多則一單根距離不能下到底，都需開泵劃眼到底；且存在劃眼到底后停泵上提不能放回井底的現(xiàn)象。送入鉆具下放稱重1 260 kN。

2016-04-17，尾管送放至6 205.5 m遇阻，距離井底3.5 m，經(jīng)處理無效后就地固井。因擔(dān)心套管提起后不能放回原位，不允許上提下放稱重；經(jīng)協(xié)商后在開泵條件下稱重，上提1 280 kN，下放1 240 kN。因套管沒下到位不允許再留口袋，在浮鞋接觸沉砂頂部、懸重1 240 kN狀態(tài)下投球坐掛，釋放懸重140 kN。在懸重1 240 kN位置倒扣，累計正傳25圈，只回轉(zhuǎn)半圈，上提1.4 m，懸重1 280 kN不變，下放1 240 kN不變。對比倒扣前后懸重數(shù)據(jù)完全相同，且下放懸重與送入鉆具下放稱重數(shù)據(jù)也不相同，無法判斷是否丟手成功。加之尾管短，浮鞋已接觸井底，不能通過回縮距數(shù)據(jù)判斷懸掛器和牽制短接卡瓦是否坐掛成功。這種情況下如果冒然固井，有尾管及懸掛器被帶出的風(fēng)險。后將懸重調(diào)整至1 200 kN，重新倒扣25圈，回轉(zhuǎn)1.5圈，上提下放懸重沒有變化，但依據(jù)倒扣回轉(zhuǎn)情況、摩阻數(shù)據(jù)和開泵狀態(tài)下懸重偏小經(jīng)驗，判斷倒扣成功。后固井施工順利，到量碰壓，拔出送入工具后出現(xiàn)反噴現(xiàn)象，證實丟手成功。

5 結(jié)論

1) 影響尾管固井丟手的因素是多方面的，工具質(zhì)量、井眼準(zhǔn)備和水泥漿性能是最關(guān)鍵的影響因素。短輕尾管丟手風(fēng)險大，特別在深井、超深井、大斜度井、井漏并存的條件下風(fēng)險更大，應(yīng)根據(jù)具體井況采取針對性技術(shù)措施，并落實到位，方能保證固井后安全丟手。

2) 如實反映井下復(fù)雜情況，并嚴(yán)格執(zhí)行制定的技術(shù)措施，才能為坐掛、倒扣是否成功提供準(zhǔn)確判斷依據(jù)，消除盲目施工帶來的風(fēng)險。

3) 研究制定的綜合技術(shù)措施，已在多口短輕尾管固井中成功應(yīng)用，證明了其科學(xué)性，為尾管懸掛器操作提供了良好的范例和寶貴經(jīng)驗。