水平井和大位移井打撈作業(yè)技術應用研究

蔣利　張平　羅紅強

摘 要： 本質(zhì)主要論述了常規(guī)鉆井作業(yè)和水平井/大位移井打撈作業(yè)的區(qū)別及相同之處，并較為詳細地說明了在水平井/大位移井中震擊器的作用，安放裝置及安放準則，給出了應用實例，提出了下一步研究方向。

關鍵詞： 水平井;打撈;震擊器;大位移井

【中圖分類號】G676 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-3733（2020）20-0210-01

1 基本概況

從頓鉆開始，鉆井作業(yè)時通常是在較原始設備的情況下，模擬帶倒刺矛去打撈落井鋼絲繩，至今，打撈作業(yè)已發(fā)生了根本性的改變。在水平井和大位移井中，每一次打撈作業(yè)并不是孤立的，而是考慮實際情況，比如井眼狀況、卡鉆原因、鉆柱極限及設備提升能力等計算機模型。即便如此，水平井和大位移井與常規(guī)井打撈作業(yè)仍然有很多相同之處，其中包括：①鉆柱與采油管柱卡鉆;②打撈落物或工具：③提出封隔器及旋塞;④修補套管。

在大多數(shù)情況下，常規(guī)井眼的打撈工具仍然成功地使用在水平井及大位移井下，例如，卡瓦打撈筒能有效地打撈具有一定外徑的工具和儀器，打撈矛繼續(xù)用于一定內(nèi)徑的工具和儀器的打撈。最主要的不同就是在鉆井和打撈中，用于傳遞打撈工具的管串設計和震擊器的位置不同。

在水平井和大位移井中摩阻較高，它極大地影響了沿鉆柱的軸向載荷和扭轉(zhuǎn)載荷的傳遞。另外，在大斜度井段，推動鉆柱向下運動的重力作用部分或整個受到削弱。為了彌補這些不利因素，常常采用倒裝鉆具組合。在倒裝鉆具組合中，鉆鋌和加重鉆桿在垂直井段，而常規(guī)鉆具組合的鉆鋌和加重鉆桿是緊靠在鉆頭之上。在垂直井段中鉆鋌和加重鉆桿有效地推進了下部鉆桿的運動。這是因為彎曲井段鉆桿式大斜度井段的鉆桿可以承受較大的載荷而不產(chǎn)生彎曲變形。

2 震擊器的作用

液壓震擊器通常是對被打撈的工具或儀器的活動部分施加沖擊載荷。由于震擊器的工作原理是依賴鉆柱軸向載荷的發(fā)揮和彈性能量釋放，所以震擊器的使用必須準確地了解鉆柱以及鉆柱和井眼的相互作用。

震擊器是在打撈管柱能夠承受拉伸的范圍內(nèi)通過延遲釋放拉力工作的，這樣它提供了一個瞬間的沖擊載荷代替還原緩加載荷提出落魚。為了使落魚活動，震擊器的沖擊載荷必須超過阻卡力。 落魚活動的長短取決于沖擊載荷的持續(xù)時間。

沖擊載荷和它持續(xù)共同作用效果稱之為推動力。位置合理的震擊器，在沖擊力大于阻卡力時，可以產(chǎn)生較大的推動力。因此，打撈作業(yè)中震擊器的功效不僅與它的設計有關，而且與它在打撈落魚作業(yè)中被安放的位置有關。

3 震擊器的位置

震擊器安放的位置是否合適可能影響震擊器的性能（影響因素可以提高3～4級）。震擊器按經(jīng)驗安放的位置常常是不恰當?shù)?，特別是在水平井和大位移井中。然而，計算機程序現(xiàn)在可以精確地計算出沖擊力和推動力，從而計算出震擊器最佳安放位置。該程序必須考慮井斜、曲率半徑、摩阻及鉆柱設計。一些公司的打撈或鉆井震擊器位置的計算程序是依據(jù)應力波理論計算出沖擊力和推動力的。程序也可以使用在管道中固體的沖撞及水錘作用以及在很短時間內(nèi)產(chǎn)生載荷的其它場合。震擊能量來自鉆柱被拉伸或壓縮的彈力。因此，當震擊移動時，瞬間釋放的能量并不能馬上作用在卡點上，而是在管柱中以聲速傳遞應力波能量，附加的3個因素使能量的傳遞進一步復雜化。

1）鉆柱截面上應力有部分被傳遞，另一部分因鉆柱截面的變化被反射;

2）鉆柱和井限的摩阻損耗了應力波能量;

3）有時，震擊器僅僅向上或向下活動了幾英尺，應力波的增加對落魚卡點管串就會猛烈的震擊力。

震擊器位置安放程序考慮以上因素，應用應力波理論分析解決了整個應力波傳遍問題，適合于任何截面的改變，同時適合于任意鉆柱和井下組合。

4 安放位置準則

雖然上面談到每次打撈作業(yè)都不同，但是在水平共和六位移井中對于震擊器的安放位置有一定的實踐準則：①由于在彎曲井眼產(chǎn)生的綜合軸向應力嚴重降低了震擊器的使用壽命，所以在大曲率15°/30m或更大曲率的井眼中，應避免震擊器工作;②在中半徑水平井中，如果震擊器安放在彎曲井段，必須考慮給出的拉力是否能 有效地傳遞到震擊器，因為在彎曲井段摩阻將損失50%以上軸向載荷;③當震擊器安放在彎曲井段以上時，應力波的大小因為摩阻的影響，傳遞到卡點時會減小，當然，即使在彎曲段以下有很長的水平段，較大的沖擊載荷也可到達;④在倒裝鉆具組合中，震擊器安放在加重鉆桿和鉆鋌之中效果更好，這是因為應力波從較大橫載面?zhèn)飨蜉^小橫截面比從較小橫截面?zhèn)飨蜉^大橫截面時有更大反射波;⑤安放隨鉆震擊器時，預測卡點的位置是非常重要的。在有些情況下，最好是一只震擊器的安放位置適合向上震擊，而另一震擊器位置又適合向下震擊。允許安放兩個分開的震擊器，一個向下震擊一個向上震擊比較理想。另外，有些卡點很可能在彎曲段以下或無套管井段，在鉆具組合中，安放兩個完全獨立的震擊器是有益的。一個安放在彎曲井段以下，靠近鉆頭附近的鉆具組合上;另一個安放在無套管的彎曲井段中。在這種情況下，必須對震擊器進行特殊操作，避免同時啟動兩個震擊器，它將對工具產(chǎn)生嚴重的損害。

5 舉例分析

某水平井卡點大約在2438.4m，造斜率10～12°/30m。鉆至90°，套管下至彎曲井段底部。鉆至水平段以后，井下動力鉆具被卡。

最初的方法是倒開直井段的鉆具，用鉆鋌之間安放的震擊器和增強器震擊。但是，用震擊器安放程序計算表明，該想法的結果是傳遞到被卡鉆具的沖擊力很少。

計算機反復模擬計算表明，增強器應安放在套管靠近彎曲井段的底部。加重鉆桿放在震擊器與增強器之間，結果顯示可提高4級的沖擊載荷，作業(yè)者選擇了該方案。

解卡后提出鉆具，發(fā)現(xiàn)兩根鉆桿在套管中，打撈鉆具組合下入井中，鉆具被卡在裸眼井段。開始使用22.70～27.24t震擊力，后來增加到36.32～40.86t，鉆具解卡。

6 建議

在水平井和大位移井中，鉆井技術的發(fā)展極大地改善了打撈作業(yè)，如本文提及的確定震擊器安放位置的計算程序，今后將進一步完善打撈工具和技術在這方面的應用。

打撈井下動力鉆具就是一例。如果動力鉆具涂有硬質(zhì)合金涂層的轉(zhuǎn)子掉入井中，有些硬質(zhì)涂層太硬打撈筒不能吃入撈取。一種方法是改進常規(guī)卡瓦打撈使之能夠通過中半徑曲率井段，并且卡瓦打撈筒能夠抓起轉(zhuǎn)子并撈取動力鉆具外殼。

由于井下狀況使得打撈井下動力鉆具變得不實際也不可能，因此建議在使用的井下鉆具轉(zhuǎn)子的上端開一孔，以便打撈作業(yè)。

在有些水平井和大位移井中，由于摩阻太大，只能通過鉆柱連續(xù)旋轉(zhuǎn)方可下入井底。目前雖不能解決該問題，但將來的打撈工具和技術是能夠允許在這種情況下?lián)破鸹蛩砷_落魚的。