六盤(pán)水某參數(shù)井生產(chǎn)套管脫扣事故分析和處理

王林杰

中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司（陜西 西安710077）

套管事故是在下入套管或完井作業(yè)中發(fā)生的井內(nèi)事故，常見(jiàn)的有套管斷裂、落井、卡套管等[1-3]。六盤(pán)水牛場(chǎng)區(qū)塊某參數(shù)井在生產(chǎn)套管固井候凝期間，由于拆卸聯(lián)頂節(jié)時(shí)操作不當(dāng)，造成生產(chǎn)套管倒開(kāi)脫扣事故，給后續(xù)壓裂排采造成一定的安全隱患?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)印模探明落魚(yú)情況、加工引扣工具、多次嘗試對(duì)扣后，經(jīng)套管試壓合格，成功處理該起事故，為類(lèi)似事故或復(fù)雜情況提供一定的借鑒。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)及煤層特征

該參數(shù)井所在的牛場(chǎng)區(qū)塊隸屬于貴州織納煤田比德-三塘向斜，位于貴州省西部的云貴接壤地帶的六盤(pán)水市水城縣境內(nèi)。該井為一口煤層氣勘探井，鉆探目的主要為取全取準(zhǔn)煤系地層各項(xiàng)地質(zhì)資料及評(píng)價(jià)煤層氣可采性。鉆孔實(shí)際揭露的地層自上而下分別為：第四系（Q）地層、三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組（T1）f地層、二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組（P3c）地層及二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3）l地層。

區(qū)塊含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l)，系海陸交互相沉積為主的含煤建造，沉積物主要由碎屑巖及煤組成，與下伏峨眉山玄武巖組呈假整合接觸。含煤地層厚度300～450 m，共含煤25～57層，煤層總厚度為20~40 m，其中可采煤層3~17層，可采總厚9.4~23.35 m[4-7]。

1.2 鉆完井概況

該參數(shù)井完鉆井深990 m，井型為直井。采用二開(kāi)井身結(jié)構(gòu)：一開(kāi)采用Ф311.2 mm鉆頭鉆至井深151.25 m，下入Ф273.1 mm表層套管，封隔上部易漏易垮地層和水層，保證二開(kāi)裸眼段及煤層段的安全鉆進(jìn)；二開(kāi)采用Ф215.9 mm鉆頭鉆至完鉆井深990 m，下Ф139.7 mm套管完井。完鉆原則為鉆至33#煤層以下30 m完鉆，完井方式為套管射孔完井。另外，該井在目的煤層進(jìn)行分段取心，累計(jì)取心進(jìn)尺96.70 m。

2 事故發(fā)生經(jīng)過(guò)及處理難點(diǎn)

2.1 事故發(fā)生經(jīng)過(guò)

完鉆下入生產(chǎn)套管后順利固井，但由于漏失水泥未返至地面。套管下入情況如下：浮箍+1根Φ139.7 mm套管+浮箍+32根Φ139.7 mm套管串+定位短節(jié)+63根Φ139.7 mm套管串，套管下深986.07 m。為保證套管在井內(nèi)處于居中位置，煤層段每2根套管安裝1個(gè)彈性扶正器，非煤層段則每3根安裝1個(gè)扶正器，共安裝扶正器32個(gè)。

固井后井壁環(huán)空液面下降5 m，使用水泥漿回灌。候凝36 h后，觀察到井口回灌的水泥漿液面未下降。若按照一般流程應(yīng)先將套管吊卡及下墊小方木拆掉，聯(lián)頂節(jié)放空后方可用B型大鉗擰卸。在松開(kāi)防噴器法蘭盤(pán)螺栓后，敲打墊塊方木數(shù)次未能取出，操作人員認(rèn)為固井水泥已返至地面，井內(nèi)套管全井封固，可以轉(zhuǎn)盤(pán)掛倒擋進(jìn)行松扣。倒轉(zhuǎn)5至6圈后，井口觀察發(fā)現(xiàn)聯(lián)頂節(jié)已松扣，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，但未能注意到下部套管也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，上部套管在拉力的作用下脫扣并向上彈起，套管脫扣如圖1所示（根據(jù)聲幅測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，固井水泥返高為252.30 m）。

圖1 套管脫扣示意

此時(shí)儀表盤(pán)顯示懸重63 kN，套管鋼材密度25.30 kg/m3，據(jù)此判斷套管在250 m左右脫扣。隨后嘗試數(shù)次對(duì)扣未果，分析井內(nèi)落魚(yú)處可能受扶正器影響或套管不居中造成對(duì)扣困難，將脫扣套管全部起出清點(diǎn)，確定魚(yú)頂位于井深235.27 m處，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 脫扣起出套管數(shù)據(jù)表

2.2 事故處理難點(diǎn)

1）生產(chǎn)套管使用N80鋼級(jí)Φ139.7 mm石油套管，絲扣類(lèi)型為長(zhǎng)圓扣，螺紋密而細(xì)，在對(duì)扣過(guò)程中易損壞，且在緊扣過(guò)程中若偏斜，易造成錯(cuò)扣滑絲，導(dǎo)致密封不嚴(yán)。

2）生產(chǎn)套管已完成固井，極端情況下套管貼在井壁一側(cè)，給落魚(yú)對(duì)扣造成困難。

3）生產(chǎn)套管上裝彈性扶正器，影響對(duì)扣緊扣。

4）ZJ20鉆機(jī)大鉤沒(méi)有頂驅(qū)裝置，造成對(duì)扣擰扣操作不便。

3 事故處理過(guò)程

1）第一次對(duì)扣。起出脫扣套管后，卸掉扶正器，觀察到最下面一節(jié)套管公扣完整，無(wú)損壞痕跡。下入繩索取心打撈器進(jìn)行探查，打撈器外徑Φ62 mm，生產(chǎn)套管內(nèi)徑Φ124.26 mm，但放至套管脫扣處遇阻，嘗試多次未果，判斷下部套管未居中，偏靠到井壁一側(cè)。

為使對(duì)扣時(shí)套管公扣順利與母扣對(duì)接，加工馬蹄形喇叭口，加工引扣工具，設(shè)計(jì)思路為：在魚(yú)頂套管完全靠在一側(cè)井壁的極限狀態(tài)下，根據(jù)井眼尺寸Φ215.9 mm，生產(chǎn)套管接箍外徑Φ153.67 mm，內(nèi)徑Φ121.36 mm，設(shè)計(jì)引扣工具內(nèi)徑為Φ173 mm，（圖2），焊至最下部一根套管外側(cè)，如圖3所示。隨后下入套管組合Φ139.7 mm套管（帶引扣工具）+Φ139.7 mm套管串+短套管進(jìn)行對(duì)扣，多次嘗試均未成功，分析可能由于套管脫開(kāi)處彈性扶正器卡在接箍上，影響對(duì)扣。

圖2 引扣工具尺寸計(jì)算示意圖

圖3 馬蹄形喇叭口引扣工具

2）探明落魚(yú)情況。為查明井內(nèi)落魚(yú)上端面形態(tài)，利用木塞加工印模工具，下入鉆具組合Φ139.7 mm短套管（帶木塞）+轉(zhuǎn)換接頭+Φ159 mm鉆鋌+Φ 127 mm鉆桿+方鉆桿對(duì)井內(nèi)魚(yú)頭形態(tài)進(jìn)行“照相”，如圖4所示。起出印模后觀察，分析得出套管靠一側(cè)井壁，魚(yú)頭帶有扶正器且已經(jīng)斷開(kāi)，魚(yú)頭套管接箍半邊上壓有已經(jīng)壓扁的扶正器。

圖4 第一次印模圖像

3）處理魚(yú)頭扶正器。如何將魚(yú)頭上端扶正器安全處理是后續(xù)對(duì)扣的關(guān)鍵。處理扶正器的工具加工后，下入鉆具組合Φ139.7 mm短套管（帶木塞）+轉(zhuǎn)換接頭+Φ159 mm鉆鋌+Φ127 mm鉆桿+方鉆桿將扶正器撥到套管與井壁環(huán)空或者破壞后落入井底，再次下入繩索取心打撈器進(jìn)行探查，多次上提下放順利通過(guò)脫扣點(diǎn)，判斷扶正器已從母節(jié)箍上撥開(kāi)且壓入環(huán)空，再次下入印模工具進(jìn)行“照相”。起出印模后（圖5），發(fā)現(xiàn)只有半邊圓弧且套管母節(jié)箍壓入深度1 cm，并未出現(xiàn)第一次那樣的扶正器壓痕，判斷扶正器已剝離。

圖5 第二次印模圖像

4）第二次對(duì)扣。下入套管組合Φ139.7 mm套管（帶引扣工具）+Φ139.7 mm套管串+短套管進(jìn)行對(duì)扣，用鏈鉗輕松引扣8圈，同時(shí)觀察到指重表指針從60 kN逐漸上升至70 kN，判斷套管扣已對(duì)上，繼續(xù)人工緊扣，同時(shí)緩慢下放套管。在用貓頭緊扣后，接方鉆桿并開(kāi)啟泥漿泵，泵壓瞬間升至6 MPa，說(shuō)明對(duì)扣成功，憋壓30 min無(wú)壓降。測(cè)井隊(duì)伍進(jìn)行聲幅測(cè)量，固井車(chē)進(jìn)行套管內(nèi)試壓，試壓20 MPa，30 min壓降0.2 MPa，試壓合格，本次事故處理成功。

4 結(jié)論與建議

1）本次套管脫扣事故的直接原因?yàn)樽鳂I(yè)人員違規(guī)操作，采用轉(zhuǎn)盤(pán)倒扣方式拆卸聯(lián)頂節(jié)，造成套管脫扣。

2）生產(chǎn)套管絲扣密而細(xì)，不易對(duì)扣上緊，加之固井后套管不居中、扶正器等不利因素影響，事故處理關(guān)鍵在于探明落魚(yú)形態(tài)及處理魚(yú)頂障礙物。通過(guò)多次印模、處理扶正器后，對(duì)扣成功，順利處理事故。

3）該參數(shù)井套管從固井水泥返高處脫扣，上部環(huán)空無(wú)水泥也是造成該起事故的原因。因此，如何使水泥返至地面、提高固井質(zhì)量是巖溶地區(qū)煤層氣開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

4）發(fā)生事故后切忌急于盲目操作，在探明井內(nèi)情況前，錯(cuò)誤的處理方式可能使事故變得更為復(fù)雜或產(chǎn)生次生事故。

5）操作人員素質(zhì)的提高是解決人為事故的關(guān)鍵，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)重要崗位人員遵章守紀(jì)、安全意識(shí)的培訓(xùn)，以避免事故的發(fā)生。