中秋102井139.7 mm小井眼封隔器處理實踐與認(rèn)識

陳飛,徐路,劉汗卿,陳兵,吳鎮(zhèn)江

1.中國石油塔里木油田分公司 安全環(huán)保與工程監(jiān)督中心（新疆 庫爾勒841000）2.中國石油塔里木油田分公司 勘探事業(yè)部（新疆 庫爾勒841000）

0 引言

塔里木油田庫車山前地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，存在多套必封層，井身結(jié)構(gòu)一般采用127 mm（內(nèi)徑108 mm）或139.7 mm（內(nèi)徑115.52 mm）尾管完井，封隔器采用THT永久式封隔器，性能可靠，有效期長[1]。由于管柱完整性、低產(chǎn)或其他原因，一些井需要進(jìn)行大修作業(yè)，更換管柱、解堵，以達(dá)到復(fù)產(chǎn)目的，因此需要起出井內(nèi)原管柱及永久式封隔器。小井眼封隔器處理屬于世界性難題，從塔里木油田近幾年小井眼封隔器處理情況來看（時間從開始處理封隔器至起出封隔器下部全部管柱為止），如圖1所示，處理時間最快21天，最慢212天，小井眼封隔器處理仍是困擾塔里木油田修井作業(yè)的重大難題。

圖1 塔里木油田近年小井眼封隔器處理時間統(tǒng)計

中秋102井是中秋1號構(gòu)造上的一口評價井，是中秋1井區(qū)第三口試油井，2020年5月，對井段6 191～6 224 m進(jìn)行完井投產(chǎn)，求產(chǎn)結(jié)果未達(dá)預(yù)期，為了進(jìn)一步提高儲層動用程度，獲取更高產(chǎn)能，計劃對井段6 236～6 260 m進(jìn)行補(bǔ)孔作業(yè)，采用機(jī)械分層進(jìn)行儲層改造，求取6 191～6 260 m井段產(chǎn)能，獲取溫壓和PVT資料，落實中秋1井區(qū)氣藏氣水界面與氣藏規(guī)模，因此需要對對井內(nèi)管柱及139.7 mm THT封隔器進(jìn)行打撈作業(yè)，為下部儲層動用創(chuàng)造井筒條件。本文主要從技術(shù)思路、作業(yè)過程、效果分析等方面，介紹中秋102井139.7 mm封隔器成功打撈經(jīng)驗，對小井眼永久式封隔器處理具有重要的借鑒意義。

1 139.7 mm小井眼封隔器處理難點

1）庫車前陸盆地油藏埋藏深（6 000～8 098 m）、壓力高（105～136 MPa）、溫度高（150～188℃）[1]，對井下工具承壓、耐溫以及強(qiáng)度的要求極高。

2）小井眼內(nèi)作業(yè)環(huán)空間隙小、卡鉆風(fēng)險大，工具選型難度大，配套工具少[2-5]。

3）小井眼內(nèi)作業(yè)參數(shù)受限，同時易產(chǎn)生次生復(fù)雜情況。

4）砂埋情況比較多，處理難度大、耗時長[6-10]。

2 中秋102井139.7 mmTHT封隔器處理實踐

2.1 處理原則及思路

處理原則：“下得去，起得出，有退路”，盡量保證每趟鉆有效率，盡量不考慮倒扣作業(yè)，盡量減少井底雜質(zhì)的產(chǎn)生。

處理思路：先采用新型切割方式鋁粉切割封隔器上提升短節(jié)，切斷油管同時建立循環(huán)，隨后進(jìn)行反循環(huán)壓井，起出上部管柱，再采用金剛石銑鞋套銑封隔器，可退式撈矛進(jìn)行打撈封隔器及下部管柱。

2.2 油管切割

傳統(tǒng)處理封隔器及井下管柱的方法：首先采用穿孔彈對封隔器上部管柱進(jìn)行穿孔，然后進(jìn)行壓井，隨后再采用切割彈進(jìn)行油管切割，切割之后上提一定噸位后完成上部管柱與下部管柱分離。本井采用新型切割方式—鋁粉切割，相比傳統(tǒng)切割方式，有以下幾點優(yōu)勢：屬于非爆品、非化學(xué)品、非危險品；無運(yùn)輸管制要求，可用民航飛機(jī)運(yùn)輸；耐溫最高達(dá)260℃，耐壓最高達(dá)210 MPa；塔里木在用所有鉆桿及油管都有對應(yīng)切割工具；工具外徑小，基本不受管柱內(nèi)徑限制，可應(yīng)對復(fù)雜管柱結(jié)構(gòu)；切口規(guī)整不膨脹、不翻卷，不會形成喇叭口；無需壓井，可直接在氣井中切割；可對水平段管柱進(jìn)行切割或穿孔；實現(xiàn)穿孔、切割一體，節(jié)約一趟鉆。

切割原理：徑向割炬（RCT/PTC）井下工具裝有鋁熱劑，在650℃下被點燃，發(fā)生劇烈但可控的氧化還原反應(yīng)，釋放巨大熱量（產(chǎn)生3 300℃的溫度）的同時，產(chǎn)生等離子體，切割工具內(nèi)壓增加，內(nèi)壓超過井筒液柱壓力，切割工具滑動套筒就會下滑，打開工具專門設(shè)計的噴嘴通道，等離子體通過噴嘴通道，形成徑向聚焦等離子射流，射流在靶管上產(chǎn)生高溫融物，將切割頭附近的管子軟化，生成的氧化鋁類似高速噴砂，最終切斷靶管或在靶管上開孔。

切割工具及井口裝置選擇：本井油壓42 MPa，計算切割位置靜壓力115 MPa，管柱內(nèi)徑最小59 mm，選擇工具耐壓140 MPa，耐溫260℃，井口防噴裝置采用105 MPa壓力級別。

設(shè)計切割位置：封隔器器上部提升短節(jié)（88.9 mm×6.45 mm油管）中下部，盡量靠近封隔器。

切割過程及效果：點火切割理論位置6 125.45 m（距封隔器39 cm），油壓由42.101 MPa下降到36.398 MPa，套壓由33.494 MPa上升到35.515 MPa；起出上提升短節(jié)長度為42 cm，距封隔器81 cm，較理論切割點高出42 cm，切割端面切口較為齊整，無擴(kuò)徑，后期無需修整魚頭，管體內(nèi)外壁及接箍有明顯灼燒痕跡，如圖2所示。

圖2 起出的上提升短節(jié)現(xiàn)場圖

2.3 處理封隔器及下部管柱

THT坐封機(jī)理為當(dāng)壓力作用在活塞上時，坐封銷釘剪斷，一、二級活塞逐級向上運(yùn)動，活塞推動下卡瓦和楔形塊整體上移，當(dāng)達(dá)到最小坐封壓力時，上卡瓦錨定，膠筒充分膨脹后，下卡瓦鎖定位移，完全坐封，理論上，只需將封隔器上卡瓦破壞即可實現(xiàn)封隔器解封。

2.3.1 封隔器處理思路及風(fēng)險

井筒基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：139.7 mm尾管，內(nèi)徑115.52 mm。

井下落魚基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：井下殘留上提升短節(jié)長810 mm，外徑88.9 mm；封隔器頂至上卡瓦底長460 mm，封隔器外徑110.74 mm，內(nèi)徑58.62 mm。

處理思路：采用特殊設(shè)計的金剛石銑鞋進(jìn)行套銑封隔器，隨后使用可退式撈矛進(jìn)行封隔器及下部管柱打撈。

風(fēng)險：①套銑過程中可能產(chǎn)生大塊金屬片，由于環(huán)空間隙極小（2.39 mm），極易造成卡鉆；②小井眼適用打撈工具少，施工參數(shù)控制難度大，控制不當(dāng)極易造成井下復(fù)雜；③套銑至封隔器膠筒后，可能存在圈閉壓力突然釋放，存在井控風(fēng)險。

2.3.2 處理封隔器過程

1）第一次套銑作業(yè)。套銑鉆具組合：Φ112 mm金剛石套銑鞋+Φ110 mm加長筒+Φ108 mm撈杯+Φ 108 mm扶正器+88.9 mm鉆鋌18根+變扣+73.025 mm鉆桿22根+變扣+101.6 mm鉆桿至井口。金剛石套銑鞋為一體式結(jié)構(gòu)，提高銑鞋整體強(qiáng)度，金剛石作為切削材料，增加銑鞋切削能力，銑鞋內(nèi)部增加切削刃，增強(qiáng)內(nèi)側(cè)套銑能力，設(shè)計9個10 mm×10 mm的水槽，可以較好冷卻銑齒及減小托壓。

套銑參數(shù)：排量2.9～3.6 L/s，泵壓12～17.5 MPa，轉(zhuǎn)數(shù)46～70 r/min，扭矩2.6～3.6 kN·m，鉆壓45～72 kN。

套銑結(jié)果：①以方入計算，套銑進(jìn)尺為30 cm；以出井套銑筒內(nèi)壁磨痕計算（105 cm處有環(huán)向磨痕），套銑進(jìn)尺至少有23 cm；以出井“65”字樣的碎片殘體計算判斷套銑進(jìn)尺至少為32 cm。綜合判斷封隔器上端母扣已套銑完。②返出物存在鐵屑、疑似卡瓦碎片等，但不能確定是否將上卡瓦套銑完。③銑鞋中度磨損（銑齒基本完好，套銑時間26.5 h），套銑筒外壁縱向及周向磨痕，說明鐵屑及碎片在井底不能被攜帶出，重復(fù)套銑，后期沒有明顯進(jìn)尺，第一次套銑結(jié)果如圖3所示。

圖3 第一次套銑結(jié)果

2）第一次打撈作業(yè)。根據(jù)綜合判斷套銑進(jìn)尺至少達(dá)到20 cm，封隔器上端母扣的長度為7.6 cm，故判斷母扣已被套銑完，銑鞋齒內(nèi)徑為90 mm，判斷此時母扣與上提升短節(jié)連接處已非常薄弱。通過上趟鉆判斷，提升短節(jié)并未偏倒，利于打撈，另外，即便偏倒，撈矛引鞋內(nèi)徑為57 mm，也能順利進(jìn)入提升短節(jié)（提升短節(jié)外徑88.9 mm，139.7 mm尾管內(nèi)徑115 mm）管內(nèi)。上提升短節(jié)為81 cm，撈矛有效長度為87 cm，不具備一趟鉆直接撈出封隔器及下部管柱的工具條件，同時根據(jù)進(jìn)尺及返出物，不能判斷是否已經(jīng)套銑掉上卡瓦，同樣也不具備打撈下部封隔器條件，因此，綜合分析，先用可退式撈矛打撈出上提升短節(jié)。

套銑鉆具組合：Φ105 mm可退式加長撈矛（裝Φ78 mm矛瓦）+73.025 mm非標(biāo)鉆桿+變扣+101.6 mm鉆桿至井口。

選擇撈矛原因：①一旦撈獲但上提不能解卡，則可正轉(zhuǎn)退出撈矛，而公錐若不能解卡則只能從安全接頭出倒出，公錐和安全接頭會滯留井底，使井下情況變得更加復(fù)雜；②可退式打撈矛引鞋57 mm，配78 mm瓦，提升短節(jié)內(nèi)徑為74.22 mm，滿足撈矛打撈條件。

打撈過程：接方鉆桿稱重，開泵下探井深至6 125.03 m遇阻20 kN，泵壓由10 MPa上升到11 MPa，反轉(zhuǎn)3圈，加壓40 kN，上提管柱懸重1 200 kN，加壓65 kN，上提管柱懸重1 250 kN，加壓80 kN，上提管柱懸重1350 kN下降到1 200 kN，繼續(xù)上提懸重?zé)o明顯變化。

打撈結(jié)果：①上提升短節(jié)殘體被撈出，3塊封隔器母扣碎片（長8～9 cm，寬2 cm）被帶出，確定封隔器母扣已套銑完；②檢查上提升短節(jié)殘體，魚頂往下2 cm開始有明顯套銑的環(huán)形磨痕，判斷從此處開始有硬性沉淀物；③地面返出碎片不多，說明魚頂位置附近有不少套銑殘片滯留。出井后撈矛及提升短節(jié)殘體實物圖如圖4所示。

圖4 出井后撈矛及提升短節(jié)殘體實物

3）第二次套銑作業(yè)。套銑鉆具組合：Φ112 mm整體式金剛石銑鞋+Φ108 mm撈杯+Φ108 mm扶正器+88.9 mm鉆鋌24根+變扣+73.025 mm鉆桿16根+變扣+101.6 mm鉆桿至井口。

套銑參數(shù)：泵沖3.6～4.3 L/s，泵壓12～21 MPa，轉(zhuǎn)數(shù)50～70 r/min，扭矩2.5～4.3 kN·m，鉆壓30～70 kN。

套銑過程：套銑139.7 mm THT封隔器，套銑4 h后上提下放活動，撈杯打撈2次。套銑井段6 126.14～6 126.44 m，進(jìn)尺30 cm（期間有快速進(jìn)尺段），累計套銑進(jìn)尺60 cm，期間有多次蹩卡，最大一次蹩卡過提管柱100 kN解卡，重復(fù)套銑深度在70 cm左右。隨后進(jìn)行循環(huán)，深度6 125 m，泵壓21 MPa，出口返出少量鐵屑及多塊封隔器膠皮，短起下測油氣上竄速度，確認(rèn)安全后起鉆，確保井控安全。

套銑結(jié)果：①檢查銑鞋下部有多道明顯周向、縱向磨痕，銑齒缺失2塊（長30 mm×寬30 mm×厚10 mm），如圖5所示，磨損嚴(yán)重（套銑時間為25.5 h），說明碎片在井底難以返出，在井底重復(fù)磨銑，頻繁的蹩卡導(dǎo)致銑齒損壞嚴(yán)重,；②套銑循環(huán)期間出口返出膠皮，撈杯撈獲有卡瓦牙、銅環(huán)及本體碎片，說明本次套銑作業(yè)封隔器上卡瓦已被破壞，具備打撈條件。

圖5 出井金剛石銑鞋及撈杯撈獲的銅環(huán)、卡瓦牙

4）第二次打撈作業(yè)。選擇撈矛原因：撈矛可退手，公錐丟手則會將公錐及安全接頭滯留井底；下部管柱在井內(nèi)浮重為8 kN，撈矛可用抗拉強(qiáng)度為400 kN，強(qiáng)度滿足作業(yè)需求；封隔器內(nèi)徑為58.62 mm，考慮到可能存在的套銑殘留物，引鞋下部鋪焊有合金成引錐，將引錐的外徑改小為55 mm（原來是57 mm），如圖6所示，確?？梢皂樌媵~。

圖6 引錐鋪焊合金的可退式撈矛實物

打撈工具組合：Φ105 mm可退式加長撈矛（配裝Φ61 mm矛瓦）+變扣+73.025 mm非標(biāo)鉆桿+變扣+101.16 mm鉆桿至井口。

打撈過程：接方鉆桿下打撈管柱至魚頂，開泵沖洗魚頭，下探加壓40 kN，上提管柱懸重由1 250 kN上升到1 350 kN（原懸重1 250 kN），撈獲落魚，繼續(xù)上提管柱懸重至1 600 kN未解卡，上提下放活動鉆具8 h解卡，活動范圍1 100～1 650 kN，期間開泵兩次循環(huán)沖洗，上提下放活動累計50余次。

打撈結(jié)果及分析：①撈獲封隔器殘體及下部全部管柱，實際套銑至封隔器下錐體處，進(jìn)尺為72 cm；②撈獲后卡鉆的原因是上、下卡瓦碎裂，與銑鞋缺失的銑齒堆積在封隔器上造成；③長時間未解卡如何操作：提吊一定噸位（小于工具抗拉值）；反復(fù)上提下放（每次噸位逐漸增加）；若最終還未解卡，則正轉(zhuǎn)倒出撈矛。

3 中秋102井封隔器處理分析及認(rèn)識

3.1 建立139.7 mm封隔器打撈程序

根據(jù)本井打撈實踐，建立139.7 mm封隔器打撈程序：①鋁粉切割，上部殘留油管應(yīng)控制在40 cm以下；②壓井；③起出上部油管；④金剛石銑鞋套銑封隔器；⑤下可退式加長撈矛（帶61 mm瓦），打撈封隔器及下部管柱。這一套打撈程序已成功在油田其他井進(jìn)行了應(yīng)用，取得不錯效果。

3.2 科學(xué)合理的決策

通過精準(zhǔn)分析，優(yōu)化施工方案、一趟一策，加強(qiáng)安全生產(chǎn)管控，僅用202.5 h完成封隔器處理工作，處理封隔器4趟鉆有效率達(dá)到100%，對油田類似井封隔器處理具有重要借鑒意義。

3.3 鋁粉切割工具分析

1）優(yōu)勢及前景：①非爆品、非化學(xué)品、非危險品，無運(yùn)輸/無線電管制要求，可民航飛機(jī)運(yùn)輸；②無特殊存放、使用、廢棄物處理要求；③高溫高壓260℃/210 MPa，所有鉆桿、套管、油管都有對應(yīng)切割工具；⑤工具外徑小，不受管柱內(nèi)徑限制，應(yīng)對復(fù)雜管柱結(jié)構(gòu)；⑥切口規(guī)整不膨脹、不翻卷，不會形成喇叭口；⑦可在油基、水基、天然氣、干井、特殊井液中切割；⑧與傳統(tǒng)切割相比，可直接建立循環(huán)通道，節(jié)約一趟鉆，同時切口規(guī)整，無需進(jìn)行魚頭修整作業(yè)，利于后期井筒清潔；⑨井口帶壓（＜50 MPa）情況下切割可靠；⑩切割封隔器上卡瓦成為可能，使得套銑作業(yè)變得簡單，針對砂埋嚴(yán)重的井，可以考慮用鋁粉切割進(jìn)行分段切割，進(jìn)行分段打撈。2020年，鋁粉切割已在油田博孜21、中古71、喬探1等多口井進(jìn)行了應(yīng)用，大大節(jié)約了作業(yè)周期，工藝成功率達(dá)到100%。

2）缺點及待優(yōu)化方面：①校深精度以1 m為最小單位，對于1 m左右的短節(jié)，由于節(jié)箍處信號干擾強(qiáng)烈，精確位置難以判斷；②點火瞬間，快速上升的壓力以及井液流速會產(chǎn)生一個力使切割工具突然向上竄動，從本井實際切割情況來看，PBA平衡錨并未能起到很好的壓力平衡效果，PBA的平衡壓力效果有待進(jìn)一步驗證；③根據(jù)短節(jié)外壁及節(jié)箍灼燒的情況看，對套管內(nèi)壁有損傷的概率較大。

3.4 金剛石銑鞋工具分析

金剛石銑鞋首次在山前小井眼中進(jìn)行應(yīng)用，取得理想效果，一體化的設(shè)計，增加了強(qiáng)度，金剛石作為切削材料，增加銑鞋切削能力，銑鞋內(nèi)部增加切削刃，增強(qiáng)內(nèi)側(cè)套銑能力，設(shè)計9個水槽，可以較好冷卻銑齒及減小托壓。工具分析：①根據(jù)使用情況看，若沒有出現(xiàn)明顯的蹩卡，金剛石銑鞋齒使用時間在25 h內(nèi)是可靠的，出現(xiàn)頻繁的蹩卡對金剛石銑鞋齒有明顯的損傷，蹩卡頻繁會大大縮短銑齒的工作時間；②根據(jù)最終的套銑結(jié)果來看，金剛石銑鞋可以達(dá)到一趟鉆套銑封隔器到位的目的。

3.5 施工參數(shù)分析

139.7 mm封隔器套銑施工參數(shù)建議：鉆壓控制在20～70 kN，扭矩以鉆具及工具抗扭值為準(zhǔn)，盡可能提高排量，泵壓控制在20 MPa以內(nèi)。由于套銑過程中金屬碎片在井底沉積，致使托壓情況嚴(yán)重，在管柱條件允許及不會造成卡鉆的情況下，建議根據(jù)施工情況強(qiáng)化施工參數(shù)。

3.6 如何判斷是否套銑到位

①是否有快速進(jìn)尺段—套銑卡瓦牙；②是否有蹩轉(zhuǎn)盤現(xiàn)象—卡瓦碎片蹩轉(zhuǎn)盤；③是否有連續(xù)不進(jìn)尺現(xiàn)象—套銑膠筒；④出口是否返出膠皮或卡瓦碎片。

3.7 如何保證封隔器膠筒被套銑后的井控安全

①加強(qiáng)24 h井控設(shè)備巡檢，確保井控設(shè)備處于完好待命狀態(tài)；②做好封隔器膠筒被套銑后圈閉壓力釋放的風(fēng)險提示，泥漿工按細(xì)則要求坐崗，監(jiān)測好出口，準(zhǔn)確核對液量變化，發(fā)現(xiàn)異常立即匯報，備足壓井液、重漿及加重材料；③進(jìn)行短起下測油氣上竄速度，擁有安全起下鉆時間后方可起鉆；④按當(dāng)前工況鉆臺準(zhǔn)備相應(yīng)的內(nèi)防噴工具及變扣，內(nèi)防噴工具及井控裝備按時巡檢，確保正常運(yùn)轉(zhuǎn)；⑤按塔里木油田試油井控細(xì)則要求，對所涉及的工況開展防噴演習(xí)。

4 結(jié)論與認(rèn)識

1）建立了一套以鋁粉切割、金剛石銑鞋套銑、撈矛打撈為主的139.7 mm THT封隔器處理做法。

2）進(jìn)行封隔器處理必須要做到“一趟一策”“下得去，出得來”，避免產(chǎn)生次生復(fù)雜。

3）工具的合理選型、施工參數(shù)的精細(xì)控制是小井眼封隔器成功處理的保障。

4）鋁粉切割在油田修井、封井作業(yè)中具有良好的推廣前景。

5）嚴(yán)密謹(jǐn)慎地風(fēng)險管控措施是封隔器處理安全順利的前提。