CN27-2井井筒帶壓打撈作業(yè)探索

李恒宇 曾 璐 盧履盛 卓 洋 王 全

（中國石油天然氣集團公司川慶鉆探工程有限公司試修公司，四川 成都 610000）

0 前言

頁巖氣開發(fā)是個短期高產(chǎn)持續(xù)過程，在生產(chǎn)期間，如井筒內(nèi)發(fā)生遇阻、遇卡等復(fù)雜情況，水平井不能休井作業(yè)。連續(xù)油管打撈、鉆具打撈、矛頭打撈、抽油桿打撈等高風(fēng)險作業(yè)的打撈技術(shù)存在差異，打撈時間長短不一。隨著勘探開發(fā)的逐步深入和成熟，如何解決在水平頁巖氣井的打撈施工這一課題變得越來越重要。分析CN27-2井帶壓打撈技術(shù)，并現(xiàn)場實踐和優(yōu)化總結(jié)，為今后的頁巖氣水平井一邊生產(chǎn)、一邊帶壓打撈作業(yè)提供借鑒，在當(dāng)今頁巖氣蓬勃發(fā)展的環(huán)境下具有廣闊應(yīng)用前景和實際推廣價值。

1 CN27-2井井況

該井位于四川省宜賓市珙縣上羅鎮(zhèn)，構(gòu)造位置為長寧背斜構(gòu)造中奧頂構(gòu)造南翼。該井完鉆井深4250.0m，垂深2694.01m，完鉆層位龍馬溪組，采用139.7mm套管完井，水平段長1500m。CN27-2井于2020年6月21日開始第1段壓裂，6月22日第3段壓裂施工結(jié)束之后測井隊進行第4段射孔作業(yè)，在泵送至3733m時工具串遇阻，上提遇卡。

2 事故發(fā)生經(jīng)過及前期處理情況

2.1 射孔工具串組合

射孔工具串組合為101.6mm休斯頓全可溶橋塞+101.6mm推筒+97mm橋塞坐封工具+89mm射孔槍6簇+89mm加重桿+73mm磁定位。工具串總長12.4m，總質(zhì)量400kg。

2.2 工具串遇卡情況

2020年6月22日17：00工具串入井，下至2500m開始泵送，排量1.3m3/min，泵壓44MPa，速度2800m/h，泵送至3733m遇阻，距離目標(biāo)位置282m（設(shè)計位置4015m），從遇阻曲線觀察為硬遇阻?，F(xiàn)場第一次試提工具串張力至1400kg，工具串無法解卡；第二次試提工具串張力至1500kg，工具串無法解卡。

2.3 前期處理情況

經(jīng)過泡酸泡堿未能解卡，拉斷電纜使用連續(xù)油管進行打撈。連續(xù)油管帶撈筒撈獲落魚后，多次使用震擊器震擊，多次浸泡金屬解卡劑，最后開井放噴，均未能解卡，撈筒退魚成功。

2.4 井下落魚結(jié)構(gòu)

73mm馬達頭總成×0.91m+73mm震擊器×1.97m+89mm低速馬達×1.55m+變扣×0.25m+102mm打撈筒×1.06m+60mm彈簧×0.22m+60mm打撈頭×0.4m+73mmCCL×0.44m+73mm磁定位+89mm加重桿+89mm射孔槍6簇+97mm橋塞坐封工具+101.6mm推筒+101.6mm休斯頓全可溶橋塞=17.39m。

3 打撈工具優(yōu)選與作業(yè)難點分析

3.1 帶壓打撈工具優(yōu)選

卡瓦打撈筒是一種常用的打撈工具，利用卡瓦在筒體螺旋槽內(nèi)運動，從外徑打撈井下管狀落物的工具。主要由外筒、卡瓦和密封件等組成。外筒和卡瓦形成錐形配合，有單斜面和多斜面之分，單斜面筒體和卡瓦打撈范圍較大，但筒體較厚，要求環(huán)空較大。多斜面筒體和卡瓦打撈范圍較小，但筒體較薄，要求環(huán)空也較小。經(jīng)咨詢打撈工具生產(chǎn)廠家，可退式籃式卡瓦打撈筒最小外徑可加工至112mm；可退式螺旋打撈筒最小外徑可加工至108mm。

卡瓦打撈矛是從落魚內(nèi)孔進行打撈的一種工具，它主要用于打撈防砂管柱、油管、防砂管柱、套管等，可以與內(nèi)割刀、震擊器等工具配合使用，如果落魚被卡提不出來，可退出撈矛起出鉆具。

根據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，NOV公司的“GS”系列連油打撈工具和該井井下魚頂連油馬達總成相契合。圖1為GS液壓打撈矛內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該工具(CTFAGSRPT)用于傳統(tǒng)的水眼內(nèi)打撈和井下工具回收。當(dāng)該工具水眼存在200psi以上壓差時，打撈矛頭回縮并釋放落魚。其退魚功能不需要剪切銷釘或投球產(chǎn)生壓差啟動，也不需要進行旋轉(zhuǎn)。該工具采用鉻鎳合金材料，可抗低含量硫化氫腐蝕。該工具說明書內(nèi)注明最大拉伸負(fù)荷80000磅（合36.287噸）。

落魚自上而下第三個部件為連油低速馬達（外徑89mm，長度1.55m），故考慮打撈工具的旋轉(zhuǎn)退魚功能不可使用；井內(nèi)套管內(nèi)徑為114.3mm，螺旋式卡瓦打撈筒最小可加工外徑為108mm，入井后環(huán)空間歇6mm。GS液壓打撈矛最大外徑78mm，環(huán)空間歇36.3mm；考慮到打撈工具必須具備退魚功能，以及保證較大環(huán)空間隙以防止套管縮徑卡鉆的風(fēng)險，該打撈選擇使用NOV公司“GS”連油馬達打撈專用工具。

3.2 CN27-2井帶壓打撈作業(yè)難點分析及對策

CN27-2井在2020年7月14日連油處理事故未果，丟手解卡后，關(guān)井等措施至帶壓作業(yè)設(shè)備9月28日搬家入場，井口壓力42MPa。該參與作業(yè)隊伍為中石油帶壓作業(yè)乙級作業(yè)資質(zhì)，不能施工井筒帶壓21MPa以上的井。該施工隊伍使用Snubco235K帶壓設(shè)備負(fù)荷上限低，為了采用關(guān)環(huán)形防噴器起下管柱，同時利于調(diào)整打撈時管柱接箍位置，將井內(nèi)壓力降至8MPa以下。匯報甲方后，由試氣隊使用地面流程進行降壓作業(yè)。

CN27-2井前期連油丟手解卡后，使用相同GS打撈矛實驗，未能成功入魚。GS打撈矛頭為平臺階，若魚頭在井下水平段未處于平躺位置，矛頭不易入魚。為了保證順利入魚，將加工圓弧狀引入頭固定在打撈矛頭上，如圖2所示。

圖 1GS液壓打撈矛內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2 GS打撈矛頭安裝加工部件前、后效果

帶壓設(shè)備進行帶壓打撈的主要困難在落魚出井過程中，落魚較上下工作閘板之間距離長，需要將落魚起至井口，用內(nèi)置卡瓦卡住落魚，拆除帶壓作業(yè)主體設(shè)備后裝電纜防噴管，用電纜起出落魚。

GS液壓打撈矛在入井前應(yīng)進行退魚地面試驗，摸準(zhǔn)退魚壓差，實際在地面進行退魚試驗3次，平均退魚壓差為10MPa；若GS工具退魚困難，應(yīng)下壓鉆具，使打撈矛卡瓦受力面離開魚頂，再提高泵壓使液壓打撈矛矛爪快速回收；在多次嘗試打撈矛均無法退魚后，及時請示是否退掉AJ型安全接頭；由于落魚帶有可旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，在退AJ型安全接頭時，大幅度上提鉆具后再進行旋轉(zhuǎn)，利用摩擦力來實現(xiàn)順利退魚。

4 帶壓作業(yè)相關(guān)工程參數(shù)計算分析

4.1 作業(yè)管柱抗拉強度校核及受力參數(shù)

作業(yè)管柱抗拉強度及受力參數(shù)見表1。

表1 作業(yè)管柱受力參數(shù)計算

4.2 帶壓打撈作業(yè)起、下管柱拉力計算

卡點深度3733.00m，井深較深，分析被卡管柱因套管變形所致，屬硬卡，如需解卡，上提負(fù)荷較大，同時打撈管串外徑為73mm，考慮起出落魚時避免防噴器組合過于復(fù)雜，故采用73mm斜坡鉆桿進行打撈，鉆桿參數(shù)見表2。

表2 入井鉆桿參數(shù)表

井深3733.00m管柱自重622kN，選用235K帶壓設(shè)備進行，舉升力1070kN。帶壓設(shè)備具備主動轉(zhuǎn)盤功能，轉(zhuǎn)盤扭矩大于待用油管倒扣扭矩。設(shè)備須配置內(nèi)置卡瓦，以便落魚起出井口。該井點位置在斜深2750m，直井段按2750m計算，水平段長3733m-2750m=983m：1）下管柱，=2750×16.67=45843kg≈45.8t、=45.8×0.2≈9.2t（根據(jù)經(jīng)驗，摩擦系數(shù)取0.2）；=983×16.67×1=16387kg≈16.4t（摩擦系數(shù)按1取最大）；=45.8-9.2-16.4=20.2t＜54.5t（235K帶壓作業(yè)設(shè)備下壓力），所以依靠管柱自重可以下到預(yù)定深度 3733m。2）起管柱，=2750×16.67=45843kg≈45.8t、=45.8×0.2≈9.2t（摩擦系數(shù)取0.2）；=983×16.67×1=16387kg≈16.4t（摩擦系數(shù)按1取最大）；=45.8+9.2+16.4=71.4t＜107t（235K帶壓作業(yè)設(shè)備最大上提力下壓力），小于管柱抗拉強度171.6t，所以管柱可以正常起出井口，安全系數(shù)=171.6/71.4=2.40。

4.3 最大無支撐長度計算

根據(jù)Snubco235K帶壓設(shè)備作業(yè)要求，作業(yè)前應(yīng)計算最大無支撐長度，以便在帶壓下鉆桿操作時，控制好移送液缸單次形成和下行壓力，防止壓彎鉆具造成事故。

慣性矩=π（-）/64=3.14（73-54.62）/64=1392939mm；鉆桿外徑D73mm，壁厚9.19mm，內(nèi)徑54.62mm。1）工作壓力8MPa時對應(yīng)最大下壓力40.16kN，彈性模量，一般取200GPa，即200×103N/mm；最大無支撐長度=（π2/F）1/2=8270mm；舊鉆桿，安全無支撐長度取計算值的52.5%，即8.27m×52.5%＝4.34m＞3.6m，取3.6m。2）井口壓力為35MPa時最大下壓力175.7kN；=（π2/F）1/2=3954mm；安全無支撐長度取計算值的52.5%，即8.27m52.5%=2.07m。

5 帶壓打撈施工過程及分析

5.1 帶壓下打撈管柱

2020年9月18日14：00開始帶壓8.0MPa下入打撈管柱，9月22日9：00下打撈工具串至3680m，之后使用2500型壓裂車1臺，使用清水沖洗下探魚頂。9月22日11：00，打撈管柱在井深3708.26m遇阻，懸重61.3t↓59.8t，排量190L/min，泵壓0.4MPa。上提2.7m，懸重59.8t↑68.1t，成功抓獲落魚。

5.2 帶壓打撈過程

帶壓打撈過程分為如下4個步驟：1）上提打撈，在61.3t～95.5t反復(fù)上提下放43次，最小懸重58.7t，最大懸重95.5t，行程0.92m，未解卡。Snubco235K帶壓作業(yè)理論最大舉升質(zhì)量107t，液壓系統(tǒng)最大壓力21MPa。由于設(shè)備老化，使用舉升力達到95.5t時，液壓系統(tǒng)壓力已達上限21MPa。2）下壓解卡，活動管柱下壓3次，平均下壓8t，管柱無位移。由于GS液壓打撈矛芯軸直徑僅有26mm，廠家建議不進行下壓。為防止芯軸變形影響退魚，在嘗試3次下壓解卡無果后，停止下壓。3）震擊打撈，活動鉆具，懸重60t↑75t，液壓上擊器啟動震擊22次，未解卡。廠家建議震擊次數(shù)不超過25次。4）懸持解卡，上提懸重至95.5t，將打撈管柱使用死卡座在環(huán)形防噴器頂端，懸吊2.5小時，未解卡。

5.3 退魚過程

第一次退魚下放至遇阻懸重，下壓1.5t，從正眼泵注清水，泵壓12MPa，排量440L/min～460L/min，上提至懸重80.3t，未退魚；第二次下放至遇阻懸重，下壓2.5t，從正眼泵注清水，泵壓14MPa，排量460L/min～480L/min，上提至懸重78.5t，未退魚；第三次下放至遇阻懸重，下壓4.5t，從正眼泵注清水，泵壓14MPa，排量460L/min～480L/min，上提至懸重79.2t，未退魚；共泵注清水20m3；第四次退魚，管柱下放至原懸重，下壓4.5t，從正眼泵注清水，排量600L/min，泵壓28.5MPa，上提管柱至懸重61.3t未增加，丟手成功正常起鉆。

5.4 打撈分析

根據(jù)泵送橋塞遇阻卡情況，橋塞遇阻卡點在3733m。橋塞點火后，管柱上行至3727m遇阻。判斷在3727m與3733m有兩個套管縮徑變形點。根據(jù)帶壓打撈管柱實探，魚頂位置在3708.26m。實際施工中以打撈鉆具實探情況為準(zhǔn)，得出魚頂位置在3708.26m。電纜伸長量不定，可能存在較大誤差。

根據(jù)電纜解卡情況，橋塞點火后，管柱上行6m?？膳袛嗦漪~下方有6m可活動空間。根據(jù)鉆具打撈管柱下壓解卡情況分析，下壓8t無下行空間。按現(xiàn)場實際打撈情況和電纜解卡時落魚存在較大位置誤差情況分析，可得出橋塞點火座封后，上提工具串解卡未成功，實際上行的6m距離為電纜伸長量。

在不壓井情況下，使用帶壓作業(yè)設(shè)備進行打撈失敗。存在以下四個原因。1）落魚存在可旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，不能選用可退式打撈筒或打撈矛；2）為保證退魚成功，選用的GS液壓打撈矛最大提升噸位只有36.287噸，且不能大噸位下壓解卡；3）帶壓作業(yè)設(shè)備提升負(fù)荷有限，不能實現(xiàn)上提解卡；4）GS89液壓上擊器廠家建議啟動次數(shù)不超過25次，工作次數(shù)有限，不能多次上擊解卡。

6 結(jié)論

CN27-2井存在落魚位置不穩(wěn)定、落魚貼壁、上提力及扭矩傳遞困難等多個實際打撈難點。該井況在長寧頁巖氣區(qū)塊內(nèi)尚屬首例，該打撈作業(yè)未能撈獲落魚，但是為頁巖氣水平井打撈難題提供了一種新的解決方案。