TD004-X3井大斜度井鉆具滑扣事故處理實踐

張 杰 常忠勇 何茂偉 李高文 何文平

(中國石油集團川慶鉆探工程有限公司川東鉆探公司)

0 引言

TD004-3井是大天池構造帶龍門潛伏構造明達高點軸部西翼斷下盤的一口水平井，水平井段采用地質導向技術鉆至石炭系井深5390.92m，又進入了梁山組。起鉆靜觀通井排除后效時，梁山組高壓層泥頁巖垮塌，Ф88.9mm鉆桿滑扣3次對扣失敗，井下遺留中子源、LWD、MWD等工具和鉆具2083.27m。先下公錐打撈成功，起鉆中遇阻卡，起至井口被掛落，公錐尖部斷裂，落魚入井，打撈難度加大。通過分析落魚情況，改進公錐形狀，強化魚頭過井口安全措施，成功撈獲落魚，為處理同類事故積累了經驗。

文章詳細介紹了該事故發生的原因、處理工藝措施。該井事故的成功處理，避免了中子源、LWD、MWD丟棄、側鉆和進尺的報廢乃至該井周邊開采井因輻射而關閉，不但取得了良好的經濟效益，而且為處理同類事故積累了豐富的經驗。

1 TD004-3井概況及事故發生經過

TD004-3井設計為大斜度井實際為水平井，設計井深5456.00m，井身結構為:Φ244.5mm技術套管下至 3028.84m(嘉二3)，Φ177.8mm 套管懸掛2729.11m～5085.00m，五開，石炭系地層Ф152.4mm采用地質導向鉆進至井深5390.92m，地質循環取樣分析已進入粱山組15.92m。由于地層異常，起鉆至套管鞋內H5061.46m靜止觀察。

鉆具組合:Φ152.4mmPDC鉆頭×0.18m+1.5度彎角馬達×6.76m+浮閥×0.74m+測量工具×10.53m+中子密度儀×7.05m+Φ88.9mm鉆桿27柱×788.45m+Φ88.9mm加重鉆桿5柱×138.46m+Φ88.9mm鉆桿7柱×204m+防磨接頭×0.69+Φ88.9mm鉆桿1柱×29.34m+防磨接頭×0.69m+Φ88.9mm鉆桿1柱×29.35m+防磨接頭×0.69m+88.9mm鉆桿+接頭+127mm鉆桿。

下鉆通井排后效時劃眼到底正常，將鉆具提離井底繼續循環排后效，啟動轉盤、調整參數下放至H5384.82m懸重突然由 1440kN↓1050kN，泵壓17.1MPa↓14.9MPa。原鉆具對扣3次在1400kN滑扣后再無法對扣，起鉆完發現Φ88.9mm鉆桿第66柱上單根公扣滑扣，絲扣磨損嚴重。出井魚尾見圖1。

圖1 出井魚尾圖

井下落魚結構:Φ152.4mmPDC鉆頭+1.5度彎角馬達+浮閥+測量工具+中子密度儀+3Φ88.9mm鉆桿27柱+Φ88.9mm加重鉆桿+Φ88.9mm鉆桿7柱+防磨接頭+Φ88.9mm鉆桿1柱+防磨接頭+Φ88.9mm鉆桿1柱+防磨接頭3+88.9mm鉆桿29 2/3柱，Σ:2083.27m;

魚頂井深:井深3301.85m;魚長:2083.27m;魚頭位于Φ177.8mm套管內。

2 事故處理風險及措施

2.1 風險

梁山組地層巖性復雜，極易造成垮塌。落魚中有中子密度儀存在，如果處理不成功，將直接威脅該井周邊開采氣井的安全，而且在該區域將不能再部署新井，該次事故損失將無法估量。

2.2 措施

處理原則:先下工具造扣起出中子源，再進行打撈處理作業流程為:

(1)下Φ146mm母錐對扣后循環暢通則電纜打撈中子源。

(2)下部落魚水眼巖屑堵塞時則使用連續油管打撈中子源。

(3)若造扣不成，則使用反扣鉆具打撈，改變魚頭。(4)下鉆對扣，連接下部落魚。

(5)下專用工具打撈中子源，撈獲中子源后。(6)根據井下情況進行通、套、倒，逐步進行處理。

3 事故的處理過程

3.1 母錐造扣循環

下外徑Φ146mm、最大開口Φ135mm母錐至魚頂，循環排除后效，反復轉動，母錐無法套進魚頭，造扣不成功。

3.2 大水眼公錐造扣倒扣改變魚頭

下水眼直徑51mm的311大頭公錐至魚頂，循環排后效，造扣打撈、分段緊扣，上下活動500kN↑1600kN未解卡;試開泵循環鉆井液暢通即排出魚頂下部后效，上提懸重1280kN坐卡瓦至350kN，反轉25圈倒扣無開扣現象，扭矩減小轉盤回轉5圈，反轉20圈回3圈，上提鉆具懸重350kN↑1600kN解卡。

方鉆桿帶單根，間斷倒劃眼起鉆至井深5290.05m正常起鉆，當魚頭進入Ф244.5mm套管后不同程度出現掛卡，分析認為是Ф244.5mm長圓扣套管接頭間間隙造成，采用座卡瓦點動轉盤1～2圈方式起鉆，魚頂距轉盤面接近20m出現掛卡，瞬間懸重由450kN↓50kN，起出打撈鉆具發現311大頭公錐尖部斷裂Ф90mm外×Ф51mm內-15mm半圓環入井;立即灌滿鉆井液觀察出口和液面變化情況，防頓鉆導致井漏和溢流發生出現井控險情，井口液面不降，未發生井漏。

4 井下復雜情況分析

4.1 落魚下砸到底后斷裂的可能性分析

落魚從井口附近掉落后，由于落魚結構中有浮閥，水眼不通、Ф88.9mm鉆桿上有Ф146mm防磨接頭3只使環間間隙減小、本井在 Ф244.5mm和Ф177.8mm套管段是大斜度、石炭系和梁山組是水平段且段長達305.92m，鉆具下落過程中不斷減速，水平段的緩沖，落魚發生斷裂的可能性極小。

4.2 掉落半圓環位置分析

落魚迅速下行浮閥關閉，鉆具水眼內沒有泥漿向外流動，鉆具外環空泥漿迅速通過鉆具與套管的間隙向上流動，在落魚頂中心形成一個極大的渦流，落魚頂內斷裂公錐半圓環不會掉入落魚與套管的環形空間，而留在落魚內存在兩種情況:

(1)落魚下行過程中與套管發生碰撞松動而卡在鉆具接頭加厚帶位置。

(2)落魚下行過程中與套管發生碰撞也沒有松動卡在魚頂造扣位置。

5 處理措施

5.1 打撈工具選擇

(1)普通正、反扣公錐打撈

存在掉落半圓環在接頭加厚帶堵塞水眼可能，工具無法進入水眼造扣;半圓環在魚頂造扣位置時，打撈鉆具與落魚和半圓環形成的通道中心與原鉆具中心有3mm～4mm徑向偏差，在造扣或倒扣過程中潛在公錐斷裂風險[1-3]。

(2)正、反扣母錐打撈

第一次Ф146mm母錐無法套入魚頂，加之起鉆過程中落魚在Ф244.5mm套管2729m后不同程度出現掛卡，說明魚頂外徑變形大，母錐無法滿足造扣打撈要求。

(3)磨鞋修正魚頂

磨鞋使用后存在碎塊，碎塊在鉆具水眼內堵塞鉆具水眼，失去中子源的通道;在落魚與套管環間，增加事故的處理難度。

(4)正、反大頭公錐

在魚頂存在斷裂的 Ф90mm外×Ф51mm內-15mm半圓環阻擋，根據出井大頭公錐損壞情況和在工具上留下的不明顯痕跡分析，該痕跡為魚頂母接頭變形后最上端絲扣在造扣過程中留下的痕跡，斷裂面離上部痕跡有65mm高度，還存在利用這65mm高度造扣的可能，也是值得一試的最簡便方法，否則此次事故處理將困難重重。

(5)改造出井311大頭公錐打撈

割去剩余的半圓環并向上割去30mm，將公錐的最下端直徑由Ф90mm↑Ф92mm，增大該工具的打撈直徑，割去的30mm長度為公錐在魚頂造扣的預留造扣深度，避開落魚水眼內的Ф90mm外×Ф51mm內-15mm半圓環進行造扣打撈。

5.2 改造311大頭公錐入井造扣打撈

下311大頭公錐至魚頂循環排后效，正轉造扣、分段緊扣至19圈時井下落魚解卡，上下活動懸重1100kN↑1700kN，間斷倒劃眼，方鉆桿帶單根起鉆至井深5276.60m，起鉆至井深5139.50m遇阻1540kN↑1600kN，倒劃眼至井深 5078.02m，鉆頭進Ф177.8mm套管鞋，井斜由井底的井斜84.46度，方位18.96度降低到井斜63.5度;方位18.7度，可以直接使用電纜取源而無需加壓開泵送入取源工具，決定先取源后再起鉆，防止落魚在Ф244.5mm套管內掛卡落魚可能掉落，將中子源取出后事故最大損失就報廢進尺和工具，保障整個氣田的安全。

5.3 電測車通水眼試取中子源

下Ф44mm電測加重桿試通水眼，在魚頭下第2根Ф88.9mm鉆桿加厚帶反復多次試下均未通過，因倒劃眼過程中能夠循環，但公錐與魚頭密封存在問題，加上斷裂的Ф90mm外×Ф51mm內-15mm半圓環在鉆桿加厚帶阻擋，采用電纜或連續油管通水眼中途取源方案無法實施，只有被迫強行起鉆。

5.4 強行起鉆安全保障措施

(1)嚴格控制起升速度，魚頂離轉盤面700m前，每起1柱的時間控制在7min～8min，均勻緩慢起升。

(2)剎把操作平穩，待游車不擺動或擺動較小時才能上起鉆具，禁止猛提猛剎猛頓。

(3)起鉆到魚頂距轉盤面700m～300m范圍，用起升電機絞車二檔低速進行起升，300m到魚頭出轉盤面吊卡扣好前用起升電機絞車一檔低速進行起升，速度控制在1m/min極可能減小遇卡拉力。

(4)在起至打撈鉆具最后5柱不再灌入泥漿，放空井口段環空便于觀察落魚在井口的居中情況。

(5)整個起鉆過程中專業技術人員在旁指揮，另安排專人協助司鉆觀察指重表，遇卡最高不超過50KN，如準備工作不充分、信號不明或其它原因等情況均不得起升鉆具。

6 井內落魚的安全起出，事故順利解除

成功起出壞魚頭(圖2)。測量魚頂由127mm變形到最大外徑Ф153mm，與穿入的Ф177.8mm內徑為Ф155mm，內外徑僅差2mm。起鉆完獲全部落魚，中子源按正常程序順利取出，LWD、MWD、螺桿鉆具、Ф152.4mm鉆頭完好無損，掉落在落魚水眼中的Ф90mm外×Ф51mm內-15mm半圓環在鉆具水眼中找到，TD004-3井Φ88.9鉆桿滑扣事故圓滿解除。

圖2 撈獲的變形魚頂

7 事故原因分析

(1)壓力相差懸殊:梁山組壓力系數設計為1.5，石炭系壓力系數為1.00，四開時在梁山組鉆進泥漿密度1.65g/cm3起下鉆困難，將泥漿密度加重到1.75g/cm3后井下穩定，而目前泥漿密度僅1.13g/cm3。

(2)該地區梁山組泥頁巖極不穩定，是極易垮塌的地層，垮塌卡鉆風險較大。

(3)水平井本身井壁穩定性差，水平鉆進梁山組后梁山組泥頁巖更不穩定，增加了垮塌風險。

(4)水平段最大井斜達井斜84.460，裸眼段有石炭系290m，粱山組15.92m，在劃眼過程中下部鉆具處于粱山組6.10m左右，當井底出現掉塊后，螺桿被制動而啟動轉盤時轉盤扭矩過大造成Ф88.9mm鉆桿滑扣。

(5)操作者對循環泵壓觀察不夠，對轉盤負荷和扭矩的異常變化發現不及時。

8 結論

(1)魚頂情況分析與井下情況吻合，工具選擇正確是成功打撈的基礎。

(2)分析判斷落魚掛卡的原因、對魚頂的所處位置掌握是提高打撈成功的關鍵。

(3)技術措施對路是削減作業風險，真正實現事故“快速”處理原則，降低事故損失的根本。

1 蔣希文.鉆井事故與復雜問題[M].石油工業出版社.2002.6.

2 安有杰.NP3-1井定向鉆具卡鉆事故處理實踐[J].2011，34(1)：97-98.

3 趙金洲，張桂林.鉆井工程技術手冊[M].北京：中國石化出版社，2004.