渤海油田N23H井測卡點(diǎn)和爆炸松扣關(guān)鍵技術(shù)

李 凡 ，和鵬飛 ，劉鵬飛 ，彭 江 ，張 海 ，袁洪水

1.中海石油（中國）天津分公司 （天津 300452）

2.中海石油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司 （天津 300452）

鉆井工程具有高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高利潤、資金技術(shù)密集的特點(diǎn)[1]，作業(yè)過程中面臨各種復(fù)雜情況和事故，問題出現(xiàn)以后耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力和時間。卡鉆便是典型的鉆井井下事故，統(tǒng)計(jì)顯示，石油鉆井過程中，平均每鉆3口井即有一次卡鉆事故[2]。渤海油田作為我國海上最大的油田，目前正處在深入開發(fā)的關(guān)鍵階段，其中一批老油田的綜合調(diào)整、深入挖潛是穩(wěn)產(chǎn)、上產(chǎn)的重要組成部分。但是這些老油田經(jīng)過長時間的開發(fā)，注采井網(wǎng)復(fù)雜、地層壓力系統(tǒng)也發(fā)生了變化，這給調(diào)整井作業(yè)帶來極大的挑戰(zhàn)[3-5]。N23H井作為老油田加密調(diào)整所鉆水平井的典型，在作業(yè)過程中發(fā)生了壓差卡鉆事故。在一系列處理手段無效的情況下，通過合理的技術(shù)措施完成本井大斜度井段的電纜測卡點(diǎn)及精確爆炸松扣作業(yè)，避免了事故的進(jìn)一步惡化。

1 N23H井基本情況與卡鉆過程

N23H井是渤海某油田綜合調(diào)整設(shè)計(jì)的一口水平井。二開311.2mm井眼鉆進(jìn)至著陸井深2 593m中完（整柱）。循環(huán)2h至振動篩處返出干凈。鉆臺卸掉第一柱5″鉆桿后 （鉆桿座卡接箍高度0.85m），準(zhǔn)備繼續(xù)短起，開泵2 900L/min，泵壓17.6MPa正常，返出正常，頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)時，鉆具無法轉(zhuǎn)活（頂驅(qū)蹩停值35kN·m）。提高頂驅(qū)蹩停值至38kN·m，下放鉆具至最低點(diǎn)，仍未轉(zhuǎn)活，卸扭矩，上下活動鉆具，最高上提至懸重138t（過提48t），鉆具未能提活。回接一柱鉆桿，蹩扭矩至38kN·m，快速下砸至頂驅(qū)懸重22.5t，多次重復(fù)，鉆具仍未轉(zhuǎn)活，發(fā)生卡鉆，泵壓和返出一直正常。鉆具組合：311.2mm鉆頭+228.6mm旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+209.6mm LWD+209.6mm MWD+203.2mm非磁鉆鋌+203.2mm隨鉆震擊器 +變扣接頭+127mm加重鉆桿×13根。

1.1 定向井軌跡數(shù)據(jù)

N23H井定向井軌跡設(shè)計(jì)見表1，著陸點(diǎn)井斜89°，其中 66°穩(wěn)斜段長約 1 000m。

1.2 井身結(jié)構(gòu)

N23H井采用渤海常規(guī)套管層次，即609.6mm隔水導(dǎo)管+444.5mm井眼×339.7mm套管 （下入深度410.89m）+311.2mm井眼×244.5mm套管+215.9mm井眼×152.4mm篩管（設(shè)計(jì)），如圖1所示。

2 卡鉆事故處理經(jīng)過

1）初期處理：22.5t（頂驅(qū)懸重）～90t（中和點(diǎn)懸重）活動鉆具，蹩扭矩至38kN·m，快速下砸，間歇性替入稀膠液循環(huán)。

2）循環(huán)降密度（1.15～1.12g/cm3），提高鉆井液潤滑性。

3）快速替海水 30m3。

4）替入封閉塞并大噸位活動鉆具（22.5～200t）；震擊器未工作。

5）浸泡解卡劑20m3（浸泡時間11.25h）。

6）浸泡柴油25m3（分別浸泡井底6.5h和底礫巖段5h）；泡柴油后循環(huán)出現(xiàn)環(huán)空憋壓失返現(xiàn)象，返出大量細(xì)碎泥巖，提高密度至1.14g/cm3。

7）第一次測卡點(diǎn)作業(yè)。

8）替入超低密度鉆井液（1.04g/cm3）；替入后提排量困難，頻繁憋壓失返。

9）重新替入高密度鉆井液（1.15g/cm3），調(diào)整鉆井液性能；循環(huán)時多次環(huán)空憋壓失返，返出大量東營組磨圓泥片和少量掉片。

10）第二次測卡點(diǎn)作業(yè)。

11）爆炸松扣作業(yè)。

3 測卡、爆炸松扣技術(shù)

3.1 渤海油田測卡技術(shù)現(xiàn)狀

目前渤海油田擁有FPT（磁鐵式）測卡儀和FPI（錨爪式）測卡儀2種。

FPT儀器串：單芯馬籠頭/泵沖接頭/加重桿（長度可選）/CCL（套管接箍磁定位短節(jié)）/震擊器/上磁鐵/傳感器/加長桿/下磁鐵；儀器串總長：3.99m（不包括加重桿）；儀器外徑：33mm；泵沖接頭外徑：51mm（可選）。

FPI儀器串：單芯馬籠頭/泵沖接頭/CCL/上推靠臂電子線路/應(yīng)變力探頭/下推靠臂；儀器串總長：4.235m；儀器外徑：33mm；泵沖接頭外徑：51mm（可選）。

工作原理：測卡儀上下各有一個鉆桿內(nèi)壁貼靠裝置（磁力塊或者伸縮腿），儀器下放至測卡位置時，磁力塊或支撐腿緊貼鉆桿內(nèi)壁，當(dāng)給鉆具施加扭矩旋轉(zhuǎn)時，隨著扭矩不斷向下傳遞，井下鉆具會產(chǎn)生不同程度的彈性變形，從而引起上下貼靠裝置產(chǎn)生相對的位移變化，并通過傳感器傳遞到地面儀器，彈性變形量會通過儀器房內(nèi)的表盤顯示出來，表盤擺動幅度越大，則說明鉆具處于自由狀態(tài)且遠(yuǎn)離卡點(diǎn)，當(dāng)表盤擺動幅度微弱時，則可基本確定卡點(diǎn)位置。

3.2 作業(yè)的難點(diǎn)

1）N23H井為89°著陸水平井，65°以上穩(wěn)斜段長近1 000m；隨著井斜角的逐漸增大，井下儀器與井壁的摩擦力也不斷增大，井下儀器向井底方向運(yùn)動的分力逐漸減小，當(dāng)井斜角增大到約65°時，井下儀器向井底方向運(yùn)動的分力減小到一個臨界值，即該分力約等于井下儀器與井壁的摩擦力，這時，井下儀器再也無法借助于自身重力向井底方向運(yùn)動，測井電纜下放井下儀器的作用消失。因此在井斜角大于65°的大斜度井和水平井中，必須借助外力將井下儀器推送前進(jìn)。

2）如果考慮泵送測卡點(diǎn)及爆炸松扣工具，則電纜不能走頂驅(qū)鵝頸管三通，否則無法開泵。

3）本井油氣層已經(jīng)揭開，電纜作業(yè)期間存在井控風(fēng)險(xiǎn)。

4）如何保證本井爆炸松扣前正、反扭矩的有效傳遞至關(guān)重要。

5）測卡以后，缺乏卡點(diǎn)以上鉆具中和點(diǎn)懸重?cái)?shù)據(jù)，無法有效判斷爆炸松扣位置。

3.3 技術(shù)措施

3.3.1 旁通短節(jié)和鉆桿考克配合使用

為保證測井儀器能夠通過泵送送入，現(xiàn)場使用旁通短節(jié)，同時在旁通短節(jié)下接考克，保證井控措施到位，如圖2所示。旁通短節(jié)為電纜進(jìn)出鉆桿提供通道，電纜下入鉆桿內(nèi)后在入口處安裝密封盤根，可以避免開泵后鉆井液的噴射，測卡時通過“T”型卡固定電纜，可實(shí)現(xiàn)鉆桿施加扭矩。

圖2 旁通短節(jié)和鉆桿考克

3.3.2 爆炸松扣點(diǎn)中和點(diǎn)懸重計(jì)算

根據(jù)鉆進(jìn)期間不同井段的旋轉(zhuǎn)扭矩、上提下放懸重等數(shù)據(jù)，通過Landmark軟件模擬推算出各井段的摩阻系數(shù) （裸眼段可按軌跡情況和地層差異分段模擬），以此反推上提下放懸重、扭矩，對比隨鉆錄井?dāng)?shù)據(jù)最終得出擬合度較好的摩阻系數(shù)。在得出合理的摩阻系數(shù)后，計(jì)算爆炸松扣點(diǎn)的中和點(diǎn)懸重以及上提下放懸重、小轉(zhuǎn)速扭矩等參數(shù)，圖3(a)為根據(jù)數(shù)據(jù)反演，套管摩阻取0.25，裸眼平均摩阻取0.38，與實(shí)際基本吻合，得出2 390m以上的上提、下放懸重，圖3(b)為上述模擬數(shù)據(jù)下不開泵、開小轉(zhuǎn)速下的上提、下放懸重。

3.3.3 爆炸松扣前正、反扭矩的傳遞措施

傳遞正扭矩：活動鉆具至中和點(diǎn)懸重，施加緊扣扭矩45kN·m（鉆桿正常緊扣扭矩的120%）[6]，鉆具正轉(zhuǎn)13圈，逐次下壓10～20t直至頂驅(qū)懸重并各穩(wěn)定3～5min；再次上提至中和點(diǎn)懸重58t，逐次下壓10t直至頂驅(qū)懸重并各穩(wěn)定3～5min，重復(fù)3次傳遞緊扣扭矩。

傳遞反扭矩：活動鉆具至中和點(diǎn)懸重，分別施加反扭矩 10、20、30kN·m，在懸重 68～45t之間，每次下壓5t各穩(wěn)定2～5min；再次上提鉆具至中和點(diǎn)懸重58t，施加反扭矩30kN·m，鉆具反轉(zhuǎn) 9.75圈，在 68～45t之間上下快速活動鉆具，多次重復(fù)上述操作，傳遞松扣扭矩。

4 應(yīng)用效果

通過上述技術(shù)措施的應(yīng)用，N23H井順利完成2次測卡點(diǎn)和爆炸松扣作業(yè)，實(shí)際松扣點(diǎn)與設(shè)計(jì)完全吻合，倒開鉆具后上提下放懸重與模擬計(jì)算值吻合度也極高。

4.1 測卡儀的應(yīng)用情況

1）N23H第一次測卡點(diǎn)：第一趟使用磁鐵式測卡儀+2根加重桿+51mm泵沖接頭，泵送至1 626m，遇阻無法通過；第二趟使用錨爪式測卡儀+51mm泵沖接頭，泵送順利到位。

2）第二次測卡點(diǎn)：第一趟使用錨爪式測卡儀+63mm泵沖接頭，泵送順利到位，準(zhǔn)備測卡時儀器故障（錨爪無法伸出）；第二趟使用磁鐵式測卡儀+4根加重桿+63mm泵沖接頭順利泵送到位。

4.2 電纜打扭問題

爆炸松扣儀器串：單芯馬籠頭/泵沖接頭/CCL/加重桿2根/點(diǎn)火頭/爆炸桿儀器串總長：4.26m；儀器外徑：43mm；泵沖接頭外徑：63mm。

儀器下入情況：順利泵送下至2 400m，無遇阻顯示。上提至2 150m測CCL校深，繼續(xù)上提爆炸松扣工具至 2 086.16m（井斜 66°）。

爆炸松扣結(jié)果：通過計(jì)算數(shù)據(jù)分別傳遞正扭矩和反扭矩后，點(diǎn)火爆炸，最終結(jié)果顯示在設(shè)計(jì)位置一次爆炸松扣成功。

出現(xiàn)的問題：由于鉆桿旁通和井口電纜卡子的作用，點(diǎn)火爆炸后鉆具迅速反轉(zhuǎn)倒扣，井下儀器和電纜會隨之反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致自“T”型卡以下電纜出現(xiàn)打扭現(xiàn)象。利用“T”型卡子固定電纜后可通過盡力放松地面電纜，留足纏繞余量來解決此問題。

5 結(jié)論

1）磁鐵式測卡儀在下放過程中，上下磁鐵始終偏心吸附于鉆桿內(nèi)壁，在大斜度井中下放需要克服額外的吸附力產(chǎn)生的摩阻，儀器下放到位困難，推薦大斜度井測卡點(diǎn)使用錨爪式測卡儀。可先小排量泵送（泵壓2～3MPa），使鉆井液保持流動狀態(tài)，下放至井斜45°井段以后逐步提高排量（泵壓5～6MPa），保持儀器穩(wěn)定的下放速度，接近最深下入位置時適當(dāng)控制下放速度。

2）鉆桿旁通閥盤根承壓能力有限，一旦出現(xiàn)井控風(fēng)險(xiǎn)，可剪斷電纜后關(guān)閉考克，卸掉旁通后接頂驅(qū)進(jìn)行后續(xù)處理。

3）爆炸松扣作業(yè)，正、反扭矩傳遞很重要。推薦措施為活動鉆具至松扣位置中和懸重，對鉆具施加正扭矩（鉆桿正常緊扣扭矩的120%），過提至中和懸重的10%～20%，逐次下壓10～20t直至頂驅(qū)懸重，每次穩(wěn)定3～5min，對松扣點(diǎn)以上鉆桿緊扣，釋放扭矩后，重復(fù)上述動作3次以上，確保扭矩傳遞充分。記錄每次傳遞過程中鉆具轉(zhuǎn)動的圈數(shù)變化。

[1]蘇義腦,周煜輝,黃洪春.高歌奮進(jìn) 為油開道——中國石油鉆井工程技術(shù)回顧,現(xiàn)狀與展望[J].石油科技論壇,2009,28(5)：9-16.

[2]Shivers R M,Domangue R J.Operational decsion making for stuck-pipe incidents in the Gulf of Mexico：a risk economics approach[J].SPE Drilling&Completion,1993,8(2)：125-130.

[3]張東方.測卡、爆炸松扣儀在大斜度井和水平井中的應(yīng)用[J].復(fù)雜油氣藏,2011,4(3)：79-82.

[4]劉國宏,朱偉厚,杜君,等.調(diào)整井鉆井過程中的出水問題與處理[J].斷塊油氣田,1998,5（3）：12.

[5]姬洪剛,卓振洲,張雪峰,等.渤海某油田利用模塊鉆機(jī)調(diào)整井鉆井作業(yè)的難點(diǎn)與對策[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(6)：77-78.

[6]董星亮,曹式敬,唐海雄，等.海洋鉆井手冊[M].1版.北京：石油工業(yè)出版社，2011.