帶壓鉆磨防頂技術(shù)的研究及現(xiàn)場應(yīng)用

青 炳，青曦輝，范小波，李國成，張俊松，彭 磊

（1.中國石化西南油氣分公司工程監(jiān)督中心，四川德陽618000；2.中國石化西南石油工程有限公司井下作業(yè)公司，四川德陽618000）

帶壓鉆磨防頂技術(shù)的研究及現(xiàn)場應(yīng)用

青 炳*1，青曦輝2，范小波2，李國成2，張俊松2，彭 磊2

（1.中國石化西南油氣分公司工程監(jiān)督中心，四川德陽618000；2.中國石化西南石油工程有限公司井下作業(yè)公司，四川德陽618000）

水泥塞或橋塞封堵廢棄層位或異常高壓層位是油氣井施工常規(guī)手段，但井口封堵物底部往往集聚了大量壓縮的氣體或液體，為常規(guī)鉆磨帶來極大的安全風(fēng)險。在傳統(tǒng)鉆掃設(shè)備基礎(chǔ)上，通過伸縮補(bǔ)償器使用，形成了帶壓鉆磨特色防頂技術(shù)，有效解決了鉆穿井口封堵物瞬間其下部壓力突然釋放安全風(fēng)險。該技術(shù)在四川區(qū)塊多口油氣井得到了成功應(yīng)用，為現(xiàn)場安全鉆掃提供了有力技術(shù)保障。

封堵物；鉆磨；帶壓；防頂技術(shù)

1 概述

隨著石油開采技術(shù)的發(fā)展以及對油氣藏認(rèn)識的提高，國內(nèi)油氣田公司對封井后的老井常常需要進(jìn)行重新開發(fā)利用。早期油氣井限制于當(dāng)時鉆井技術(shù)和手段，被封井口常出現(xiàn)油氣竄漏，需重新再封井。在油氣井下橋塞作業(yè)中，部分橋塞在下放途中意外提前坐封，需要進(jìn)行井口橋塞的鉆磨處理。由于井口堵塞物下部可能形成高壓，在鉆磨時可能發(fā)生井噴或?qū)@磨管柱頂出，為現(xiàn)場作業(yè)帶來嚴(yán)重安全風(fēng)險。通過對傳統(tǒng)井口鉆磨設(shè)備的優(yōu)化，形成了以關(guān)防噴器加伸縮補(bǔ)償器為特色防頂鉆磨技術(shù)，為有效解決高壓封堵物的鉆磨安全問題提供了有益借鑒。

2 井口高壓封堵物鉆磨風(fēng)險

由于井口封堵物（橋塞或水泥塞）封隔了井筒與外界的通道，封堵物底部可能集聚了大量壓縮的氣體或液體，其形成了高壓。在鉆穿封堵物瞬間，因井筒短、鉆塞液柱壓力遠(yuǎn)小于其下部聚集高壓，其下部壓力突然釋放，對鉆具具有很大的上頂力。由于鉆掃井口堵塞物鉆具長度短、自重輕，極有可能造成井內(nèi)管串向上移及大鉤脫鉤，甚至出現(xiàn)井內(nèi)全部管串被頂出井筒的嚴(yán)重事故，存在重大井控風(fēng)險和嚴(yán)重安全隱患。因此，鉆磨高壓井口封堵物的難點(diǎn)在于如何控制放噴和如何防頂。

3 常用防噴器鉆磨防頂解決方案及問題

防噴器鉆磨防頂方案是在鉆掃作業(yè)時通過關(guān)閉環(huán)形防噴器實(shí)現(xiàn)對井口的控制，采用關(guān)閉下部取出了管子閘板膠芯的防噴器進(jìn)行防頂控制。

3.1 井口裝置準(zhǔn)備

雙閘板防噴器+轉(zhuǎn)換法蘭+萬能防噴器+鉆井四通+防倒車裝置。井口裝置在施工過程中所起作用如下:

（1）雙閘板防噴器。將雙閘板下閘板膠芯拆掉，施工時將其關(guān)掉,關(guān)掉后的閘板孔徑小于施工用鉆桿接頭，鉆磨時若發(fā)生鉆具上頂,當(dāng)被頂至下閘板時,關(guān)閉的下閘板可以阻止鉆具上行;上閘板裝上膠芯,當(dāng)被鉆通時,立即關(guān)掉上閘板,讓氣體從環(huán)空泄至放噴口。

（2）萬能防噴器。調(diào)整萬能防噴器壓力，在施工時在此壓力下關(guān)閉防噴器，使其在鉆磨時鉆具既能下放，又能起到一定的密封作用。當(dāng)雙閘板防噴器的上閘板在施工時出現(xiàn)意外不能有效密封鉆具時，萬能防噴器始終保持與鉆具的密封性，為防止井內(nèi)油氣沖向鉆臺提供了雙保險。

（3）鉆井四通。在鉆井四通上面是防倒轉(zhuǎn)裝置，為了起到防止鉆具倒轉(zhuǎn)的作用，方鉆桿在施工時必須卡在防倒轉(zhuǎn)裝置內(nèi)，鉆井四通下面是萬能防噴器，其關(guān)掉后是不能過鉆桿接箍的，鉆掃時有一定的進(jìn)尺，所以一定要保證有足夠的下放距，此鉆井四通起到了增加高度、保證足夠下放距的作用。

（4）防倒轉(zhuǎn)裝置。螺桿鉆具進(jìn)行鉆掃時，一旦出現(xiàn)蹩鉆時，井內(nèi)鉆具易發(fā)生倒轉(zhuǎn)。將法蘭中部加工成正方形的孔，其直徑稍大于方鉆桿直徑。出現(xiàn)憋鉆時，方孔能有效阻止方鉆桿倒轉(zhuǎn)。

3.2 鉆磨工藝過程

（1）安裝井口裝置及井口操作臺。

（2）組下鉆具。鉆具結(jié)構(gòu)如下：磨鞋+螺桿鉆具+變扣接頭+回壓凡爾2只+鉆鋌。

（3）調(diào)整鉆具長度。采用短鉆桿調(diào)整管串長度，使鉆桿接頭距雙閘板下閘板盡量最近，減小鉆具的上行距離。

（4）調(diào)整環(huán)形防噴器壓力。在鉆具自重條件下，調(diào)整環(huán)形防噴器控制壓力，當(dāng)壓力大于設(shè)定高值時，鉆具不能下行，壓力低于設(shè)定低值時，鉆具能下行。

（5）鉆磨橋塞施工過程。①關(guān)閉雙閘板防噴器下閘板及環(huán)形防噴器；②將井口兩套壓全部打開，出口至放噴池的放噴管線全部暢通；③利用泵車循環(huán)清水，轉(zhuǎn)動螺桿鉆鉆磨，放噴口出現(xiàn)井涌。觀察人員立即發(fā)出關(guān)井信號，司鉆及泵工立即停止作業(yè)，遠(yuǎn)程控制臺迅速關(guān)閉雙閘板的上閘板，控制住井口后，等待壓力釋放；④待井內(nèi)壓力充分釋放，放噴口噴勢較小及火焰降低后，進(jìn)行下步施工；⑤開環(huán)形防噴器與雙閘板的上閘板，繼續(xù)鉆磨橋塞直至成功。

3.3 存在問題

（1）因鉆具輕，須將環(huán)形防噴器壓力調(diào)整至很低，甚至必須開啟才能進(jìn)行送鉆，降低了鉆掃過程中安全保障；

（2）井口控制能力弱，鉆掃操作較為復(fù)雜，防頂效果存在局限；

（3）防噴器組合高，對鉆臺高度有一定要求，不適用于低噸位鉆修井機(jī)。

4 帶壓鉆磨防頂技術(shù)

為克服送鉆時井口控制能力弱的難題，通過采用了自動送鉆滑動鉆進(jìn)鉆具組合，使用常規(guī)雙閘板防噴器組合，達(dá)到施工過程中井口完全控制的效果，井噴和鉆具上頂?shù)娘L(fēng)險得到了有效控制。

4.1 伸縮接頭使用原理

伸縮接頭在鉆具鉆壓下自動回收，伴隨泵的啟動螺桿鉆轉(zhuǎn)動帶動刮刀鉆頭鉆掃水泥塞，隨之鉆壓的減小，伸縮接頭依靠鉆鋌的自重自動伸長1.5m，從而實(shí)現(xiàn)自動送鉆功能。

鉆具結(jié)構(gòu)（自上而下）：方鉆桿＋旋塞＋防噴短節(jié)＋鉆桿＋伸縮補(bǔ)償器（開式下?lián)羝鳎@鋌＋井底動力鉆具＋鉆具止回閥+鉆頭（見圖1）。

圖1 井下鉆具結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 防噴器工作原理

鉆掃過程中使用三閘板防噴器，內(nèi)裝膠芯(自下至上):半封閘板（去掉半封膠芯）+半封閘板+半封閘板（去掉半封膠芯）。

鉆掃加單根時只開關(guān)2個去掉半封膠芯半封閘板，則帶有閘板的膠芯在加鉆桿單根時一直處于開位狀態(tài)，而在鉆掃時對其關(guān)閉，防止在鉆掃時產(chǎn)生反扭矩。

4.3 鉆磨工藝

每次鉆掃過程時，防噴器都處在關(guān)位。使井內(nèi)管串一直處于可控狀態(tài)，由于鉆掃井口水泥塞鉆具自重太輕，鉆掃時反扭矩過大，關(guān)閉防噴器同時也起到了防倒轉(zhuǎn)裝置的作用。加短鉆桿是為了確保鉆桿接頭位置離防噴器閘板芯子或防頂板的距離盡量的短，出現(xiàn)鉆具上頂時，減少鉆具上移距離和對井口裝置的上頂力，確保水龍頭和大鉤不脫鉤及方鉆桿不彎曲。具體重復(fù)鉆掃步驟如下：

（1）通過下放鉆具至鉆頭接觸塞面且適當(dāng)給鉆壓15～20kN。伸縮補(bǔ)償器完全收縮。

（2）關(guān)閉防噴器且保證防噴器的閘板芯子關(guān)在鉆桿本體上。

（3）安裝防頂板。根據(jù)過鉆桿接頭情況調(diào)節(jié)防頂板開關(guān)。

（4）開泵啟動螺桿鉆實(shí)施正常鉆進(jìn)（鉆掃1.5m鉆進(jìn)實(shí)驗時間約為5min）。

（5）根據(jù)鉆壓、反扭矩情況及純鉆時間確定停泵，開防噴器。

4.4 現(xiàn)場應(yīng)用在四川XC13井鉆磨橋塞過程中使用了三閘板，在井底使用2根伸縮補(bǔ)償器，通過伸縮補(bǔ)償器的補(bǔ)償距離施加鉆壓，關(guān)防噴器鉆掃橋塞，在鉆穿橋塞的瞬間，成功防止兩次上頂。這口井防頂措施的要點(diǎn)在于井口使用短鉆桿進(jìn)行調(diào)節(jié)、關(guān)防噴器、磨鞋上部帶伸縮補(bǔ)償器，若鉆穿瞬間遇橋塞底部能量上頂鉆具，因半封閘板處于關(guān)閉狀態(tài)，鉆桿接箍無法通過防噴器半封閘板，防止上頂。即使一道半封閘板因上頂失效，還有另外2道半封閘板對井筒形成密封，在鉆穿橋塞的瞬間，通過循環(huán)放噴，成功將底部聚集的能量釋放掉，安全性較高。

通過XC13的防頂技術(shù)的應(yīng)用，表明在鉆磨橋塞或水泥塞底部聚集有大量能量的井時，使用三道半封閘板，井口使用短鉆桿調(diào)節(jié)，磨鞋上部帶伸縮補(bǔ)償器，對于鉆磨橋塞或水泥塞底部集聚有能量的油氣井時，防頂措施效果顯著。

該項技術(shù)還在四川XC32、27、29、30井等4口井成功進(jìn)行了應(yīng)用。

5 結(jié)論

（1）帶壓鉆磨防頂技術(shù)現(xiàn)場操作簡單，在鉆穿橋塞的瞬間，通過循環(huán)放噴，成功將底部聚集的能量釋放掉，安全性高。

（2）帶壓鉆磨防頂技術(shù)需要在帶鉆壓條件下啟動井下動力鉆具，對鉆頭和動力鉆具均有一定程度的損害，但通過控制鉆壓和啟泵壓力，能減輕這種損害。

（3）井口壓高封堵物鉆磨防頂技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)明及成功應(yīng)用，解決了石油工程施工中的一大安全問題，防止了鉆具飛出，消除了井控隱患事故，是油氣井施工的一大安全技術(shù)進(jìn)步。

[1]李學(xué)平，蔣春光，楊海波.欠平衡鉆磨橋塞工藝[J].天然氣勘探與開發(fā)，2010，28（1）：76-79.

[2]Q/SH0384—2010油（氣、水）井套銑、磨銑修井工藝推薦作法[S].

[3]吳奇.井下作業(yè)工程師手冊[M].2004.

[4]萬仁溥,羅英俊，等.采油技術(shù)手冊第五分冊[M].北京:石油工業(yè)出版社，1989.

TE258

B

1004-5716(2015)10-0047-03

2015-05-05

2015-05-06

青炳（1972-），男（漢族），四川南充人，工程師，現(xiàn)從事油氣井修井、試氣技術(shù)及安全管理工作。