高壓深井射孔槍打撈工藝技術(shù)研究

張玫浩, 秦德友, 黨劉根, 鐘博文, 易 飛, 段云鋒

(中石油塔里木油田分公司英買油氣開發(fā)部)

迪那氣田氣藏埋深達(dá)5 318 m，原始?jí)毫ο禂?shù)2.06～2.26，屬異常高壓系統(tǒng)。氣田存在15口井采用射孔完井一體化管柱，射孔槍串300～400 m不等，槍身外徑127 mm。近年，隨著氣田開發(fā)的深入，后期配產(chǎn)偏高，生產(chǎn)壓差加大，多口井出現(xiàn)井筒砂、垢堵塞等情況，顯見的是殘留井內(nèi)的長(zhǎng)段射孔槍串被砂埋。油田進(jìn)行大修作業(yè)時(shí)，需要打撈射孔槍[1]，恢復(fù)砂埋產(chǎn)層，但面臨著深井打撈作業(yè)、槍與套管間隙過小、槍串過長(zhǎng)等復(fù)雜難題。塔里木油田處理此類復(fù)雜經(jīng)驗(yàn)欠缺，所以從射孔槍工作原理入手，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)打撈射孔槍工藝技術(shù)，綜合提煉分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，形成了高壓深井長(zhǎng)段射孔槍打撈的工藝技術(shù)。

一、射孔槍結(jié)構(gòu)及原理

1. 射孔槍結(jié)構(gòu)

射孔槍主要由密封接頭、槍管、彈夾等組成，射孔彈是由傳爆藥、炸藥、殼體以及藥型罩構(gòu)成具有聚能效應(yīng)的組合體見圖1。

2. 射孔工作原理

在射孔過程中，導(dǎo)爆索中產(chǎn)生的爆轟波引爆主炸藥。主炸藥爆轟波以8 750 m/s的速度和近350 kPa的壓力作用于聚能罩，使聚能罩上的金屬流動(dòng)，并且內(nèi)外層分離，隨著作用壓力的增加，逐漸產(chǎn)生一個(gè)高速細(xì)針狀的金屬粒子流。

圖1 射孔槍、彈簡(jiǎn)圖

3. 槍身變形與淬火

由于射孔在高壓、高溫的環(huán)境下完成，所以槍身在射孔后會(huì)有不同程度的漲徑[2]，其會(huì)減小射孔槍與套管的間隙，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)(溫度:140℃，壓力:105 MPa)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量統(tǒng)計(jì)(井?dāng)?shù):50,射孔井深:5 000～6 000 m)綜合比對(duì)，得出?127 mm、?89 mm射孔槍在射孔后漲徑1～2 mm。

同時(shí)，高溫的環(huán)境下槍身起爆后會(huì)產(chǎn)生淬火效果致使自身硬度變大。

二、深井長(zhǎng)段射孔槍打撈難點(diǎn)分析及方案

1. 典型井分析及撈槍思路

1.1 井況分析

(1)迪那2-X井關(guān)井壓力63 MPa，井底溫度130.5℃。射孔井段4 717.2～5 061.5 m，槍串長(zhǎng)344.3 m，夾層槍型?89 mm，射孔槍型?127 mm， 套管外徑177.8 mm，壁厚12.65 mm，內(nèi)徑152.5 mm，下深0～5 085.3 m,其井身結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 迪那2-X井身結(jié)構(gòu)圖

(2)2009年6月投產(chǎn)后油壓持續(xù)波動(dòng)下降，最大波動(dòng)幅度達(dá)15 MPa；地面取樣見砂，綜合分析認(rèn)為井筒砂堵，同理，殘留井內(nèi)的射孔槍串也存在砂埋。

(3)鑒于完井封隔器下部帶射孔槍的組合形式，分析認(rèn)為射孔槍在井內(nèi)處于卡埋居中的狀態(tài)，不考慮其自由與貼壁狀態(tài)的可能性。

1.2 撈槍思路

處理復(fù)雜，堅(jiān)持工藝上“由簡(jiǎn)入繁”的原則，同時(shí)基于井況的綜合分析，確定撈槍的整體思路是先使用反扣鉆具加母錐進(jìn)行倒扣打撈，若因砂埋嚴(yán)重導(dǎo)致倒扣困難，則采取套銑清理環(huán)空后再進(jìn)行倒扣。

2. 撈槍難點(diǎn)分析

(1)井底溫度高達(dá)130.5℃，鉆井液易出現(xiàn)固相沉淀，增大撈槍入魚難度。

(2)撈槍后產(chǎn)層露出可能發(fā)生鉆井液漏失，高壓氣井存在較大的井控風(fēng)險(xiǎn)。

(3)射孔槍與套管環(huán)空間隙過小，僅有23.5 mm(考慮漲徑因素，按2 mm計(jì)入)，受其限制，套銑工具壁薄而強(qiáng)度低、抗扭差，尤其是絲扣連接處，易漲扣、斷裂造成次生復(fù)雜事故。

(4)環(huán)空間隙過小，打撈射孔槍工具選擇局限性大，只能使用母錐倒扣打撈，結(jié)合射孔槍的結(jié)構(gòu)，存在只撈出密封接頭的可能；同時(shí)，因?yàn)樯罹鹣裸@周期長(zhǎng)，下鉆、打撈、起鉆至少1.5 d，極大增加作業(yè)成本。

(5)深井套銑管柱居中性較差，易造成偏磨射孔槍(硬度高)，不僅降低套銑效率，并且如果銑破槍皮，彈夾、彈片等落井增大處理難度。

3. 方案研究

3.1 優(yōu)選鉆井液體系

(1)優(yōu)選TY OBS油基鉆井液體系，對(duì)鉆井液沉降穩(wěn)定性進(jìn)行了160℃、22 MPa條件下168 h的評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 油基泥漿靜恒溫實(shí)驗(yàn)前后性能

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：將試棒放入油基鉆井液中，任其自由落下，試棒直接觸底，與容器底部發(fā)生相撞，沒有任何阻礙。說明油基鉆井液沒有沉降現(xiàn)象出現(xiàn)，穩(wěn)定性好。

(2)儲(chǔ)備與鉆井液兼容性良好的、足量的堵漏材料，打開油氣層一旦監(jiān)測(cè)到漏失，則考慮堵漏，消除井控風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 工具優(yōu)化與改進(jìn)

(1)特制套銑鞋。①整體式套銑鞋(?147 mm/?130 mm)，銑管與銑鞋之間無絲扣連接，并且在銑管與鉆具連接部位焊接，削減薄弱點(diǎn)；②3.75 m短套銑管，可減小扭矩；③銑鞋進(jìn)口合金頭選用中細(xì)或粉末金屬顆粒，避免大塊合金落井增加復(fù)雜。

(2)優(yōu)化母錐[3]。①優(yōu)選錐度1∶16的粗牙銑齒母錐，相比錐度1∶8的母錐，其錐度小，可以在射孔槍接頭造扣的同時(shí)，也在槍身本體上造扣，避免一次只撈一個(gè)接頭，提高打撈效率,粗牙相較細(xì)牙母錐造扣緊實(shí)，消除抓不牢落魚的風(fēng)險(xiǎn);②母錐下端加工銑齒，在打撈射孔槍時(shí)，可輔助清理環(huán)空。

3.3 關(guān)鍵參數(shù)控制

套銑清理環(huán)空,控制輕鉆壓、低轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)盤設(shè)定扭矩限值，削減銑管斷裂風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，也能減小銑破射孔槍的可能性[4]。關(guān)鍵參數(shù)控制：鉆壓5～10 kN(一般推薦值≤30 kN)、轉(zhuǎn)速40 r/min(一般推薦值≤60 r/min)、限定扭矩8 kN·m(一般推薦值≤12 kN·m)。

三、現(xiàn)場(chǎng)施工

1. 震擊器配合高強(qiáng)度母錐打撈

(1)打撈管柱組合。?148 mm高強(qiáng)度反扣銑齒母錐(打撈范圍?80 mm～?130 mm)+?121 mm安全接頭+?120.7 mm鉆鋌1根+?120.7 mm超級(jí)震擊器+?120.7 mm鉆鋌8根+?88.9 mm反扣鉆桿至井口。

(2)打撈過程。開泵開轉(zhuǎn)盤引魚下探至井深4 739.5 m打撈。①引魚造扣30 r，逐漸加壓8 kN，泵壓14 MPa↑18 MPa停泵，釋放扭矩回19 r;②反轉(zhuǎn)造扣40 r，扭矩14.5 kN·m(空轉(zhuǎn)扭矩7.4 kN·m)，釋放扭矩回38 r;③上提懸重至950 kN下放至850 kN反轉(zhuǎn)倒扣(停泵原懸重840 kN)，反轉(zhuǎn)40 r，扭矩15.2 kN·m，釋放扭矩回40 r，倒扣3次未成功，活動(dòng)震擊旋轉(zhuǎn)倒扣解卡，活動(dòng)范圍750～1 350 kN，震擊器在1 140～1 160 kN工作42次，解卡無效，活動(dòng)管柱后上提至850 kN反轉(zhuǎn)倒扣，反轉(zhuǎn)45 r時(shí)扭矩突然釋放，倒扣成功，最大倒扣扭矩18.1 kN·m,上提懸重?zé)o明顯變化，開泵驗(yàn)證憋壓16 MPa壓降緩慢，撈獲射孔槍?127 mm×4.15 m，射孔槍外表面有明顯磨痕。

打撈過程中入魚困難，倒扣扭矩大，分析環(huán)空內(nèi)雜物較多，射孔槍砂埋嚴(yán)重，變更方案采用套銑打撈。

2. 套銑配合高強(qiáng)度母錐打撈

(1)套銑管柱組合。?148 mm×?130 mm硬質(zhì)合金套銑鞋+?147 mm×?130 mm套銑管1根+?128 mm安全接頭+?140 mm撈杯1只+?120.7 mm鉆鋌9根+?88.9 mm反扣鉆桿。

(2)套銑過程。井段4 740.59～4 745.19 m,進(jìn)尺4.6 m,鉆壓5～10 kN，轉(zhuǎn)速40 r/min，扭矩7.5～7.8 kN·m(空轉(zhuǎn)扭矩為7.5 kN·m),泵壓13.5～13.9 MPa,排量6～7 L/s，鉆井液密度1.80 g/cm3，出口返出垢、砂及少量鐵屑。

(3)打撈管柱組合。?148 mm高強(qiáng)度反扣銑齒

母錐(打撈范圍?80 mm～?130 mm)+?121 mm安全接頭+?120.7 mm鉆鋌1根+?120.7 mm超級(jí)震擊器+?120.7 mm鉆鋌8根+?88.9 mm反扣鉆桿。

(4)打撈過程。開泵開轉(zhuǎn)盤引魚至井深4 743.6 m遇阻，逐漸加壓至80 kN，泵壓14 MPa↑19 MPa停泵，釋放扭矩回15 r；反轉(zhuǎn)造扣40 r，扭矩14.3 kN·m(空轉(zhuǎn)扭矩7.4 kN·m)，釋放扭矩回35 r；上提懸重至920 kN下放至840 kN反轉(zhuǎn)倒扣(停泵原懸重840 kN)，反轉(zhuǎn)45 r，扭矩16.2 kN·m，扭矩突然釋放，倒扣成功，開泵驗(yàn)證憋壓16 MPa壓降緩慢，撈獲射孔槍?127 mm×3.15 m。

在確定射孔槍砂埋嚴(yán)重的情況后，基本通過重復(fù)“套銑+打撈”的操作，最終撈獲射孔槍29根，露出有效射孔段52.8 m。因限于時(shí)間與成本的關(guān)系，綜合考慮已具備完井條件，停止撈槍。

四、結(jié)論及建議

(1)優(yōu)質(zhì)的鉆井液性能是安全高效完成高壓氣井修井作業(yè)的保障。

(2)科學(xué)靈活選用工具與精準(zhǔn)控制磨、銑、撈等參數(shù)是安全、高效處理井下復(fù)雜的關(guān)鍵所在。

(3)針對(duì)迪那氣田高壓深井的射孔槍的結(jié)構(gòu)、井內(nèi)狀態(tài)、打撈難點(diǎn)分析，通過鉆井液體系優(yōu)選、工具優(yōu)選與改進(jìn)、關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化等技術(shù)與措施，研究形成了高壓深井打撈射孔槍工藝技術(shù)，可推廣應(yīng)用于塔里木高壓氣田。

(4)射孔完井一體化管柱給后期修井增加難度，射孔槍砂埋后處理難度大、周期長(zhǎng)，成本高，極易出現(xiàn)次生復(fù)雜，建議改為全通徑射孔。