水平井、深井打撈作業難點及技術發展方向研究

劉世巖 張中興 丁繼文 白鵬 王宇

中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司 天津 300452

海上油田以渤海油田為例，目前水平井、深井在油氣水井總量中占比22%；陸地油田以新疆塔里木油田為例，平均井深在7000m左右；海外油田以伊拉克米桑油田為例，平均井深在4000m左右，均屬于深井。應用水平井、超深井這類井型是未來油氣田勘探開發的趨勢。本文總結歸納了這類井型在打撈作業期間存在的作業難題和技術瓶頸，并通過打撈技術及配套工具的創新研究，解決相應難題。

1 水平井、深井/超深井定義

1.1 水平井定義

水平井是指最大井斜角達到或接近90°（一般不小于86°），并在目的層中維持一定長度水平井段的特殊井。有時為了某種特殊的需要，井斜角可以超過90。一般來說，水平井適用于薄的油氣層或裂縫性油氣藏，目的在于增大油氣層的裸露面積。

1.2 深井、超深井定義

深井，是指完鉆井深為4000～6000 m的井；超深井是指完鉆井深為6000 m以上的井。

水平井、深井、超深井技術，是勘探和開發深部油氣等資源必不可少的關鍵技術，每年完成的水平井、深井、超深井比例逐漸增加。

2 水平井、深井/超深井打撈作業難點

（1）井口懸重及空轉扭矩高，而修井機設備能力或鉆具強度有限，操作空間小。

目前海上常用修井機的提升載荷有90t、135t、180t三種，其他參數詳見表1。

表1 海上常用修井機型號及參數

以海上某井為例，該井井深4075m，最大井斜45.73°，修井機型號HXJ135，使用3-1/2"鉆桿（優類、鋼級S135、磅級13.3lb/ft，抗拉強度170t、抗扭強度35.1kN·m）進行打撈作業，井口測上提/下放懸重為105/52t，空轉扭矩19-21kN·m。

通過上述案例可以看出，不考慮修井機及鉆具的安全余量，極限情況下打撈作業最大過提拉力30t，作業扭矩14kN·m，可見深井/超深井中打撈作業操作空間小。

（2）井筒摩阻大，導致地面施加的拉力、扭矩向下傳遞困難，超過鉆具/工具抗扭強度而發生事故[1]。

上述案例中，井口測上提/下放懸重差值53t，說明井筒摩阻很大，實際作業過程中，地面施加的拉力和扭矩向下傳遞困難，并且傳遞到魚頂位置的拉力和扭矩值無法準確控制，導致打撈工具損壞，如圖1所示。

圖1 倒扣撈矛矛瓦斷裂

（3）受井筒摩阻及“鐘擺力”等因素影響，作業時同一趟鉆的提放懸重多次出現變化，并且相差較大，因此無法通過懸重、方入、扭矩等參數變化準確判斷打撈結果，導致空鉆[2]。

（4）鉆具旋轉時產生軸向竄動，導致切割工具狀態不穩定，造成刀片損壞、無法割開，如圖2所示。

圖2 管柱軸向竄動導致割刀刀尖繃斷，割口軸向磨薄但未完全割斷

因此在打撈作業中，一旦出現上述問題，必將導致作業工期延長，作業成本增加，如果處理不當甚至會導致作業終止、井眼報廢。

3 液壓打撈工藝及配套工具研究

根據多年打撈經驗沉淀，特別是以創新提出的“地面→井下、機械→液壓、旋轉→提放”核心研究思路為基礎，可以研究出一套突破水平井、深井打撈作業瓶頸的液壓打撈工藝，并設計出配套的液壓打撈、切割工具，最終解決行業“卡脖子”的技術難題。液壓打撈工藝主要包括以下幾方面：

3.1 液壓增力工藝研究

研制液壓增力系統（結構如圖3所示），將傳統由修井機施加拉力變為在井下魚頂以上由液壓增力系統直接輸出拉力，可有效避免井筒摩阻大、修井機設備能力或鉆具抗拉強度的影響和限制；目前已有7”、9-5/8”、13-3/8”套管內使用的液壓增力系統，并已在渤海油田成功應用30余井次。

圖3 液壓增力系統整體構成

3.2 液壓打撈工藝研究

3.2.1 液壓脫手撈矛、液壓可退式撈筒研制

改變傳統可退式撈矛及可退式卡瓦撈筒的脫手方式，由機械旋轉脫手結構變為液壓上提脫手結構，并且脫手前后有明顯壓力變化顯示，可以準確判斷工具是否撈獲落魚狀態；一方面，可以解決水平井、大位移井、超深井地面空轉扭矩大、扭矩向下傳遞困難而導致旋轉機械脫手困難的問題；另一方面，可在常規修井作業中，使用油管攜帶傳統撈筒/撈矛打撈時，存在旋轉脫手困難的問題，因此需要動員鉆桿配合打撈；液壓脫手撈矛/撈筒（結構如圖4、圖5所示）能有效解決該問題，實現與油管配合使用也能快速脫手，避免額外動員鉆桿，降低修井作業成本。

圖4 液壓可退式撈筒示意圖

圖5 液壓脫手撈矛示意圖

3.2.2 液壓一把抓研制

傳統一把抓工具的指形爪需要通過旋轉下壓的方式才能閉合打撈，并且指形抓閉合方向隨機不固定，而液壓一把抓（結構如圖6所示）則是通過液壓推動指形爪延導向結構形變，從而完成穩定閉合打撈，無需旋轉，打撈更簡單可靠；目前已在渤海油田成功應用，如圖7所示。

圖6 液壓一把抓結構示意圖

圖7 液壓一把抓工作后實物圖

3.3 液壓錨定油管切割工藝研制

采用小尺寸鉆具輸送，通過液壓馬達，為液控油管割刀提供旋轉扭矩，并且增加液壓錨定裝置（結構如圖8所示），避免管柱軸向竄動，實現水平井段油管的穩定高效切割。一方面，解決管柱軸向竄動導致刀片損耗的問題；另一方面，解決連續油管切割技術存在的設備多、費用高、作業風險大以及部分井況無法使用等問題。

圖8 液壓錨定油管切割工具總成示意圖

4 結束語

液壓增力系統實現了“地面→井下”的核心設計思路，目前已在現場廣泛應用，有效解決了水平井、深井井筒摩阻大、地面施加拉力受限、向下傳遞困難的難題，顯著提高了落魚解卡成功率。

液壓一把抓實現了“機械→液壓、旋轉→提放”的核心設計思路，已成功應用于打撈落井鉆頭牙輪、電纜護罩等小件落物，指形抓閉合穩定，打撈成功率達90%以上。

液壓脫手撈矛及液壓可退式撈筒實現了“機械→液壓、旋轉→提放”的核心設計思路，并且國內外之前沒有類似的打撈工具，因此這兩種工具填補了液壓打撈技術空白。

液壓錨定油管切割工具實現了“地面→井下、機械→液壓”的核心設計思路，實現了水平段穩定高效切割，在部分井況，取代連續油管輸送切割技術。