塔里木油田典型小井眼卡鉆事故處理與分析

范忠平

中國石油塔里木油田分公司 工程監(jiān)督中心 （新疆 庫爾勒 841000）

塔里木油田典型小井眼卡鉆事故處理與分析

范忠平

中國石油塔里木油田分公司 工程監(jiān)督中心 （新疆 庫爾勒 841000）

塔里木油田小井眼卡鉆事故在鉆井和井下試油作業(yè)過程中時有發(fā)生，處理難度很大。介紹了小井眼卡鉆處理程序與技術(shù)難點，描述YTK5-1井、HD18-1H井事故處理過程，分析小井眼卡鉆事故發(fā)生原因，并提出相應(yīng)的建議。

小井眼 卡鉆 塔里木油田

塔里木油田在鉆井作業(yè)中常見到的井身結(jié)構(gòu)是330.2mm、228.6mm、127mm（13″、9″、5″）：采用 444.5 mm（172?″）鉆頭鉆表層，下入 339.7mm(138″)套管固井；采用 311.15mm(124?″)鉆頭二開,下入 244.5mm(98″)套管，采用 215.9mm(82?″)鉆頭鉆完設(shè)計井深，下入139.7mm(52?")套管注水泥封固井完井。一些特殊地區(qū)，因地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，易垮、易漏、易噴還需增加一層技術(shù)套管，因此便出現(xiàn)了330.2mm、228.6mm、177.8mm、127mm(13″、9″、7″、5″)的井身結(jié)構(gòu)，三開鉆達設(shè)計井深后下入177.8mm(7″)技術(shù)套管固井，四開鉆用149.2mm(58″)鉆頭鉆完設(shè)計井深，下入127mm(5″)或 114.3mm(42?″)套管。 通常把四開這一段井眼稱為小井眼，因為在鉆井行業(yè)中普遍采用215.9mm（82?″）鉆頭鉆完設(shè)計井深，而因地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜和設(shè)備載荷能力有限時，選用小于215.9mm(82?″)的鉆頭打出來的進尺均稱為小井眼；同時也把下入127mm(5″)或 114.3mm(42?″) 套管油井的固井、測井、試油等工作，稱為小井眼作業(yè)。

小井眼鉆井和井下試油作業(yè)都是在套管內(nèi)部進行的，其套管直徑一般為177.8mm(7″)、139.7mm(5 2?″)、127mm(5″)和 114.3mm(42?″)，套管內(nèi)徑的大小隨其尺寸和壁厚的變化而變化，而且下入深度并不連續(xù)，大小井眼普遍存在。由于大小井眼的存在給鉆井和試油作業(yè)帶來一定的難度，較一種尺寸的套管難度要大。其特點表現(xiàn)在3個方面：一是鉆柱和作業(yè)管柱復(fù)雜，需采用復(fù)合型鉆柱和作業(yè)管柱；二是洗井排量不好控制，大井眼內(nèi)存在泥漿上返速度低的問題，破碎的鉆屑、鐵屑和固相顆粒難以返出井筒；三是在停泵狀態(tài)下鉆屑、鐵屑和固相顆粒沉淀，造成起鉆遇卡、下鉆遇阻和堵塞工具水眼的復(fù)雜情況發(fā)生；嚴(yán)重情況下會發(fā)生卡鉆，這種卡鉆稱之為小井眼卡鉆。

小井眼和小井眼井身結(jié)構(gòu)是根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、油層深度和設(shè)備載荷能力而設(shè)計的。地質(zhì)構(gòu)造越復(fù)雜、油層埋藏越深、套管層次就會越多；層次越多井眼孔徑就會越來越小，鉆井和井下試油作業(yè)的難度就越大、卡鉆幾率就越多；一旦忽略某個生產(chǎn)環(huán)節(jié)便會發(fā)生卡鉆事故。

1 小井眼卡鉆處理程序與技術(shù)難點

1.1 小井眼卡鉆處理程序

①對卡點井深不明確的井必須測卡；②采用爆炸松扣、鎂粉切割，以及原鉆具倒扣技術(shù)，起出卡點以上鉆具；③下工具通井調(diào)整洗井液性能；④有條件的井可進行套銑；⑤打撈、震擊；⑥倒扣；⑦鉆磨；⑧回填側(cè)鉆；⑨報廢重鉆。

1.2 小井眼卡鉆處理的技術(shù)難點

1.2.1 深井超深井，數(shù)量多、井眼深、卡鉆幾率高

塔里木盆地石油勘探開發(fā)的目的層大多為奧陶系和寒武系碳酸鹽巖儲層。位于奧陶系碳酸鹽巖儲層的油氣井，平均完鉆井深6 415m；位于寒武系碳酸鹽巖儲層的油氣探井,完鉆井深大多超過7 000m。塔里木盆地油氣井普遍都是深井超深井，不管是三開井，四開井，還是五開井，普遍都存在小井眼作業(yè)。加上小井眼作業(yè)三大特點的影響，井下復(fù)雜，嚴(yán)重時便會發(fā)生卡鉆。小井眼卡鉆事故在鉆井作業(yè)和井下試油作業(yè)過程中時有發(fā)生，尤其是在完井作業(yè)井下試油作業(yè)過程中，發(fā)生小井眼卡鉆事故屢見不鮮，卡鉆處理情況見表1。

1.2.2 鉆具小，工具小，井下事故處理手段少、難度大

小井眼事故處理起來非常棘手，處理效果大多不太理想，因為沒合適的工具，多口井被迫填井側(cè)鉆。因為小井眼卡鉆后涉及的不利因素很多，如入井管柱尺寸復(fù)雜、外徑大、內(nèi)徑小，外受井眼環(huán)空限制、內(nèi)受打撈工具尺寸限制，導(dǎo)致打撈工具不匹配只能采用常規(guī)的爆炸松扣技術(shù)、鉆具倒扣技術(shù)；而這些技術(shù)不能達到徹底解除事故的效果。

表1 典型的小井眼卡鉆處理統(tǒng)計

1.2.3 泵壓高，增加井下復(fù)雜

塔里木山前構(gòu)造井以及氣源井，超深、高密度、多套復(fù)合鹽層、鹽膏層，鉆井作業(yè)相當(dāng)困難。山前構(gòu)造井秋南1井從3 989m鉆遇入復(fù)合鹽層至井深6 900m鉆遇多套復(fù)合鹽層、鹽膏層，井眼蠕變縮徑現(xiàn)象嚴(yán)重，鉆進時扭矩變化大，往往正常鉆進時突然增大而蹩停頂驅(qū)，上提遇卡噸位高達900～1 000kN，井下情況復(fù)雜。主要措施是工程抑制、工藝處理相結(jié)合的手段處理鹽層縮徑問題，工程抑制主要是適當(dāng)提高泥漿密度至2.25～2.28g/cm3，增大井底壓力抑制鹽巖縮徑，減小鹽層蠕變速度，從而出現(xiàn)高溫高壓高密度小井眼高泵壓。

1.2.4 花費時間長，費用高，風(fēng)險大，成功率低

由于受到井深、井眼內(nèi)環(huán)空間隙、落魚本身強度以及打撈管柱和工具強度的限制和影響，深井小井眼事故處理難度和風(fēng)險都很大，稍有不慎，可能造成事故復(fù)雜，甚至可能導(dǎo)致該井報廢。有一些事故井處理時間和費用比重打一口井的花費時間要長、費用要高，因此就有一些事故井放棄下部處理、采取回填側(cè)鉆，也有的直接采取報廢重來的處理方法。

1.3 典型小井眼卡鉆事故處理

1.3.1 YTK5-1井

YTK5-1井是一口長裸眼穿1/2開發(fā)實驗井，設(shè)計井深5 400m。該井一開444.5mm(172?″)鉆頭鉆至井深 55m，339.7mm(138″)套管下深 55.22m。 二開311.15mm(124?″)鉆頭鉆至井深 1 607m,244.78mm(98″)套管下深 1 607m。 三開 215.9mm(82?″)鉆頭鉆至井深 5 255m，177.8mm(7″)套管下深 5 252m。 用149.2mm(58″)鉆頭鉆 177.8mm(7″)套管內(nèi)水泥塞及附件至井深5 253 m發(fā)生卡鉆；歷經(jīng)185d處理，三次套管開窗失敗，最終導(dǎo)致報廢。

1.3.2 HD18-1H井

HD18-1H井為一口水平開發(fā)井，完鉆井深5 674m，油層套管下深5 670m，井身結(jié)構(gòu)見圖1。該井在鉆139mm套管水泥塞時發(fā)生卡鉆事故。鉆塞至5 604m，鉆時變慢，鉆至5 606 m，鉆時變快，承托環(huán)鉆穿，鉆承托環(huán)共用時4.5h。在5 604m位置上下來回活動3次，無任何掛卡現(xiàn)象；鉆塞至5 657m，鉆塞完，循環(huán)2.5h，振動篩返砂量明顯減少，開始起鉆。起鉆至5 608m遇卡。從5 608m一直采取倒劃眼措施,扭矩一直偏大，倒劃眼無效，卡點上移至5 607m。在倒劃眼過程中，鉆具只能在5 607～5 616m上下活動，上提遇卡和下放遇阻。

該井處理事故共計6個月，其間經(jīng)過95次起下鉆，在后期處理至5 179m時，采取下高效磨鞋、銑錐工具，但均在該位置遇阻，事故處理無進展。該井在處理事故過程中從井下返出大量鋼鐵殘片，其中含有套管螺紋殘片。事故處理結(jié)果表明，在5 180m附近，鉆具遇阻難以通過。銑鞋和磨鞋失效形態(tài)特征和井下返出的殘片形態(tài)特征表明，5 180m處魚頂為套管螺紋。該井最終打水泥塞（392～605m），工程報廢。

1.4 小井眼卡鉆事故分析

1.4.1 鉆井作業(yè)過程中小井眼卡鉆原因

①鉆井液密度高、黏度高、失水量大和切力大，造成壓差卡鉆；②鉆井液密度偏小，地層應(yīng)力釋放造成縮徑卡鉆；③井漏、井垮發(fā)生沉沙卡鉆；④鹽層蠕變和鹽屑結(jié)晶發(fā)生鹽巖卡鉆；⑤上部大井眼內(nèi)泥漿上返速度低，破碎的鉆屑、鐵屑和固相顆粒難以返出井筒，在停泵時鉆屑、鐵屑和固相顆粒沉淀，造成起鉆遇卡；⑥井口落物造成卡鉆等。

1.4.2 井下試油作業(yè)過程中小井眼卡鉆原因

①作業(yè)管柱及磨銑工具匹配不合理，如鉆水泥塞時采用的鉆磨工具直徑偏小而鉆鋌直徑偏大導(dǎo)致水泥環(huán)厚度大、環(huán)形間隙小、泥漿流動通道狹窄留下事故隱患；②泵入排量小，泥漿上返速度低，破碎的鉆屑、鐵屑不能返出井筒，滯留在大小井徑處留下事故隱患；③刮壁、通徑程序不到位，簡化施工步驟，在刮壁通徑作業(yè)過程中卡鉆；④井漏、鉆井液失返，鉆屑、鐵屑沉淀卡鉆；⑤測試作業(yè)時封隔器不解封卡鉆；⑥井口落物造成卡鉆等；⑦鹽膏層巖性蠕變引起套管變形；⑧套管脫扣導(dǎo)致固井事故。

1.4.3 小井眼卡鉆預(yù)防

①根據(jù)鉆井和試油工程設(shè)計，合理配備鉆具組合并配制足夠數(shù)量鉆井液或洗井液；②起下作業(yè)注意防止阻卡，起鉆遇卡往下壓、下鉆遇阻向上拔，開泵循環(huán)倒劃眼、控制扭矩反復(fù)劃；③鉆井作業(yè)若鉆遇大段鹽層或試油作業(yè)鉆大段水泥塞，均應(yīng)執(zhí)行相關(guān)措施，加強劃眼預(yù)防卡鉆；④鉆遇漏層時應(yīng)立即把鉆柱提離井底并起到安全井段配制堵漏漿注入堵漏，漏速小時也可采取隨鉆堵漏措施預(yù)防卡鉆；⑤測試作業(yè)前應(yīng)作好井眼準(zhǔn)備，并嚴(yán)格檢查測試工具、搞好摸擬通井工作，防止封隔器不解封造成卡鉆。

2 結(jié)論與探討

（1）防止套管內(nèi)事故，應(yīng)從2個方面做起：其一，防止井下落物，杜絕落物卡鉆；其二，鉆水泥塞要嚴(yán)防卡鉆。

（2）小井眼、長裸眼、小排量、高泵壓井，施工難度很大，鉆具、工具在使用上確保鉆具和井下安全，施工中盡量簡化鉆具組合，定期進行鉆具倒換和探傷。

（3）鉆塞和鉆磨時應(yīng)優(yōu)選合理的鉆具組合、鉆磨參數(shù)、洗井液性能，保證攜砂能力滿足井下安全要求。

（4）磨銑產(chǎn)生的鐵屑和鐵片比較多，絕大部分吸附在鉆具和套管上，下鉆時它們隨泥漿進入鉆具內(nèi)，堵塞水眼；需考慮消除這些鐵屑和鐵片對處理事故的不利影響。

（5）用小鉆桿處理井下事故，鉆臺上反應(yīng)不太明顯，地面判斷比較困難；倒換鉆具放入誤差比較大，計算放入時應(yīng)考慮鉆具伸長的影響。

（6）超深井打撈對生產(chǎn)組織、裝備、工具、鉆井液性能等要求極為苛刻，在處理工藝上要嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)，否則極易造成事故進一步復(fù)雜。

[1]萬仁溥,羅英俊.采油技術(shù)手冊 第五分冊[M].北京:石油化學(xué)工業(yè)出版社，1977：78.

[2]聶海光,王新河.油氣田井下作業(yè)修井工程[M].北京:石油工業(yè)出版社，2002：227.

[3]郭偉，孫樹強，楊偉.井下作業(yè)[M].北京:石油工業(yè)出版社，2006:36.

The pipe-stuck accidents in slim holes frequently occurred in the drilling and oil-testing process,and it is very difficult to treat the accidents.The treatment program and technical difficulties are proposed.The pipe-stuck treatment process of YTK5-1,HD18-1H wells is presented.The causes leading to the pipe-stuck accidents in slim holes are analyzed,and some prevention measures are proposed.

slim hole;pipe stuck;Tarim Oilfiel

范忠平(1964-),男，鉆井工程師，石油工程鉆井監(jiān)督，長期從事鉆井現(xiàn)場工作，先后在塔里木油田中原鉆井公司技術(shù)項目部、塔河油田工程監(jiān)督中心、塔里木油田工程監(jiān)督中心工作。

尉立崗

2012-09-10▌