超深井封隔器故障因素及處理技術(shù)研究

高定祥，劉 磊，孔祥云

（中石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆烏魯木齊830011）

超深井封隔器故障因素及處理技術(shù)研究

高定祥*，劉 磊，孔祥云

（中石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆烏魯木齊830011）

分公司近年來在酸壓完井以及后期修井作業(yè)過程中，封隔器常出現(xiàn)失封和解封遇卡等封隔器故障，針對(duì)解封失敗故障井處理，后常進(jìn)行倒扣或切割形成井筒落魚轉(zhuǎn)大修作業(yè)復(fù)雜事故。通過對(duì)歷年封隔器應(yīng)用效果及事故分析，研究不同類型封隔器事故影響因素，為后期措施封隔器選型提供指導(dǎo)，總結(jié)歷年處理經(jīng)驗(yàn)，引進(jìn)處理封隔器新工藝和新技術(shù)，提高事故處理效率，避免二次事故，減少作業(yè)周期及費(fèi)用，形成超深井封隔器事故治理技術(shù)系列。

封隔器；原因分析；解封失敗；處理技術(shù)

西北油田分公司70%油氣井要采用封隔器壓裂完井，且封隔器坐封位置普遍較深，因封隔器膠筒老化、井筒腐蝕、結(jié)垢、井壁坍塌、套管縮徑變形等因素頻繁導(dǎo)致解封失敗。從2008年至今，共計(jì)有78口井因封隔器不能解封而進(jìn)行倒扣或切割形成井筒落魚轉(zhuǎn)大修作業(yè)，有的封隔器在高噸位解封過程中出現(xiàn)油管拉斷，形成多落魚井筒復(fù)雜事故，導(dǎo)致作業(yè)周期延長(zhǎng)，風(fēng)險(xiǎn)增加，單井平均作業(yè)成本增加3～10倍，平均每年因封隔器形成落魚的大修作業(yè)費(fèi)用在3000多萬元。

本文通過對(duì)歷年封隔器應(yīng)用效果及后期事故分析，研究不同封隔器事故影響因素，為后期措施封隔器選型提供指導(dǎo)，總結(jié)歷年處理經(jīng)驗(yàn)，引進(jìn)處理封隔器的新工藝和新技術(shù)，提高事故處理效率，避免二次事故率高，減少作業(yè)周期，降低單井作業(yè)費(fèi)用，形成超深井封隔器事故治理技術(shù)系列，防止封隔器事故發(fā)生并降低后期作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

1 塔河油田封隔器應(yīng)用及事故現(xiàn)狀

塔河油田溶洞型油藏通常采取裸眼完井，尤其對(duì)多油層和多壓力體系的奧陶系油層，完井過程中通常選用帶封隔器特殊管柱結(jié)構(gòu)分層封隔、逐級(jí)開發(fā)，另外封隔器也常用于作業(yè)管柱及生產(chǎn)管柱中，如腐蝕嚴(yán)重情況下采用封隔器配合保護(hù)液進(jìn)行套管防腐，大型酸壓過程中防止套管被脹裂等。截止目前分公司入井封隔器共計(jì)840口，其中包括套管封隔器653口，裸眼封隔器187口，常用的套管封隔器類型有Y211、RTTS、 PHP-MCHR、MCHR、RH、Y241；常用的裸眼封隔器類型有Y344、PIP、PDP等。

目前封隔器事故主要表現(xiàn)為施工中膠筒失效、套管封隔器解封失敗、裸眼封隔器遇阻等3個(gè)方面。根據(jù)2008年以來封隔器本體起出但膠筒或卡瓦落井的共有203口，未能成功解封的有78口。封隔器解封失敗占作業(yè)井次的9.8%，套管封隔器解封失敗率為7.3%、裸眼封隔器解封失敗率為16.4%，解封失敗封隔器類型主要集中在PDP、PHP、K344、Y211、PHP-MCHR。塔河油田常用封隔器解卡處理方法包括大力提拉解卡、憋壓解卡、懸吊解卡、沖管解卡、震擊解卡、倒扣套銑解卡等常規(guī)技術(shù)。

2 封隔器事故影響因素研究

2.1 封隔器膠筒失效因數(shù)分析

（1）下鉆過程中刮傷膠筒。井筒套管內(nèi)壁存在水泥渣等附著物，下入封隔器前未經(jīng)過充分刮管處理，封隔器在下至坐封位置前將會(huì)受到頻繁掛卡，導(dǎo)致膠筒劃傷甚至撕裂，引發(fā)封隔器失效。

（2）井壁不規(guī)則導(dǎo)致膠筒損壞。裸眼井段井壁不規(guī)則，如存在大段粗糙井壁或大肚子、大裂縫等，裸眼封隔器下入過程中，長(zhǎng)膠筒往往被粗糙井壁磨損或劃傷，隨后坐封過程中液壓力使得膠筒在大肚子或大裂縫處過度膨脹，進(jìn)而出現(xiàn)膠筒破裂現(xiàn)象，導(dǎo)致坐封或高壓作業(yè)失敗。

（3）溫度的影響。常用封隔器膠筒材料為耐油性能優(yōu)異的丁腈橡膠，丁腈橡膠拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)強(qiáng)度都隨著熱氧老化的進(jìn)程而下降，導(dǎo)致封隔器密封件密封失效。

（4）套損硬性破壞。起下封隔器經(jīng)過套管的破損部位時(shí)，發(fā)生封隔器膠筒與套損部位刮、碰，導(dǎo)致橡膠密封件的整體脫落或部分脫落。

2.2 套管封隔器解封失敗影響因數(shù)分析

（1）封隔器自身的因素。由于封隔器自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)差異性，如果下鉆過程中操作不當(dāng)，上提管柱高度超過防坐封距離，極容易導(dǎo)致封隔器中途坐封。若管柱壓力過大，扶正器、錐體、卡瓦、膠筒不易復(fù)位，易卡鉆。另外，坐封拔距過大造成油管變形、膠筒失去彈性不能收復(fù)而卡鉆。

（2）井筒因素分析。由于井斜的影響，封隔器及封隔器以上管柱的重力增加了管柱與套管壁之間的接觸壓力，從而導(dǎo)致摩擦阻力增大，以致封隔器中途易坐封、頓鉆，造成封隔器損傷、卡鉆；在封隔器解封時(shí)，由于摩擦阻力的原因，井斜增加了解封時(shí)的拉伸載荷，井斜越大、封隔器位置越深，卡鉆的概率就越大；另外套管變形使井筒截面擴(kuò)大、縮小或扭曲，使封隔器不能通過或解封時(shí)受外力作用導(dǎo)致封隔器膠筒不能復(fù)原，卡瓦鑲嵌在套管上，從而引起卡鉆。套損井由于其套管受腐蝕影響，強(qiáng)度降低，易出現(xiàn)套管縮徑變形現(xiàn)象，從而導(dǎo)致卡鉆事故發(fā)生的幾率增大；結(jié)垢一方面減小了環(huán)形空間，使套管內(nèi)表面變得粗糙；另一方面使封隔器卡瓦、軌道表面增厚而導(dǎo)致封隔器解封時(shí)扶正器、錐體、卡瓦不能回位復(fù)原而引起卡鉆。另外，結(jié)垢的同時(shí)也伴隨著腐蝕，使套管變形、破損、封隔器損壞等引起卡鉆。

2.3 裸眼封隔器遇阻影響因數(shù)分析

（1）封隔器膠筒失效導(dǎo)致解封失敗。塔河油田封隔器膠筒在高溫高腐蝕地層條件下極易老化，表現(xiàn)出短時(shí)間內(nèi)膠筒硬化，膠筒失去伸縮性能。封隔器坐封成功后，膠筒能夠保持密封狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)行封隔器解封時(shí)，由于膠筒失去伸縮性而不能回縮，膠筒不能離開井壁，加之膠筒上部沉積物堆積，導(dǎo)致封隔器解封失敗。

（2）裸眼井段坍塌導(dǎo)致封隔器埋卡。封隔器上部地層發(fā)生坍塌后，巖屑掉入井筒，若井筒內(nèi)為機(jī)械式封隔器則巖屑會(huì)堆積于封隔器上部，直接造成管柱及封隔器砂埋，若井筒內(nèi)為壓差式封隔器，由于封隔器膠筒與井眼間隙較小，在大塊巖屑的架橋作用下，同樣會(huì)造成管柱及封隔器砂埋。管柱一旦砂埋，當(dāng)起管柱時(shí)由于砂埋管柱摩阻較大，加之部分封隔器膠筒回收不完全，造成封隔器遇阻嚴(yán)重而表現(xiàn)出解封失敗，形成落魚。

3 封隔器事故處理技術(shù)

3.1 砂埋井酸浸解卡技術(shù)

封隔器酸浸解卡技術(shù)是在發(fā)生封隔器砂卡或輕微砂埋情況下，無法通過上提管柱提出封隔器，但油套連通的情況下，通過管柱擠入酸液并頂替至砂卡井段，利用酸液將砂卡巖屑溶蝕進(jìn)而實(shí)現(xiàn)解卡的處理技術(shù)，多用于裸眼封隔器上部井壁坍塌導(dǎo)致封隔器砂卡及輕微砂埋的處理。如TP315井酸壓完井后，酸壓改造后封隔器上部井段存在一定坍塌，造成K341-138裸眼封隔器砂卡遇阻，反復(fù)活動(dòng)至112t仍未解卡，隨后嘗試注酸解卡封隔器，待井底膠凝酸返到裸眼封隔器位置后關(guān)井充分反應(yīng)，嘗試上提解卡，自原懸重84t開始逐級(jí)上提，上提至112t后突降至76t，上提下放管柱懸重?zé)o變化，封隔器解卡成功。

3.2 倒扣（切割）套銑打撈分段處理技術(shù)

“倒扣（切割）+套銑+打撈”分段處理技術(shù)即對(duì)遇卡帶封隔器落魚實(shí)施三部分分解打撈。首先，針對(duì)卡點(diǎn)（封隔器或大直徑工具附近）上部自由管柱實(shí)施逐級(jí)倒扣或者切割彈一次性切割打撈；其次，針對(duì)卡點(diǎn)位置管柱或者大直徑工具采取套銑筒套銑，盡可能清理掉卡點(diǎn)位置環(huán)空堆積物；最后，采用常規(guī)裸眼管柱型落魚打撈工具打撈剩余落魚。該工藝技術(shù)具備工藝思路清晰、單項(xiàng)工藝技術(shù)成熟、處理事故高效等優(yōu)點(diǎn)。

TH10358井2012年10月份沖砂酸化修井施工，原井管柱上提遇阻嚴(yán)重，采取油管內(nèi)切割形成落魚：半根3-1/2″JC油管+7″水力錨+2-7/8″JC油管28根+ K344-128封隔器+2-7/8″JC油管1根+喇叭口，魚頂深度5907m。后經(jīng)采油測(cè)卡儀測(cè)得卡點(diǎn)深度5902m，卡點(diǎn)位于水力錨（5910m）附近，分析認(rèn)為水力錨為落魚的第一個(gè)卡點(diǎn)，隨后下切割彈至5906m處實(shí)施對(duì)扣切割，成功撈出水力錨及上部管柱，隨后下入第二趟對(duì)扣切割管柱，于6093m處實(shí)施爆炸切割（封隔器6174m），成功撈出水力錨與封隔器之間管柱，再采用套銑筒對(duì)封隔器上部管柱及封隔器本體實(shí)施套銑解卡，多趟打撈撈獲剩余落魚。

3.3 套撈一體化技術(shù)

封隔器套撈一體化處理技術(shù)是在明確封隔器管柱遇卡原因，通過上提懸吊及震擊等不能解卡時(shí)，采用倒扣或切割處理封隔器上部管柱后，加工套銑打撈一體化工具通過套銑頭清理環(huán)空、內(nèi)部的打撈工具抓住落魚，可達(dá)到有效減少工序，增加時(shí)效的目的。

TH12164井轉(zhuǎn)抽解封期間形成落魚，落魚結(jié)構(gòu)：LXY211-146封隔器本體+2-7/8″油管14根+安全丟手1個(gè)+5″PIP裸眼封隔器+2-7/8″油管1根+球座+2-7/8″喇叭口，魚頂:5631.78m，組下套銑打撈一體化工具打撈，套銑進(jìn)尺1.1m，多次調(diào)整位置下放鉆具反轉(zhuǎn)對(duì)扣后活動(dòng)鉆具，上提至130t懸重降至90t，撈獲Y211-146封隔器及14根油管。

4 建議

針對(duì)油田后期開發(fā)過程中封隔器選型及處理提出以下幾點(diǎn)建議：

（1）找漏或后期完井時(shí)，應(yīng)查閱前期作業(yè)井史，坐封時(shí)避開曾經(jīng)磨銑段，防止套管磨損變薄，卡瓦無法回收，導(dǎo)致后期解封困難；

（2）在有封隔器等大直徑工具的復(fù)雜管柱高溫、高壓井作業(yè)中，應(yīng)盡量采用低固相或無固相壓井液，防止固相物沉淀卡管柱；

（3）技術(shù)人員在制定卡封隔器事故處理方案時(shí)要科學(xué)、合理，不要輕易采用硬提、切割、倒扣的方法，盡量減少造成大修的可能或使事故復(fù)雜化。

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TE92

A

1004-5716(2015)01-0027-03

2014-02-17

2014-02-20

高定祥（1986-），男（漢族），江蘇金湖人，助理工程師，現(xiàn)從事井下作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)及管理工作。