中秋102井139.7 mm小井眼封隔器處理實踐與認識

陳飛,徐路,劉汗卿,陳兵,吳鎮江

1.中國石油塔里木油田分公司 安全環保與工程監督中心（新疆 庫爾勒841000）2.中國石油塔里木油田分公司 勘探事業部（新疆 庫爾勒841000）

0 引言

塔里木油田庫車山前地質構造復雜，存在多套必封層，井身結構一般采用127 mm（內徑108 mm）或139.7 mm（內徑115.52 mm）尾管完井，封隔器采用THT永久式封隔器，性能可靠，有效期長[1]。由于管柱完整性、低產或其他原因，一些井需要進行大修作業，更換管柱、解堵，以達到復產目的，因此需要起出井內原管柱及永久式封隔器。小井眼封隔器處理屬于世界性難題，從塔里木油田近幾年小井眼封隔器處理情況來看（時間從開始處理封隔器至起出封隔器下部全部管柱為止），如圖1所示，處理時間最快21天，最慢212天，小井眼封隔器處理仍是困擾塔里木油田修井作業的重大難題。

圖1 塔里木油田近年小井眼封隔器處理時間統計

中秋102井是中秋1號構造上的一口評價井，是中秋1井區第三口試油井，2020年5月，對井段6 191～6 224 m進行完井投產，求產結果未達預期，為了進一步提高儲層動用程度，獲取更高產能，計劃對井段6 236～6 260 m進行補孔作業，采用機械分層進行儲層改造，求取6 191～6 260 m井段產能，獲取溫壓和PVT資料，落實中秋1井區氣藏氣水界面與氣藏規模，因此需要對對井內管柱及139.7 mm THT封隔器進行打撈作業，為下部儲層動用創造井筒條件。本文主要從技術思路、作業過程、效果分析等方面，介紹中秋102井139.7 mm封隔器成功打撈經驗，對小井眼永久式封隔器處理具有重要的借鑒意義。

1 139.7 mm小井眼封隔器處理難點

1）庫車前陸盆地油藏埋藏深（6 000～8 098 m）、壓力高（105～136 MPa）、溫度高（150～188℃）[1]，對井下工具承壓、耐溫以及強度的要求極高。

2）小井眼內作業環空間隙小、卡鉆風險大，工具選型難度大，配套工具少[2-5]。

3）小井眼內作業參數受限，同時易產生次生復雜情況。

4）砂埋情況比較多，處理難度大、耗時長[6-10]。

2 中秋102井139.7 mmTHT封隔器處理實踐

2.1 處理原則及思路

處理原則：“下得去，起得出，有退路”，盡量保證每趟鉆有效率，盡量不考慮倒扣作業，盡量減少井底雜質的產生。

處理思路：先采用新型切割方式鋁粉切割封隔器上提升短節，切斷油管同時建立循環，隨后進行反循環壓井，起出上部管柱，再采用金剛石銑鞋套銑封隔器，可退式撈矛進行打撈封隔器及下部管柱。

2.2 油管切割

傳統處理封隔器及井下管柱的方法：首先采用穿孔彈對封隔器上部管柱進行穿孔，然后進行壓井，隨后再采用切割彈進行油管切割，切割之后上提一定噸位后完成上部管柱與下部管柱分離。本井采用新型切割方式—鋁粉切割，相比傳統切割方式，有以下幾點優勢：屬于非爆品、非化學品、非危險品；無運輸管制要求，可用民航飛機運輸；耐溫最高達260℃，耐壓最高達210 MPa；塔里木在用所有鉆桿及油管都有對應切割工具；工具外徑小，基本不受管柱內徑限制，可應對復雜管柱結構；切口規整不膨脹、不翻卷，不會形成喇叭口；無需壓井，可直接在氣井中切割；可對水平段管柱進行切割或穿孔；實現穿孔、切割一體，節約一趟鉆。

切割原理：徑向割炬（RCT/PTC）井下工具裝有鋁熱劑，在650℃下被點燃，發生劇烈但可控的氧化還原反應，釋放巨大熱量（產生3 300℃的溫度）的同時，產生等離子體，切割工具內壓增加，內壓超過井筒液柱壓力，切割工具滑動套筒就會下滑，打開工具專門設計的噴嘴通道，等離子體通過噴嘴通道，形成徑向聚焦等離子射流，射流在靶管上產生高溫融物，將切割頭附近的管子軟化，生成的氧化鋁類似高速噴砂，最終切斷靶管或在靶管上開孔。

切割工具及井口裝置選擇：本井油壓42 MPa，計算切割位置靜壓力115 MPa，管柱內徑最小59 mm，選擇工具耐壓140 MPa，耐溫260℃，井口防噴裝置采用105 MPa壓力級別。

設計切割位置：封隔器器上部提升短節（88.9 mm×6.45 mm油管）中下部，盡量靠近封隔器。

切割過程及效果：點火切割理論位置6 125.45 m（距封隔器39 cm），油壓由42.101 MPa下降到36.398 MPa，套壓由33.494 MPa上升到35.515 MPa；起出上提升短節長度為42 cm，距封隔器81 cm，較理論切割點高出42 cm，切割端面切口較為齊整，無擴徑，后期無需修整魚頭，管體內外壁及接箍有明顯灼燒痕跡，如圖2所示。

圖2 起出的上提升短節現場圖

2.3 處理封隔器及下部管柱

THT坐封機理為當壓力作用在活塞上時，坐封銷釘剪斷，一、二級活塞逐級向上運動，活塞推動下卡瓦和楔形塊整體上移，當達到最小坐封壓力時，上卡瓦錨定，膠筒充分膨脹后，下卡瓦鎖定位移，完全坐封，理論上，只需將封隔器上卡瓦破壞即可實現封隔器解封。

2.3.1 封隔器處理思路及風險

井筒基礎數據：139.7 mm尾管，內徑115.52 mm。

井下落魚基礎數據：井下殘留上提升短節長810 mm，外徑88.9 mm；封隔器頂至上卡瓦底長460 mm，封隔器外徑110.74 mm，內徑58.62 mm。

處理思路：采用特殊設計的金剛石銑鞋進行套銑封隔器，隨后使用可退式撈矛進行封隔器及下部管柱打撈。

風險：①套銑過程中可能產生大塊金屬片，由于環空間隙極小（2.39 mm），極易造成卡鉆；②小井眼適用打撈工具少，施工參數控制難度大，控制不當極易造成井下復雜；③套銑至封隔器膠筒后，可能存在圈閉壓力突然釋放，存在井控風險。

2.3.2 處理封隔器過程

1）第一次套銑作業。套銑鉆具組合：Φ112 mm金剛石套銑鞋+Φ110 mm加長筒+Φ108 mm撈杯+Φ 108 mm扶正器+88.9 mm鉆鋌18根+變扣+73.025 mm鉆桿22根+變扣+101.6 mm鉆桿至井口。金剛石套銑鞋為一體式結構，提高銑鞋整體強度，金剛石作為切削材料，增加銑鞋切削能力，銑鞋內部增加切削刃，增強內側套銑能力，設計9個10 mm×10 mm的水槽，可以較好冷卻銑齒及減小托壓。

套銑參數：排量2.9～3.6 L/s，泵壓12～17.5 MPa，轉數46～70 r/min，扭矩2.6～3.6 kN·m，鉆壓45～72 kN。

套銑結果：①以方入計算，套銑進尺為30 cm；以出井套銑筒內壁磨痕計算（105 cm處有環向磨痕），套銑進尺至少有23 cm；以出井“65”字樣的碎片殘體計算判斷套銑進尺至少為32 cm。綜合判斷封隔器上端母扣已套銑完。②返出物存在鐵屑、疑似卡瓦碎片等，但不能確定是否將上卡瓦套銑完。③銑鞋中度磨損（銑齒基本完好，套銑時間26.5 h），套銑筒外壁縱向及周向磨痕，說明鐵屑及碎片在井底不能被攜帶出，重復套銑，后期沒有明顯進尺，第一次套銑結果如圖3所示。

圖3 第一次套銑結果

2）第一次打撈作業。根據綜合判斷套銑進尺至少達到20 cm，封隔器上端母扣的長度為7.6 cm，故判斷母扣已被套銑完，銑鞋齒內徑為90 mm，判斷此時母扣與上提升短節連接處已非常薄弱。通過上趟鉆判斷，提升短節并未偏倒，利于打撈，另外，即便偏倒，撈矛引鞋內徑為57 mm，也能順利進入提升短節（提升短節外徑88.9 mm，139.7 mm尾管內徑115 mm）管內。上提升短節為81 cm，撈矛有效長度為87 cm，不具備一趟鉆直接撈出封隔器及下部管柱的工具條件，同時根據進尺及返出物，不能判斷是否已經套銑掉上卡瓦，同樣也不具備打撈下部封隔器條件，因此，綜合分析，先用可退式撈矛打撈出上提升短節。

套銑鉆具組合：Φ105 mm可退式加長撈矛（裝Φ78 mm矛瓦）+73.025 mm非標鉆桿+變扣+101.6 mm鉆桿至井口。

選擇撈矛原因：①一旦撈獲但上提不能解卡，則可正轉退出撈矛，而公錐若不能解卡則只能從安全接頭出倒出，公錐和安全接頭會滯留井底，使井下情況變得更加復雜；②可退式打撈矛引鞋57 mm，配78 mm瓦，提升短節內徑為74.22 mm，滿足撈矛打撈條件。

打撈過程：接方鉆桿稱重，開泵下探井深至6 125.03 m遇阻20 kN，泵壓由10 MPa上升到11 MPa，反轉3圈，加壓40 kN，上提管柱懸重1 200 kN，加壓65 kN，上提管柱懸重1 250 kN，加壓80 kN，上提管柱懸重1350 kN下降到1 200 kN，繼續上提懸重無明顯變化。

打撈結果：①上提升短節殘體被撈出，3塊封隔器母扣碎片（長8～9 cm，寬2 cm）被帶出，確定封隔器母扣已套銑完；②檢查上提升短節殘體，魚頂往下2 cm開始有明顯套銑的環形磨痕，判斷從此處開始有硬性沉淀物；③地面返出碎片不多，說明魚頂位置附近有不少套銑殘片滯留。出井后撈矛及提升短節殘體實物圖如圖4所示。

圖4 出井后撈矛及提升短節殘體實物

3）第二次套銑作業。套銑鉆具組合：Φ112 mm整體式金剛石銑鞋+Φ108 mm撈杯+Φ108 mm扶正器+88.9 mm鉆鋌24根+變扣+73.025 mm鉆桿16根+變扣+101.6 mm鉆桿至井口。

套銑參數：泵沖3.6～4.3 L/s，泵壓12～21 MPa，轉數50～70 r/min，扭矩2.5～4.3 kN·m，鉆壓30～70 kN。

套銑過程：套銑139.7 mm THT封隔器，套銑4 h后上提下放活動，撈杯打撈2次。套銑井段6 126.14～6 126.44 m，進尺30 cm（期間有快速進尺段），累計套銑進尺60 cm，期間有多次蹩卡，最大一次蹩卡過提管柱100 kN解卡，重復套銑深度在70 cm左右。隨后進行循環，深度6 125 m，泵壓21 MPa，出口返出少量鐵屑及多塊封隔器膠皮，短起下測油氣上竄速度，確認安全后起鉆，確保井控安全。

套銑結果：①檢查銑鞋下部有多道明顯周向、縱向磨痕，銑齒缺失2塊（長30 mm×寬30 mm×厚10 mm），如圖5所示，磨損嚴重（套銑時間為25.5 h），說明碎片在井底難以返出，在井底重復磨銑，頻繁的蹩卡導致銑齒損壞嚴重,；②套銑循環期間出口返出膠皮，撈杯撈獲有卡瓦牙、銅環及本體碎片，說明本次套銑作業封隔器上卡瓦已被破壞，具備打撈條件。

圖5 出井金剛石銑鞋及撈杯撈獲的銅環、卡瓦牙

4）第二次打撈作業。選擇撈矛原因：撈矛可退手，公錐丟手則會將公錐及安全接頭滯留井底；下部管柱在井內浮重為8 kN，撈矛可用抗拉強度為400 kN，強度滿足作業需求；封隔器內徑為58.62 mm，考慮到可能存在的套銑殘留物，引鞋下部鋪焊有合金成引錐，將引錐的外徑改小為55 mm（原來是57 mm），如圖6所示，確保可以順利入魚。

圖6 引錐鋪焊合金的可退式撈矛實物

打撈工具組合：Φ105 mm可退式加長撈矛（配裝Φ61 mm矛瓦）+變扣+73.025 mm非標鉆桿+變扣+101.16 mm鉆桿至井口。

打撈過程：接方鉆桿下打撈管柱至魚頂，開泵沖洗魚頭，下探加壓40 kN，上提管柱懸重由1 250 kN上升到1 350 kN（原懸重1 250 kN），撈獲落魚，繼續上提管柱懸重至1 600 kN未解卡，上提下放活動鉆具8 h解卡，活動范圍1 100～1 650 kN，期間開泵兩次循環沖洗，上提下放活動累計50余次。

打撈結果及分析：①撈獲封隔器殘體及下部全部管柱，實際套銑至封隔器下錐體處，進尺為72 cm；②撈獲后卡鉆的原因是上、下卡瓦碎裂，與銑鞋缺失的銑齒堆積在封隔器上造成；③長時間未解卡如何操作：提吊一定噸位（小于工具抗拉值）；反復上提下放（每次噸位逐漸增加）；若最終還未解卡，則正轉倒出撈矛。

3 中秋102井封隔器處理分析及認識

3.1 建立139.7 mm封隔器打撈程序

根據本井打撈實踐，建立139.7 mm封隔器打撈程序：①鋁粉切割，上部殘留油管應控制在40 cm以下；②壓井；③起出上部油管；④金剛石銑鞋套銑封隔器；⑤下可退式加長撈矛（帶61 mm瓦），打撈封隔器及下部管柱。這一套打撈程序已成功在油田其他井進行了應用，取得不錯效果。

3.2 科學合理的決策

通過精準分析，優化施工方案、一趟一策，加強安全生產管控，僅用202.5 h完成封隔器處理工作，處理封隔器4趟鉆有效率達到100%，對油田類似井封隔器處理具有重要借鑒意義。

3.3 鋁粉切割工具分析

1）優勢及前景：①非爆品、非化學品、非危險品，無運輸/無線電管制要求，可民航飛機運輸；②無特殊存放、使用、廢棄物處理要求；③高溫高壓260℃/210 MPa，所有鉆桿、套管、油管都有對應切割工具；⑤工具外徑小，不受管柱內徑限制，應對復雜管柱結構；⑥切口規整不膨脹、不翻卷，不會形成喇叭口；⑦可在油基、水基、天然氣、干井、特殊井液中切割；⑧與傳統切割相比，可直接建立循環通道，節約一趟鉆，同時切口規整，無需進行魚頭修整作業，利于后期井筒清潔；⑨井口帶壓（＜50 MPa）情況下切割可靠；⑩切割封隔器上卡瓦成為可能，使得套銑作業變得簡單，針對砂埋嚴重的井，可以考慮用鋁粉切割進行分段切割，進行分段打撈。2020年，鋁粉切割已在油田博孜21、中古71、喬探1等多口井進行了應用，大大節約了作業周期，工藝成功率達到100%。

2）缺點及待優化方面：①校深精度以1 m為最小單位，對于1 m左右的短節，由于節箍處信號干擾強烈，精確位置難以判斷；②點火瞬間，快速上升的壓力以及井液流速會產生一個力使切割工具突然向上竄動，從本井實際切割情況來看，PBA平衡錨并未能起到很好的壓力平衡效果，PBA的平衡壓力效果有待進一步驗證；③根據短節外壁及節箍灼燒的情況看，對套管內壁有損傷的概率較大。

3.4 金剛石銑鞋工具分析

金剛石銑鞋首次在山前小井眼中進行應用，取得理想效果，一體化的設計，增加了強度，金剛石作為切削材料，增加銑鞋切削能力，銑鞋內部增加切削刃，增強內側套銑能力，設計9個水槽，可以較好冷卻銑齒及減小托壓。工具分析：①根據使用情況看，若沒有出現明顯的蹩卡，金剛石銑鞋齒使用時間在25 h內是可靠的，出現頻繁的蹩卡對金剛石銑鞋齒有明顯的損傷，蹩卡頻繁會大大縮短銑齒的工作時間；②根據最終的套銑結果來看，金剛石銑鞋可以達到一趟鉆套銑封隔器到位的目的。

3.5 施工參數分析

139.7 mm封隔器套銑施工參數建議：鉆壓控制在20～70 kN，扭矩以鉆具及工具抗扭值為準，盡可能提高排量，泵壓控制在20 MPa以內。由于套銑過程中金屬碎片在井底沉積，致使托壓情況嚴重，在管柱條件允許及不會造成卡鉆的情況下，建議根據施工情況強化施工參數。

3.6 如何判斷是否套銑到位

①是否有快速進尺段—套銑卡瓦牙；②是否有蹩轉盤現象—卡瓦碎片蹩轉盤；③是否有連續不進尺現象—套銑膠筒；④出口是否返出膠皮或卡瓦碎片。

3.7 如何保證封隔器膠筒被套銑后的井控安全

①加強24 h井控設備巡檢，確保井控設備處于完好待命狀態；②做好封隔器膠筒被套銑后圈閉壓力釋放的風險提示，泥漿工按細則要求坐崗，監測好出口，準確核對液量變化，發現異常立即匯報，備足壓井液、重漿及加重材料；③進行短起下測油氣上竄速度，擁有安全起下鉆時間后方可起鉆；④按當前工況鉆臺準備相應的內防噴工具及變扣，內防噴工具及井控裝備按時巡檢，確保正常運轉；⑤按塔里木油田試油井控細則要求，對所涉及的工況開展防噴演習。

4 結論與認識

1）建立了一套以鋁粉切割、金剛石銑鞋套銑、撈矛打撈為主的139.7 mm THT封隔器處理做法。

2）進行封隔器處理必須要做到“一趟一策”“下得去，出得來”，避免產生次生復雜。

3）工具的合理選型、施工參數的精細控制是小井眼封隔器成功處理的保障。

4）鋁粉切割在油田修井、封井作業中具有良好的推廣前景。

5）嚴密謹慎地風險管控措施是封隔器處理安全順利的前提。