深水套管補貼技術在海洋半潛式平臺中的應用

周仁斌(中海油能源發展股份有限公司工程技術湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

下套管作業在石油勘探鉆井中屬于必不可少的一道作業工序，而受限于鉆井工藝技術、現場施工作業及井下地質油藏構造等諸多因素，下套管過程中發生阻卡導致套管無法正常下到設計井深位置的井下復雜情況是比較常見的一種。但是在海洋石油半潛式平臺鉆井作業時常使用水下井口，特別是一些生產井普遍以水平井為主，鉆井作業難度大，一旦遇到上述情況導致套管未正常下到位的情況下，水下井口無法座封密封總成，最終會導致井筒完整性無法滿足鉆完井后續作業要求。而半潛式平臺套管阻卡后無法正常取出的情況下，傳統處理手段耗時時間長，成本高，嚴重時可能導致井眼報廢。文章重點介紹適用于海洋半潛式平臺的深水井口套管補貼技術，為今后處理類似井下事故提供案例和經驗借鑒。

1 深水外補貼技術

深水套管補貼是一種套管外補貼，主要用于對現場施工或生產中出現故障的管串進行回接補貼的有效的補救關鍵工具，是在半潛式平臺作業中處理套管阻卡復雜情況的一種有效手段。傳統的套管補貼工具主要是膨脹管或者波紋管進行常規破損套管修復，而深水補貼工具有別于傳統的套管補貼，主要適應海上半潛式鉆井平臺。該補貼工藝可以滿足從4-1/2″至13-5/8″ 不同尺寸和壓力等級的補貼，且補貼后套管串內徑不變，可以滿足各類井身結構設計需求，不影響后續鉆井施工作業，是處理深水井口故障問題的一種有效的技術方法。

1.1 深水補貼工具原理

深水套管補貼是通過外補貼的方式修復或者重新建立適應井筒完整性屏障的一種補救修復技術。深水補貼管串組合上部為半潛式平臺水下井口配套的套管掛，中部為根據補貼位置配長的套管串，底部為深水補貼工具。深水補貼工具主要由延長筒、密封圈、卡瓦、控制環和引鞋等幾部分構成，其中延長筒是保證原套管進入套管補貼回接筒的有效進入長度，通過密封盤根實現套管整體承壓滿足相應密封要求，卡瓦主要是通過下放抓牢下部管串后，通過過提的方式實現補貼管串和原管串連接貼合成為一體[1]。

1.2 深水補貼工具的優點

深水套管補貼工具相較于傳統套管補貼工具，優點較明顯。可實現一趟式完成水下井口套管補貼和下入密封總成操作，補貼長度可以自行調整。套管補貼工具補貼后管串內徑不縮小，補貼配套工藝成熟，簡單易于操作。套管外補貼工具安裝的密封件可以選擇橡膠或者金屬密封，可根據作業需要進行調整，較靈活，密封能力可根據不同過拉能力實現不同級別的密封。

1.3 深水補貼工具應用背景

深水外補貼工具主要應用于海洋半潛式鉆井平臺，主要應用于以下幾個方向：一是處理半潛式平臺鉆完井作業中套管未下到位的復雜情況；二是處理套管連接位置，如螺紋連接、套管掛密封等連接位置失效等井下器具故障問題；三是處理海洋水下生產系統中因腐蝕導致套管破損等井筒故障問題。針對以上幾種情況，深水補貼技術及工具的應用，可以實現故障/事故處理和井筒完整性恢復，從而滿足后續施工及生產需求。

2 深水套管補貼作業程序及注意事項

深水套管外補貼作業工序主要分為4個步驟，分別為切割打撈回收原套管、修整打磨割口及外壁、回接補貼套管和補貼套管整體承壓測試。各作業步驟中關鍵的技術操作和注意事項具體如下。

2.1 切割回收原套管

(1)半潛式平臺需要進行回接補貼的一般有兩種情況，一種是因為井下復雜情況導致套管下不到位，另一種是因為套管掛或者套管自身的質量原因導致無法實現密封。無論何種情況，套管切割點的選擇都應該綜合固井水泥返高、套管重量及補貼配長等因素。(2)考慮到套管下不到位的情況下，上部套管是處于自由狀態，套管掛可能存在偏斜，可能割斷后無法撈住下部套管，因此割套管和回收套管分兩趟進行，保證成功率。(3)切割刀片選擇：切割套管時不能損壞外層套管，因此選擇的刀片要求安裝割刀限位套，同時選擇合適長度刀片，割刀上部安裝和切割套管尺寸配套的扶正器保證局中度，切割時關注切割參數和控制切割時間，避免切割套管時損壞外層套管。(4)切割過程扭矩限流控制：切割回收套管時注意控制頂驅限流低于切割點以上的所有套管的上扣扭矩(含套管掛)，防止切割過程中從上部倒開。

2.2 修整打磨割口及外壁

切割后的套管割口形狀常呈現不同的狀態，為了保證后續回接補貼管的密封，需要對割口進行打磨處理，對套管外壁進行修整。套管切口處理是否合適，關系到后續補貼作業是否順利、以及是否能實現有效密封，因此處理過程中需做好以下工作[2]。(1)磨銑割口前建議下鉛印至割口位置打印割口形狀，以便確定使用磨鞋的類型和需要磨銑的行程。割口的處理主要通過磨鞋磨銑，磨銑的行程要保證磨銑至無損壞套管位置，套管壁的處理主要通過套管外清刮工具，處理補接處下部套管表面毛刺，確保割口平滑，干凈無毛刺，且是規則的、無變形的。(2)保證割口磨銑進尺，確保套管切口修飾光滑：通過準確的深度記錄確保割口磨銑進尺量；下9-5/8″套管外清刮工具處理補接處下部套管表面毛刺，確保割口平滑，干凈無毛刺，且是規則的、無變形的；從而導入補貼工具時既不破壞其密封，又能起到良好密封作用；出井檢查磨銑工具磨損情況輔助判斷磨銑切口。(3)深度記錄的準確性：井口頭深度、座掛點深度、切割深度及磨銑深度等數據記錄都要求精確，從而保證補貼順利完成，可利用起下抗磨補心鉆具打印、鉆具長度、回收套管長度丈量等多種方式進行數據確認。

2.3 回接補貼套管

(1)加長筒的選擇：補貼器中下部補貼套管需要進入密封襯套和頂部接頭之間的空間，從而保證補貼效果和密封效果，補貼組合時加長筒的選擇主要根據套管配長、割口位置和底部套管過提拉伸量決定，適當增加加長筒的數量，可增加套管魚頂可移動范圍。(2)底部套管引入補貼器及補貼操作：組合下入套管補貼工具，在補接套管頂部3 m左右測上提下放數據，緩慢下放引入魚頂；若無法順利引入，則下壓453.592 kg ，反轉管柱0.5圈嘗試，確認引入魚頂后繼續下壓管柱，確認補接器籃瓦進入魚頂后，繼續下壓管柱，確認魚頂到密封檔環位置后，下壓管柱2 267.96 kg剪切銷釘，繼續下放管柱進行補接，確認補貼工具到位后，拉潮差繩確認深度；上提至中和點，脫手送入工具。(3)補接器的預張力：套管補接器需要在工具上設置一定的預張力，以便卡住卡瓦和更好的密封性能；采用套管撈矛，過提(45 359.2 kg)下部管柱，之后釋放過提懸重，張力轉移到套管補接器上面。

2.4 補貼套管整體承壓測試

對補貼完成后的套管整體、井口密封總成整體進行承壓試壓，測試套管補貼密封是否滿足后續鉆井作業需求。補接成功后試壓時一定要按照梯度緩慢加壓，防止補貼位置密封不到位，從而對外層套管進行試壓[3]。測試的壓力等級需結合套管抗內壓能力、井口壓力級別以及補貼器密封承壓能力三者選取最小值的80%。

3 南海海域某半潛式平臺應用實例

中國南海海域文昌某開發項目使用水下生產系統，鉆井作業期間使用半潛式平臺進行鉆井作業。該開發項目某井12-14″井段中完深度4 342.67 m，下9-5/8″套管至井深4 319 m遇卡，套管未能下到位(口袋長度18.5 m)，導致最終套管掛距離水下井口理論座掛點位置10.66 m，常規處理手段無法實現井口密封和后續生產時井筒完整性保障；后續通過深水套管補貼技術，成功實現了事故處理和后續作業要求。主要是通過固井后脫手套管掛送入工具，下9-5/8″割刀回收套管掛及部分套管，磨銑割口后通過深水套管補貼方式成功實施套管回接，回接后套管內通徑與原套管一致，套管整體承壓能力滿足要求，后續順利完成8-3/8″井段及后續鉆井作業。

3.1 切割回收套管

切割回收套管：組合9-5/8″套管割刀工具下鉆切割9-5/8″套管。本井切割深度選擇233.03 m (水下井口頭以下67 m)，除了考慮套管接箍因素外，還考慮在水泥封固段以上的自由端段切割(水泥返高井口以下200 m)；同時考慮到密封總成正轉脫手時連接補貼工具的套管串可能會一起轉動，導致密封總成和送入工具無法脫手，因此切割深度盡量加深，從而增大摩擦力。切割刀片選擇：為了確保切割9-5/8″套管時不能損壞外層13-3/8″套管，因此本井選擇的刀片需要安裝割刀限位套，同時選擇合適長度刀片，保證割刀完全張開狀態不對外層套管進行損害，同時割刀上部安裝8-1/2″扶正器保證局中度，防止套管割刀偏磨，切割時關注切割參數和控制切割時間進行輔助判斷。

3.2 磨銑和清刮9-5/8″套管

磨銑套管操作：首先下鉛印對割口進行打印，確認割口形狀后再對9-5/8″套管魚頂磨銑修復作業，下11″磨鞋鉆具對割口進行磨銑，磨銑進尺從233.1 m至233.38 m，磨銑參數：907.184～4 535.92 kg，138.255～276.510 kg·m ，累計磨銑5 h，實際磨銑進尺0.28 cm。磨銑期間通過反復拉潮差繩確認進尺深度，結束后掃15 m3稠漿清掃鐵屑。清刮套管外壁操作：組合9-5/8″套管外清刮工具，清刮9-5/8″套管外壁。清刮器引鞋探到魚頂后，緩慢下壓管柱將魚頂引入清刮器，確認引入清刮器后，緩慢下放管柱0.6 m，開始清刮魚頂作業，清刮參數：10～20 r/min，1 m3/min，清刮5 min，停轉，緩慢下放管柱，確認清刮器下放至限位，拉潮差繩確認深度后，進行上下清刮套管外壁作業，清刮結束后，掃稠漿15 m3至返出干凈。

3.3 補接9-5/8″套管

如表1所示，對9-5/8″套管補接操作：組合9-5/8″套管外補貼工具，下入補接管柱到位前測上提/下放懸重72 574.72 kg，開泵450 L/min繼續下至魚頂位置遇阻，上提管柱5 m，反轉管柱0.5圈，繼續下放管柱，順利通過魚頂，泵壓逐級上漲至1.38 MPa ，停泵，打開泄壓閥并保持常開，繼續下放管柱進行補接，確認補接到位，過提9 071.84 kg確認補接器卡瓦有效，對套管內試壓2.07 MPa/5 min，壓力不降，補接合格。下壓11 339.8 kg，正轉鉆具3圈脫手送入工具，繼續正轉鉆具6圈，座封密封總成，關上閘板防噴器，從壓井管線快速打壓至48.26 MPa，鎖緊密封總成；對密封總成試壓：2.07 MPa/5 min，48.26 MPa/15 min，合格。

表1 補貼9-5/8″套管各趟鉆具組合推薦

3.4 拉伸9-5/8″套管

對9-5/8″套管拉伸操作：組合9-5/8″套管撈錨組合，拉伸管柱到位前測上提/下放懸重68 038.8 kg，下放至補接器以下套管10 m，反轉管柱3圈，上提至72 574.72 kg確認撈矛抓住9-5/8″套管，逐級上提至113 398 kg (過提45 359.2 kg)，緩慢下放至68 038.8 kg，補接器以下9-5/8″套管上行0.29 m，補貼套管與下部切割套管補貼完成。正轉管柱3圈，脫手9-5/8″套管可退式撈矛，回收9-5/8″套管可退式撈矛，檢查撈矛正常。

3.5 補貼套管試壓

套管補貼完成后，補貼完成管串整體承壓能力是否滿足后續作業要求，是判斷套管補貼是否成功的最終結果。該井補貼工作完成后，對補貼套管整體試壓操作：關剪切閘板，對9-5/8″補貼套管試壓2.07 MPa/5 min，20.68 MPa/30 min，合格，套管補貼承壓滿足后續鉆井作業需求，補貼作業成功，該井順利完成8-3/8″井段鉆井作業[4]。

4 結語

深水套管補貼技術在南海海域的成功應用，有效解決了使用水下井口的半潛式平臺生產井的下套管阻卡復雜情況，該案例的成功應用，為后續類似問題處理提供了良好的經驗借鑒。(1) 深水套管外補貼工具適用于海洋半潛式平臺，對水下井口類的下套管阻卡事故提供了應對方案和解決措施，可有效解決深水半潛式平臺的井口故障問題。(2) 深水套管外補貼技術可滿足不同尺寸和壓力等級的套管或者井口故障處理，且補貼后套管內徑不變，適應性廣，滿足各類井身結構設計需求。(3) 深水套管補貼技術可以實現一趟式完成套管補貼和下入密封總成作業，補貼長度可以根據需求進行調整，不受工具本身的影響，應用范圍較廣泛。(4) 套管補貼技術整套工序成熟可靠，較傳統半潛式平臺下套管阻卡事故處理方案相比，屬于可行、高效的處理方式。