渤海油田頂部封隔器失效后套銑打撈技術研究

文章編號：1001-3482（2025）04-0064-08

Researchon Millingand Salvage Technologyfor Top Packer FailureinBohaiOilfield

GUO Minglong12，WANG Lizhi3， QI Yanlail2， JIANG Guangpeng （1.TianjinBrchOiad.ajin3059，na;StateKeyboratoryoffsorOilExploitatin 300459，China; 3.CNOOc Energy Technology amp; Services Limited， Tianjin 300459，China）

Abstract：As one of the core components of sand control pipe columns，the top packer is widely used in Bohai Oilfield，but its failureaffects operational eficiency.Forasmall number of wells that have not been able to recover the top packer through specialized tools，miling and salvage operations can effectively remove residual pipe columns underground to ensure subsequent operations.However， there are currently few successul cases of such operations.The engineering background of the failure of the packer in Well A1H of Bohai Oilfield and the practice of milling and salvage operations were introduced.The practical ideas for the mineafterthe packer failure were discussed，and the difficulties and improvement measures in miling operations were summarized. During the operation period，the entire milling process of Well A1H involved two drilling trips，with a total milling time of 19.5 h，a rate of penetration of 40～70r/min ，an additional weight on bit of 50～120kN ，and a milling footage of 1.55 m.By comparing the eficiency of milling operations in typical wells，experience in selecting drilling tools and optimizing driling parameters was proposed.The conclusion shows that the total time required for milling operations is relatively long，and the physical characteristics of diffrent operating parts are the main basis for selecting drilling parameters.In order to achieve a one ^- timecompletion ofmilling operations，it isnecessary to oflexibly adjust the milling parametersin the early stage of drilling to reduce the degree of gear miling wear.By optimizing operation parameters and tool combinations，the efficiency of milling operations can be significantly improved，and riskscan be reduced.The successful implementation of the top packer miling operation can provide references and ideas for subsequent related operations.

Key Words： Bohai Oilfield; top packer; setting failure; milling; salvage

渤海油田是我國重要的海上油氣產區，區塊儲層巖性主要為疏松砂巖，具有易出砂的特性，使得防砂作業在渤海油田的開發過程中尤為重要[1-4]。機械防砂方法因其工況適應性強、機械結構穩定、控砂能力強且持續控砂時間長等優點，成為海上油氣田防砂作業中最常用的措施[2-6]。頂部封隔器作為防砂管柱的核心組件之一，承擔著懸掛篩管、密封管柱內外以及作業后丟手等重要功能，其需要銷釘、卡瓦、芯軸、膠筒等零部件協同工作[6]。在渤海油田日益復雜的作業條件下頂部封隔器的失效問題時有發生，導致現場作業的延滯。

渤海油田的海上鉆井平臺日費高昂且井位有限，頂部封隔器的回收和套銑作業成為處理此類問題的重要手段[8-I]。日益復雜的應用條件以及大量的應用需求，頂部封隔器存在部件損壞從而導致失效的問題時有發生。以渤海油田A區塊為例，在2024年出現頂部封隔器造成的復雜情況3次，主要失效形式包括卡瓦未伸出到位、橡膠破損或未完全漲開、總成滑套工具開關失效以及無法正常脫手或提前脫手等。目前常用的處理方式包括專用工具回收、重新下入頂部封隔器以及套銑打撈作業。套銑打撈作業能夠有效清除井下殘留管柱，但作業周期長、難度大，在渤海油田的應用案例較少。本文以渤海油田A1H井頂部封隔器坐封失效處理案例為研究對象，通過對其作業全過程進行詳細描述，分析了頂部封隔器回收及套銑的作業實踐過程，總結了套銑過程中的難點及改進措施，為后續相關作業提供借鑒依據和思路。

1頂部封隔器

防砂工具在井場的實際應用過程中常按照服務位置分為外層防砂管柱和內層服務工具。頂部封隔器是其中重要組成部分，主要功能為懸掛防砂管柱、分隔下部油氣層與上部油套環空，同時還可以代替沉砂封隔器起承托作用。

頂部封隔器處于外層防砂管柱頂端，屬于壓縮式坐封封隔器，通常采用橡膠作為封隔機構。通過鉆桿下人至設計深度后，依靠管內打壓至設定值后剪切銷釘帶動坐封工具活塞下移壓縮橡膠，使其外徑變大實現密封環空，同時將卡瓦牙向外推出咬緊套管壁，起到密封和懸掛作用[12-13]。該封隔器坐封后可通過專用工具進行解封回收。

1.1 頂部封隔器結構

頂部封隔器主要由坐封機構、鎖緊機構、密封機構、錨定機構和解封機構等組成。目前渤海油田所使用的封隔器根據不同作業井類型和要求，已發展出多廠家、多類型產品，其結構雖有一定差異，但整體工作原理一致。

以典型井A1H井為案例，其入井封隔器如圖1＼～2所示。其主要由導向接頭、坐封套、膠桶、卡瓦牙及鏈接套組成。封隔器利用密封膠筒在套管內的膨脹從而密封井筒與管柱之間的環空空間；卡瓦起咬緊套管壁懸掛固定管柱作用，通過環空打壓剪切銷釘，芯軸帶動上椎體向下移動擠壓卡瓦牙板向外伸咬緊套管內壁。

針對不同防砂方式，如礫石充填井，頂部封隔器與延伸筒、充填滑套、密封筒、定位接箍等組件配合形成封隔器總成，下方連接篩盲管以滿足礫石充填作業需求。

1.2 常見失效類型

頂部封隔器內部存在較多活動件，在大量應用工況和嚴苛的井內條件下不可避免地會有復雜情況出現[14]。渤海油田頂部封隔器常見的失效形式主要包括：卡瓦未伸出到位，未能完全嚙合住套管內壁達到規定懸掛噸位；橡膠破損或未完全漲開，未能形成有效的環空密封；頂部封隔器總成滑套工具開關失效；無法正常脫手或提前脫手。

以渤海油田A區塊為例，2024年累計因頂部封隔器問題造成復雜情況3次，分別是由于人員操作不當、產品設計存在問題、服務工具維護不到位導致。3次復雜情況表現為： ① 操作失誤導致提前坐封； ② 頂部封隔器未成功坐封，球座無法穩壓，環空持續有返出； ③ 環空驗封封隔器驗封時壓力突降，驗封不合格。本文討論服務工具維護不到位失效案例。

1.3 失效處理方式

頂部封隔器為可回收式壓縮封隔器，可通過專用工具解封回收，其關鍵結構如圖3＼～4所示。頂部封隔器坐封失效后，回收頂部封隔器為首選手段2，通過下人專用回收工具上提解封開口環，帶動芯軸和上椎體上移，收回膠筒和卡瓦牙板，進而解封環空空間、上提提活管柱。

在無法回收封隔器，并確認防砂管柱位置正確的情況下，可以重新下人頂部封隔器，利用錨定插入密封與下方頂部封隔器形成完整的環空和管柱內密封，并對防砂管柱進行限位[。對于受防砂要求限制或出于經濟考慮而必須要回收防砂管柱的井，套銑打撈作業是主要的處理方式。通過銑鞋破壞頂部封隔器懸掛和密封件，實現管柱整體解封，進而打撈回收，重新下人防砂管柱[17-20]。

渤海油田A區塊2024年三口頂部封隔器失效井處理優先措施均為下人專用回收工具進行回收作業，其中2口井作業成功，A1H井回收過程中遇阻無法上提，進行了套銑打撈作業，作業順利。因套銑打撈頂部封隔器作業在渤海油田應用案例有限，討論的A1H井頂部封隔器套銑打撈案例，可為后續相關作業提供借鑒思路和參數判斷依據。

2 A1H井應用

2.1 A1H井信息

A1H井是水平套管井，下入Φ244.48mm（9%英寸）

生產套管至 4180m ，最大井斜為 89.6^°/3988.65m 井身結構參數如表1所示。完井方式為套管射孔 + ?139.7mm（5% 英寸）優質篩管礫石充填，射孔段為3 850.8～4 135.7m ，水泥塞面 4153.0m ，設計頂部封隔器坐封深度為 3836.5m 。

井外層防砂管柱下入浮鞋 + 密封筒總成 ?139.7 mm（5% 英寸）優質篩管 +?139.7mm（5% 英寸）盲管 + 防漏失閥 +?139.7mm （5英寸）盲管 + 頂部封隔器總成。

水平套管井防砂作業，防砂作業流程主要包括：① 組下防砂管柱，鉆桿送至設計位置； ② 接頂驅，投入坐封球，接頂驅泥漿泵小排量送球，起壓后階梯式打壓至坐封壓力，穩壓至設計時間后放壓至零： ③ 分別上提、下壓至設計噸位值，確認封隔器卡瓦牙已撐開咬住套管： ④ 管柱內打壓至脫手壓力并穩壓，上提管柱脫手服務工具； ⑤ 上提至頂部封隔器驗封位置，關閉萬能防噴器，環空加壓驗封封隔器膠皮； ⑥ 防砂管線試壓，做正、反循環測試； ⑦ 防砂充填作業。

2.2 作業情況

A1H井防砂作業期間頂部封隔器坐封失效。具體過程為：

1）投球坐封頂部封隔器。該井組下防砂管柱到位后，投入坐封球，逐步打坐封壓力至 28MPa ，坐封頂部封隔器。

2）驗卡瓦。過提 100kN 后，下壓 150kN ，管柱均未出現持續上下行，判斷封隔器卡瓦成功咬緊套管壁并發揮止動效果。

3）脫手服務工具。管柱內打壓 10MPa 穩壓，上提管柱至懸重 970kN （過提 260kN 脫手服務工具成功。

4）驗封封隔器膠圈。在驗封位置環空打壓至10MPa ，壓力突降至 8MPa （正常情況壓力不會下降），壓力下降的同時管柱抖動，管柱懸重由 490kN 上漲至 700kN 。

5）重新驗卡瓦。泄壓后下放管柱探頂部封隔器，頂封深度相比坐封位置下移 0.8m ，且下探管柱，驗證防砂管柱底端已下移至人工井底 4153m 。

2.3 回收過程

A1H井起出防砂服務工具后，通過組下頂部封隔器回收工具，嘗試回收頂部封隔器，未能成功完成回收。具體過程為：

1）初步解封。將回收工具下壓 20kN 進入頂封，上提管柱確認抓住頂封并提活，上提 4m 頂部封隔器卡瓦在套管接箍（深度 3832.5m ）處遇阻。逐漸增加過提至 500kN ，增加下壓至 200kN ，均未放活管柱。

2）正轉。累計正轉5.0圈，上下活動傳遞轉矩， 未能通過卡點。

3）正循環沖洗。泥漿泵正循環 1.03×10³kg/m³ 工作液，排量 1.2m³/min ，泵壓 3.6MPa ，觀察返出正常；停泵上提管柱，仍無法通過卡點。

4）反循環沖洗。泥漿泵反循環 1.03×10³kg/m³ 工作液，排量 0.3m³/min ，泵壓 7.1MPa ，觀察返出正常；上提管柱，過提 500kN ，未能通過卡點。

5）脫手回收工具重新嘗試。正循環沖洗頂 封，排量 1.3m³/min ，泵壓 2.6MPa ，觀察返出正常；停 泵，再次下壓 20kN 插入頂封，繼續下壓 200kN ，上提 管柱至過提 100kN ，仍未能提活管柱，脫手后起鉆。

起出后觀察頂部封隔器回收工具外觀完好，分析原因為頂部封隔器卡瓦牙板未完全收回，與套管接箍掛蹭嚙合導致。

3A1H井套銑打撈作業

封隔器處理對象以永久式生產封隔器、油管攜帶式封隔器處理為主；防砂封隔器一般可使用專用回收工具回收，出現卡鉆的概率較低，相關參考案例少，因此需進行可行性分析，并提前對作業參數進行分析。

3.1套銑打撈可行性分析

頂部封隔器的常用回收方式以磨銑、套銑、PDC 鉆頭破壞等方法，對封隔器坐封機構進行破壞后回 收[9，14-16]。A1H井頂部封隔器總長 2.5m ，其上端面至 卡瓦牙上端為 1.41m 封隔器本體材質為 42CrMo ，卡 瓦材質為20CrMnTi滲碳處理，將封隔器膠筒及卡瓦 牙套銑掉即可解封環空空間。套銑打撈可最大程度 地減少井下殘留物，更有利于該井后續作業

A1H井套銑打撈作業主要存在的風險：1）井斜大，最大井斜 89.6^°/3988.65m ，導致下鉆摩阻大，不易傳遞鉆壓和轉矩。2）頂部封隔器材質較硬，卡瓦材質為20CrMnTi滲碳處理，強度高，套銑難度大。3）封隔器膠皮以及套銑鐵屑堆積，易導致鉆具憋卡。

頂部封隔器套銑作業注意事項如表2所示。

針對作業風險，設計套銑管柱組合為 ?215.9mm 銑鞋（內齒） +?206.3mm 套銑管短節1根 + 頂部接頭 + 撈杯組合 + 強磁刮管器 +?127mm 短鉆桿 +?165.1mm 震擊器 +?165.1mm 鉆鋸 +?127mm 鉆桿。通過震擊器來降低卡鉆風險，鉆鉍確保套銑管柱居中度，打撈杯增強環空碎屑收集能力。使用的 ?215.9mm 長城齒銑鞋如圖5所示。

設計打撈管柱組合為可退式打撈矛（配 ?152.4mm 矛瓦） ?+?127mm 短鉆桿 +?165.1mm 震擊器 +?165.1 mm 鉆 +?127mm 鉆桿。使用的可退式打撈矛如圖6所示。

對于作業方面的相關風險規定了應對措施： ① 下井工具及管柱組合均需要有結構記錄和結構示意圖，并標明各部分尺寸； ② 即使有打撈杯，套銑過程中仍會有鐵屑碎塊返出，因此需要安排專人對返出口取樣，并在返出口放磁鐵，收集鉆屑實時分析判斷井下情況； ③ 起出的銑鞋等專用工具，要詳細檢查并對套銑情況進行分析描述； ④ 中途停泵時，必須上提鉆具，使工具離開落魚位置以防止卡鉆； ⑤ 打撈作業期間，要保護好井口避免小件落魚； ⑥ 撈到落魚后起鉆時禁止旋轉，司鉆操作要平穩，嚴格控制起鉆速度，嚴禁猛提導致抽汲現象，中途若出現遇阻遇卡，嘗試開泵循環工作液，輕提慢放，逐漸活動著起出。

3.2套銑打撈過程

下鉆到位，大排量循環簡易Ezflow完井液（該體系完井液為無固相、有較好攜帶性）沖洗魚頂 15min 后停泵，測管柱上提下放懸重及空轉轉矩（ 20r/min 、7.2～10.6kN?m;40r/min.9.2～12.1kN?m;60r/min ！9.5～12.2kN?m;70r/min.9.6～12.3kN?m） ，緩慢下放管柱探魚頂深度，整個套銑過程共計下入兩趟鉆，總套銑時間 19.5h ，轉速 40～70r/min ，附加鉆壓50＼～120kN ，套銑進尺 1.55m ，整個過程的單位進尺變化如圖7所示。

1）套銑導向接頭及坐封套。總長度 0.85m ，整體為鑄鐵材質，在 60r/min 轉速下附加鉆壓50＼～80kN，平均單位進尺 0.10～0.16m/h ，套銑時間 8.5h ，后期因銑齒磨損嚴重導致進尺速度下降。整個套銑過程較為順利，起鉆后打撈杯中有大量鐵屑及碎塊。

2）套銑膠筒及膠筒上座。總長度 0.55m ，轉速40～70r/min ，附加鉆壓 50～90kN ，平均進尺速度由0.08m/h 逐步下降至 0.04m/h ，套銑時間 7.0h 。套銑膠筒上坐過程順利，套銑膠筒期間出現多次整停，停轉后釋放轉矩并上提活動鉆具，直到循環泵壓恢復正常，觀察隨稠塞返出的橡膠碎屑。

3）套銑上椎體及卡瓦牙。總長度 0.15m ，轉速

60～70r/min ，附加鉆壓 80～120kN ，平均進尺速度僅為 0.040～0.046m/h ，套銑時間 4.0h ，卡瓦為20CrMnTi材質，質地硬，在高鉆壓高轉速下仍保持較低的進尺速度。套銑至總長度 1.55m 懸重上跳，根據進尺及懸重變化來判斷套活封隔器。

套銑結束后下鉆到位，測上提下放懸重及空轉轉矩，接頂驅，大排量沖洗魚頂 10min ；緩慢下放鉆具，下壓 20kN ，上提懸重增加 155kN 確認抓住落魚，再次下壓 50kN 抓牢落魚，上提懸重與之前保持一致，確認抓牢落魚，平穩起鉆至井口。

3.3套銑時效分析

目前海上封隔器套銑作業案例較少，套銑作業目的工具和作業條件不同，總套銑時效和下鉆趟數變化較大。統計國內不同海域不同類型頂部封隔器

5口井典型套銑案例如表3所示。根據表3，長城齒銑鞋為封隔器套銑的首選，相同頂部封隔器的套銑時間和單位進尺相差較小，可以作為其他井參考的主要依據。套銑速度在一定程度上隨鉆壓和轉速的增大而增加，相應的也會增加附加轉矩和整停風險。因此，考慮到不同部件的套銑特點，應根據套銑進尺來選擇合適的鉆進參數，并適度增加鉆壓及轉矩。

分別統計了5口井套銑作業過程中，銑鞋單位時間磨損率影響因素如圖8所示。圖8a為平均轉速60r/min 下銑鞋單位時間磨損率隨該段時間平均鉆壓變化關系：圖8b為平均鉆壓 30kN 下磨損率隨平均速變化關系。可看出銑鞋磨損速度與磨銑鉆壓及轉速存在明顯的正相關，且主要受平均鉆壓影響。頂部封隔器最堅硬的卡瓦牙在高鉆壓下套銑，會給銑齒牙帶來更明顯的磨損。

整體來看，套銑作業時間較長，在合適的作業參數下純套銑時間仍可達十幾小時，且總時效有一變化。作業趟數是影響套銑作業總時效的主要因素之一。根據表3，僅考慮頂部封隔器套銑作業，作業趟數均在1＼～2趟內。以井A1H為例，其套銑作業深度大，整個套銑作業下入2趟鉆，總時效46h，起下鉆時間占 26.5h ，通過對比一趟套銑作業井可以看出其單位進尺較低。因此可以得出，在作業初期靈活調整鉆壓、排量等套銑參數，可以較好地降低銑齒磨損程度，實現一趟完成套銑作業。后續作業在考慮套銑參數時，可參考表3或相似井的作業時間，合理選擇作業參數。

4結論

1）頂部封隔器是渤海油田防砂作業中的關鍵工具，但在復雜工況下存在多種失效形式。當專用工具回收失敗時，套銑作業成為主要處理手段，但難度較大。介紹了渤海油田頂部封隔器的作業原理、結構特點，以及典型井防砂作業流程和失效后的處理實踐，重點探討了封隔器回收和套銑作業流程。本案例是渤海油田少數成功的套銑實踐之一，為后續類似作業提供參考。

2）套銑打撈作業通過優化鉆具組合和參數設置，顯著提升了作業效率。具體措施包括：增加震擊器和鉆以降低卡鉆風險并增強套銑效果；增設打撈杯以減少井下碎屑落物；采用可退式打撈矛以確保落魚回收。作業過程順利，效果好。

3）詳細介紹了頂部封隔器套銑過程及進尺變化。在套銑膠筒時，因膠皮質地較軟，易出現整停現象，需采用低轉速并密切監控轉矩和泵壓變化；而卡瓦牙板材質堅硬，套銑進尺緩慢，建議保持較高排量冷卻銑鞋并清除環空碎屑。

4）套銑作業總耗時較長，封隔器的材質和類型是影響作業時間的關鍵因素。鉆壓和轉速的增加可在一定程度上加快進尺，但也會提升作業風險。在作業初期應根據具體工況靈活調整鉆壓、排量等參數，兼顧銑鞋磨損與套銑效率，實現一趟完成套銑作業的目標。

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（編輯：馬永剛）