水平井测卡松扣和聚能切割技术研究

水平井测卡松扣和聚能切割技术和工艺研究王丕政 常青忠 张晓 胡友文（钻井技术服务公司）摘要：爆炸松扣和聚能切割是一项成熟的技术，因其可以精确地确定卡点、快速取出卡点以上任何位置的钻具，所以自上世纪80年代末从国外引进来以后，逐渐在各大油田广泛推广使用，但是近几年来水平井逐渐增多，该项技术用于处理水平井被卡钻具方面显得力不从心，主要是仪器的输送问题无法得到很好的解决，本文主要从近年来各大专业化技术服务公司在水平井测卡松扣方面所作的工作进行探讨，为水平井被卡钻具有效实施测卡松扣作业提供一些思路和解决办法。关键词： 水平井 卡钻 测卡点 爆炸松扣 聚能切割 输送Abstract: The breakouting and jet cutting is a mature technology, because it can accurately determine the free point, quickly remove the positions of the drilling above the free point, so from abroad since the late 1980s after, gradually in the major oil fields widely used, but in recent years the horizontal well gradually increase, the technology used to deal with horizontal well to be stuck drill aspect appeared to be inadequate , mainly the transport of the instrument can not be a good solution to. This paper mainly from recent years to the professional and technical services company in horizontal wells measured free point made work to explore the effective implementation of the horizontal well measured free point operations to provide some ideas and solutions.Key words: horizontal well sticking measure free point breakouting jet cutting transport 第一部分 概 述近年来，随着油气勘探的不断深入，各油田大斜度井、大位移井和水平井的钻井数量在逐年增多，钻井难度也在不断加大，如中石油2012年要实现“15533”工作目标，即：完成水平井1500口；完成欠平衡井500口；完成带压作业井3000口；钻井提速3%以上。同时钻井属于隐蔽性地下工程，因地质和工程原因造成井下事故时有发生，尤其是水平井井下事故区别于常规直井和小斜度定向井，其处理的难度远远大于常规井井下事故处理，另外水平井事故处理费用和因事故造成的损失也较大（如井下带有MWD、LWD、旋转导向等随钻测量仪器，如果处理不慎或处理失败，则将极大的增加井下事故损失）。钻水平井过程中最典型事故是：键槽卡钻、坍塌卡钻和粘卡，断钻具造成的复合卡钻事故等，处理的难点是在处理过程中常规的打捞手段往往无法有效实施，先进的井下事故处理仪器很难产生作用，因井眼轨迹的原因，倒扣后找鱼头非常困难，这也为钻井井下事故处理技术人员提出了更大的挑战。测卡松扣和聚能切割技术具有准确确定卡点位置（当被测量的管柱在1.5m 范围内被压缩拉伸0.025mm或被扭转0.5，都能准确的测出卡点），快速取出卡点以上任何预定位置以上钻具，极大的缩短了卡钻事故处理的时间，降低了井下事故处理的难度等优点，可以把鱼头留在井径规则、全角变化率较小的位置，所以自上世纪80年代末从过外引进以后，在各大油田的广泛推广使用，但是该项技术在水平井卡钻事故处理方面显得力不从心，其难度主要表现在以下两方面：1、扭矩传递困难。因井眼轨迹的问题，钻具扭矩很难传递到卡点位置，尤其是在给钻具施加反扭矩需要爆炸松扣时，反扭矩施加太多上部钻具容易倒开，施加的太少反扭矩传递不到松扣位置，松不开扣。2、仪器输送困难测卡松扣仪器不能通过自身的重量到大水平段，目前用电缆输送，仪器能最大到达的位置为65左右，超过65以上的井斜段必须采用辅助手段来输送仪器，目前国内各大专业化技术服务公司和钻井技术人员在这方面都作了些工作，形成了一些成熟技术，但有些工艺仍处于探索阶段，还待深入研究。第二部分 水平井测卡松扣和聚能切割技术和引用实例水平井测卡松扣和聚能切割与常规井测卡松扣和聚能切割原理一样，主要是在仪器输送工艺上区别很大，以下主要介绍水平井仪器输送技术和工艺。一、泵送测卡松扣技术该技术用于水平井卡钻以后能够建立循环的情况，所采用的仪器和设备主要包括两部分：井口循环头部分，井下仪器部分。（一）井口循环头部分 该工具由液压密封部分、旋转部分、液压管线、手摇泵、由壬、钻杆接头等部件组成。1液压管线 2密封总成 3手压泵 4接头 5密封胶塞 6连接高压管线由壬 图1 循环头结构图图2 测卡松扣井口装置图防喷盒：在电缆下入时，密封钻具内的高压钻井液，防止钻井液喷出，使其既达到密封又可以起下电缆。手压泵：为防喷盒提供一个密封平衡压力，确保密封有效。防喷管：用于测卡仪或爆炸杆的下入与起出。钻杆下旋塞：在井下出现溢流或发生井喷时用于关井。循环压井管线：当测卡仪器在井内下放遇阻时，通过该管线注入钻井液，利用钻井液的推力将测卡仪器送至预定位置；其次，当井下发生溢流或井喷时注入压井液。注入阀门：用于控制泵入钻井液量。循环三通：在仪器依靠自身重量无法下入时，通过该三通泵入钻井液，将仪器送入到目的位置。钻杆旋转头：在测卡或爆炸松扣时给钻具施加一定扭矩，使其旋转。井口旋转工具：放在转盘方瓦内，并卡在钻杆上，给钻具施加扭矩。（二）井下仪器部分 井下测卡仪器串结构：电缆头+牵引器+磁性定位器+滚子加重杆+振荡器+上弹簧矛+传感器+下弹簧矛（如果是AYS测卡仪可以把弹簧矛换成电动矛，以减小上下矛片撑开后与钻杆内壁之间的阻力），如图3所示，与常规测卡仪器结构串相比就是在电缆头和磁性定位器之间增加牵引器，以增加泥浆流动时对仪器串的推力；增加滚子加重杆，其目的是把仪器与钻杆内壁间的滑动摩擦变为滚动摩擦，减小仪器与钻杆内壁间的摩擦阻力。图3 测卡仪器结构串1电缆 2电缆头 3牵引器 4磁性定位器 5滚子加重杆 6振荡器 7上弹簧矛 8传感器 9下弹簧矛 10引锥井下松扣仪器串结构：电缆头+牵引器+磁性定位器+滚子加重杆+爆炸安全接头+爆炸杆，如图4所示。 1电缆 2电缆头 3牵引器 4磁性定位器 5滚子加重杆 6爆炸安全接头 7爆炸杆 8导爆索和电雷管图4 泵送爆炸松扣仪器结构串（三）作业过程中的注意事项 1、作业过程，仪器下放进入水平段后，循环头用液压泵打压密封住电缆，打压以泥浆不漏或微漏为准，以减小电缆与密封胶塞间的阻力。2、用泥浆泵泵送，控制排量，由小到大，最大排量和泵压以不超过电缆头承受的张力为准，防止把电缆头憋脱。 3、下放电缆与泵送仪器下行速度保持一致。 4、上起电缆，测试卡点或定位。 5、按照常规测卡松扣作业要求给予钻具合适的扭矩和上提拉力，进行爆炸松扣作业。（四）应用实例C4P5井是一口开发水平井，设计井深2618.2米，井身结构为：425mm钻头76m+339.7mm套管75.2m+215.9mm 钻头2618.2m,造斜点井深为1655m。1、事故经过该井正常钻进至井深2558.6m时，打完方入上提钻具，接完单根后循环测斜，在静止测斜的过程中发生卡钻(静止时问约5min)。最大上提1600kN无效(原悬重780kN)，下砸至0kN无效，循环正常。提至原悬重，启动转盘施加12圈扭矩无效，钻具卡死，钻头位置为2556.3m处。2、处理措施及经过(1)浸泡柴油向钻具内注入20m 柴油，600kg快速渗透剂T，替浆17.5m 。管内柴油油面深度为l910m，油段长度约650m，体积6m ；管外油面深度为2210m，汕段长度约350m，体积14m。上提下放活动钻具，浸泡12h未解卡。(2)使用泵送法测量卡点在注入柴油浸泡无效的情况下，下入AES测卡仪进行卡点测量，本井是水平井，且井底井斜已达84.2，考虑到仅依靠仪器重量无法下至井底，所以，先在井口安装好泵送测卡的井口装置，然后再下入测卡仪，测卡仪依靠自身重量下至2120m处遇阻(井斜为63.8)，多次下放尤效。此时，在井口用转盘给钻具施加6圈的扭矩进行测卡，仪器显此处未卡。然后用手压泵打压至10MPa密封防喷盒，连接循环压井管线，打开循环注人阀门，缓慢启动钻井泵(1个凡尔)向钻具内注入钻井液，仪器在钻井液的推动下缓慢下行，当测卡仪下至2300m处时停泵，用转盘给钻具施加6圈的扭矩进行测卡，仪器显示未卡。继续启动钻井泵，测卡仪顺利下至MWD短节顶部(此处井斜为84.1)，停泵再次给钻具施加6圈的扭矩进行测卡，此时测卡仪表显示此处已卡；上提测卡仪至随钻震击器处进行测卡，测卡仪表显示此处已卡；继续上提测卡仪10m，再次进行测卡，测卡仪表显示此处钻具部分被卡；再上提仪器10m进行测卡，测卡仪表显示此处未卡。最后确定为随钻震击器上部的1根加重钻杆已经被卡(此处井斜为84)，卡点片深为2491.54m。(3)使用泵送法进行爆炸松扣根据所测卡点位置、钻井液密度，确定爆炸松扣的炸药量为180g，仍然使用泵送法的井口装置，爆炸松扣仪器依靠自身重量下至2172m (此处井斜为72)处遇阻。然后缓慢启动钻井泵(1个凡尔)，在钻井液的推动下爆炸松扣仪器顺利下至卡点位置，经过反复测量确定松扣位置井深后，上提钻具使该点处于中和点状态，在井口施加7圈的反扭矩后，点火松扣成功。(4)下入超级震击器震击解卡松扣成功后，起出钻具2 491.54 m，落鱼长64.76m。随后下入震击钻具组合：159超级震击器+4114A10+159SDC6根+4All410+159加速器+127钻杆41根+127加重钻杆29根+127钻杆。下至鱼顶后开泵冲洗鱼顶，对扣成功。逐步上提1400kN进行震击，共震击28次解卡。二、抽油杆输送爆炸松扣技术 该技术主要使用于水平井卡钻后无法建立循环，而需要爆炸松扣作业的井，采用该技术无法对钻具进行测卡作业，而只能凭借对井下情况的分析，在可能卡钻的地方实施爆炸松扣，如：扶正器位置，钻杆和钻铤连接处等可能卡钻的位置，同时该技术可以运用到水平段比较长的井。（一）爆炸松扣仪器结构采用抽油杆从钻具水眼内输送雷管和导爆索或切割弹，之间采用硬性连接，如图 所示。 1抽油杆 2旁通 3磁性定位器 4爆炸安全接头 5爆炸杆 6导爆索和电雷管 7引锥 8电缆图5 抽油杆输送结构示意图（二）作业过程中的注意事项 1、在地面连接时必须把电缆与仪器连接牢固，控制下放速度，始终保持与抽油杆下放速度一致，防止把电缆拉断。2、下放过程中禁止转动钻具和抽油杆串，防止电缆被磨损，造成短路，尤其是水平段比较长的井，因电缆受到长时间挤压后容易被磨破，致使电路短路，作业失败。3、随时监测磁性定位器的信号，确信井下仪器工作正常。（三）应用实例庄海8NmH6井一口三开大位移水平井， 实际井身结构：444.5mm958m +339.7mm956.291m +311.1mm3244m，泥浆性能：密度1.15g/cm2；粘度60s；泥饼0.5mm；失水4.8ml；含砂0.2%；切力；7/13，钻具组合：311.1mmPDC+244mm马达（1.25度）+203mm仪器串+203mm无磁+631/520+139.7mm钻杆，井底井斜83。1、卡钻原因钻进到3244m，由于定向困难，准备起钻换旋转导向仪器，循环完倒划眼起钻，起钻至985m时钻具卡死，钻头位置985m，井斜78，表层套管下深956.291m，套管外钻具长度28.709m。2、处理措施及经过 (1)泡油注入柴油和原油混合物共8m3，替泥浆9方（共1100冲），泡油间断活动钻具，最大上提至2000KN未能解卡,之后间断活动钻具（上提至600-1200KN，下放至220KN，间隔45分钟替入泥浆15冲）。(2)接震击器震击接7地面震击器，震击吨位由小到大，最大上提至680KN震击，累计震击50次无效，将井内油替出井口。（3）接循环头爆炸松扣调整井口钻杆高度，接循环头，下通径规钻杆水眼，最深下至780m（该处井斜达到74），循环泵送测试工具，由于无法建立循环，仅有小流量往地层内憋，泵送没有效果，从该处爆炸松扣成功，取出79根钻杆，井下落鱼长217.84m，鱼顶767.16m，落鱼结构：311.1mmPDC0.34m+244mm马达（1.25度）9.53m+203mm仪器串13.47m+203mm无磁9.15m+631/5201.12m+139.7mm钻杆184.23m。（4）下液压随钻震击器震击接液压随钻震击器下钻，对扣成功，上提至900KN，下放至250KN连续震击未能解卡，接顶驱循环震击（排量13L/s，泵压16MPa）无效，注入原油8m3，泡原油间断震击，每两个小时替泥浆0.5m3，震击无效，开泵替出井内原油，准备再次倒爆松扣。（5）倒爆松扣下139.7mm光钻杆对扣，钻杆内下抽油杆输送爆炸杆，钻杆施加反扭矩2圈，点火松扣成功，落鱼长32.49m，鱼顶952.51m，落鱼结构：311.1mmPDC0.34m+244mm马达（1.25度）9.53m+203mm仪器串13.47m+203mm无磁9.15m。（6）套铣下套铣管至鱼顶，钻具组合：273mm铣鞋0.725m +273mm套铣管32.862mm+273mm大小头0.39m+139.7mm钻杆，套铣段941.44m974.5m,套铣到974.5m时扭矩增大，憋跳严重，分析认为是套铣到244.5mm马达（1.25度）弯部，振动筛无砂子返出，套铣用时2小时，下卡瓦打捞筒打捞未解卡。（7）打水泥塞，等11 3/4套铣管决定用11 3/4套铣管套铣，但没有现成套铣管，需要加工，井口打水泥塞70米（130米200米），暂时封井，利用等11 3/4套铣管的时间移井架，先钻邻井。（8）钻水泥塞 钻具组合：311mm牙轮钻头+139.7mm钻杆，钻水泥塞到941.7米，钻头憋跳严重，判断已钻到鱼头位置，上提0.5米，循环，起钻。（9）分段套铣第一次套铣，钻具组合：285mm铣鞋0.79m +273mm套铣管32.862mm+273mm大小头0.62m+139.7mm钻杆，套铣井段：941.7米979.7米，有少量水泥和铁屑返出，但套铣到979.7米时，扭矩和泵压增大，循环后起钻。第二次套铣，300mm铣鞋1.79m +298mm273mm套铣管变扣0.62mm+273mm套铣管32.862mm+273mm大小头0.62m+139.7mm钻杆，套铣井段：941.7米981.10米，套铣过程中有少量水泥和铁屑返出，套铣到981.1米时，扭矩和泵压增大，循环后起钻。(10)下卡瓦打捞筒打捞钻具组合：273mm卡瓦打捞筒（内装174篮瓦）+206mm震击器+206mm钻铤+139.7mm钻杆，捞住后上提到1400KN解卡（打捞前悬重800KN）。三、连续油管输送切割技术该技术主要使用于水平井卡钻后无法建立循环，或水平段长靠泵送无法把仪器输送到位而需要爆炸松扣作业的井，采用该技术无法对钻具进行测卡作业，而只能凭借对井下情况的分析，在可能卡钻的地方实施爆炸松扣，如：扶正器位置，钻杆和钻铤连接处等可能卡钻的位置，同时该技术可以运用到水平段比较长的井，该技术可以快速的取出卡点以上钻具，防止水平段钻具静止时间过长形成复合卡钻，但是作业费用相对来说比较昂贵，主要是花费在连续油管的租赁和作业费用上。（一）井下仪器结构组合 这种松扣或聚能切割技术，主要是在被卡钻具水眼内使用连续油管来输送爆炸松扣或切割仪器，仪器组合如图6所示。 1连续油管 2旁通短接 3磁性定位器 4爆炸安全接头5爆炸杆 6雷管和导爆索 7引锥 8电缆 图6连续油管输送仪器组合示意图（二）作业过程中的注意事项 1、在地面连接时必须把电缆与仪器连接牢固，控制电缆和连续油管的下放速度，始终保持电缆和连续油管下放速度一致，防止把电缆拉断。2、下放过程中禁止转动钻具，防止电缆被磨损，造成短路，尤其是水平段比较长的井电缆受到长时间挤压后容易被磨破。3、随时监测磁性定位器的信号，确信井下仪器工作正常。（三）应用实例 DP22井，在钻进过程中因井塌卡钻，卡钻后泥浆无法循环，而需要采取切割或松扣技术取出卡点以上钻具，作业过程中采用连续油管输送配合压力起爆、冲击力缓冲及弱点保护、存储式伽玛磁定位仪器校深定位、井口仪器检测爆炸频率信号技术，最后一次性完成超长水平段钻杆切割作业，切割位置在水平段1178米处。创下国内水平井超长水平段在无泥浆循环情况下的压力起爆钻杆切割施工的先河。该井卡钻原因为泥岩垮塌，卡钻后泥浆无法循环。四、油管输送爆炸松扣和切割技术该技术主要使用于水平井卡钻后无法建立循环，或水平段长靠泵送无法把仪器输送到位而需要爆炸松扣作业的井，采用该技术无法对钻具进行测卡作业，而只能凭借对井下情况的分析，在可能卡钻的地方实施爆炸松扣，如：扶正器位置，钻杆和钻铤连接处等可能卡钻的位置，同时该技术可以运用到水平段长的井，因电缆受到油管的保护而不用担心电缆被磨破，造成切割失败，目前该技术在河道穿越井中已运用成功，在石油水平井松扣和切割作业中，还未投入使用。（一）井下仪器结构这种松扣或聚能切割技术，主要是在被卡钻具水眼内使用油管来输送爆炸松扣或切割仪器，电缆在油管内，可以避免电缆被磨损或切断后造成爆炸松扣失败的危险，仪器组合如图7所示。 1油管 2电线 3电缆头 4磁性定位器 5爆炸安全接头 6爆炸杆 7导爆索和电雷管 8引锥 图7 油管输送爆炸松扣和切割仪器串示意图（二）作业过程中的注意事项 1、在地面连接时必须把电线与仪器连接牢固，控制油管的下放速度，始终保持电线和油管下放速度一致，防止把电缆拉断。2、下放过程中可以转动油管，而不用担心电线被扭断和磨损。3、随时监测磁性定位器的信号，确信井下仪器工作正常。4、电线间的连接处必须连接牢固，具有防水和抗高温能力，而且必须防止其转动。（三）应用实例1、基本情况该井位于大港千米大桥南头正东方向，南北走向，跨越新千米桥河道，从南至北跨度2000米，与地面夹角20度左右，最低点距河床20米，使用5 1/2钻杆，接头内径76，对接部位为900阔孔器，在扩孔作业中钻具被卡，且无法建立循环，卡钻以后因没有合适的松扣和切割方式，该井被搁置近4个月，被卡钻具结构：139.7mm钻杆1500m+900mm扩孔器+139.7mm钻杆500m，如图8所示。钻机型号左边是T350，右边是T600，如图9所示。 图8 井身结构示意图 图9 作业钻机2、施工目的分析判断是扩孔器被卡，要求在扩孔器上一根5 1/2钻杆处采用聚能切割，然后两边分别拖拽，取出全部被卡钻具。3、作业过程（1）仪器连接1信号线 238mm油管 3信号线接头 4楔形塞子5变扣接头 6电缆头 7磁性定位器 8安全接头 960mm钻杆切割弹图10 切割仪器串结构示意图 图11 管串组合图变扣接头：上接冲砂管，下接电缆头；电缆头：使上部电流通过绝缘垫片，将接头体和其内部绝缘，既是点火电路的一部分，又起到连通作用；磁定位：其功能是可准确地测出钻杆节箍的位置，并以之为参考点记录仪器到达管柱的位置，同时确定钻杆切割位置；安全接头：安全接头是爆炸作业必须使用的反向电流限制装置。其内部是一组串联的二极管，保证正向电流不能通过，反向电流可以通过，起到安全保护作用；爆炸头：内装雷管和一段导爆索，上连点火接头，下接切割弹。其作用是用点火接头传过来的脉冲电流引爆雷管和导爆索，继而引爆切割弹。爆炸后，由于爆炸接头的特殊结构设计