侯冠中，和鵬飛，祝正波，劉國(guó)振

[1.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452]

剪切閘板剪斷管柱所致落魚(yú)打撈技術(shù)應(yīng)用

侯冠中1，和鵬飛2，祝正波2，劉國(guó)振2

[1.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300452；
2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452]

渤海A19井在射孔作業(yè)后上提管柱時(shí)發(fā)生井涌井噴，為實(shí)現(xiàn)緊急封井而關(guān)閉剪切閘板防噴器導(dǎo)致井內(nèi)管柱落井。通過(guò)置換法壓井后，恢復(fù)至一級(jí)井況狀態(tài)，之后采用計(jì)算井內(nèi)落魚(yú)深度、落魚(yú)組合形式，選擇下入鉛印打印魚(yú)頂狀態(tài)的方法，進(jìn)一步分析、優(yōu)選打撈方案，最終通過(guò)磨鞋磨銑、卡瓦打撈筒打撈等工藝技術(shù)成功打撈出因剪切閘板所剪斷落井的管柱，避免了井因事故而導(dǎo)致的報(bào)廢。在分析、討論的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)作業(yè)過(guò)程中的操作細(xì)節(jié)做了深入說(shuō)明，可為此類較為罕見(jiàn)的鉆井事故提供借鑒。

鉆具；剪切閘板防噴器；磨銑；打撈；渤海

0 引 言

剪切閘板防噴器(BOP)屬于石油鉆井開(kāi)發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備。在鉆完井、修井或試油等作業(yè)過(guò)程中如遇到緊急情況(如井噴失控、井噴著火等)，關(guān)閉剪切閘板可切斷井內(nèi)管柱進(jìn)而全封井口，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大[1-3]。關(guān)閉剪切閘板后，井內(nèi)管柱也隨即剪斷，根據(jù)作業(yè)程序首先是處理井涌、井噴，待井內(nèi)恢復(fù)至一級(jí)井控狀態(tài)時(shí)，進(jìn)入井內(nèi)管柱處理階段。對(duì)于因剪切閘板剪斷而導(dǎo)致管柱落井打撈的技術(shù)問(wèn)題，調(diào)研國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)、資料，技術(shù)手段相對(duì)較少[4-6]。渤海A19井完井作業(yè)中便出現(xiàn)此類問(wèn)題，該井在射孔作業(yè)后上提管柱時(shí)發(fā)生井涌井噴，在無(wú)法實(shí)現(xiàn)搶接頂驅(qū)的情況下及時(shí)關(guān)閉剪切閘板防噴器實(shí)現(xiàn)了封井，采用置換法壓井后成功打撈了落井管柱。本文詳細(xì)介紹了此次落魚(yú)打撈作業(yè)，可為處理類似事故提供借鑒。

1 打撈作業(yè)背景

1.1 基本數(shù)據(jù)

圖1 剪斷后的鉆桿Fig.1 Drill pipe after cutting

1.2 井內(nèi)落魚(yú)數(shù)據(jù)

圖2 落魚(yú)示意圖Fig.2 Schematic diagram of the fish

2 打撈技術(shù)方案的分析與制定

本井通過(guò)置換法壓井最終成功恢復(fù)至一級(jí)井控狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)井的價(jià)值，對(duì)井內(nèi)落魚(yú)的打撈成為主要工作。打撈管柱工作的前提是明確井內(nèi)落魚(yú)的位置和魚(yú)頂狀況，明確情況以后才能針對(duì)性地制定打撈方案。

2.1 魚(yú)頂狀況的明確

井內(nèi)落魚(yú)的狀況可以采用兩種方式明確。

(1) 參考出井上部鉆桿情況。由于本井落魚(yú)是由剪切閘板剪斷所致，被剪后上下端口具有一致性，參考出井的上部分鉆桿，井內(nèi)魚(yú)頂應(yīng)呈現(xiàn)扁平不規(guī)則狀態(tài)。

(2) 采用鉛模探明。另外一種較為直接的方式是采用鉛模工具，下入至井內(nèi)進(jìn)行打鉛印查看。鉛模一般用于打撈作業(yè)中用來(lái)打印落魚(yú)形狀和了解魚(yú)頂偏離井眼中心的情況。鉛模如圖3所示。鉛印的選擇，一般直徑比落魚(yú)所在套管內(nèi)徑小4.8 mm。鉛模主要由四部分組成，自上而下分別為接頭、護(hù)罩、骨架、鉛體。鉆壓的選擇，鉛模推薦鉆壓值0.19～0.39 kN/ mm。操作細(xì)節(jié)上，使用鉛模打印只可一次加壓打印，不得兩次打印，否則會(huì)造成印記混亂而不能準(zhǔn)確判斷情況。此外，由于鉛很軟，在運(yùn)輸或存放過(guò)程中注意避免碰撞。

由于本井為常規(guī)定向井，井斜較小，因此在重力分量作用下落魚(yú)呈自由落體墜落井底。通過(guò)下入鉛模可以確定魚(yú)頂?shù)木唧w深度，因此鉛模可以起到探頂、打印兩方面的作用。

圖3 鉛模示意圖Fig.3 Lead mould

由于本井落魚(yú)由剪切閘板防噴器剪斷管柱形成，落魚(yú)魚(yú)頂被擠扁，其外徑大于本體直徑，故應(yīng)先使用磨鞋磨銑掉鉆桿變形段，再下入可退式卡瓦打撈筒對(duì)管柱實(shí)施打撈[7-9]。

2.2 打撈工具的選擇

對(duì)于鉆桿、鉆鋌以及油管等規(guī)則管柱落魚(yú)，一般首選卡瓦打撈筒進(jìn)行打撈?？ㄍ叽驌仆泊驌乒ぞ吣軌虺惺艽筝d荷，設(shè)計(jì)有密封結(jié)構(gòu)，能開(kāi)泵循環(huán)，可在井內(nèi)正轉(zhuǎn)脫手釋放落魚(yú)。目前，常用的是Bowen150 系列卡瓦打撈筒，如圖4所示?？ㄍ咄獠考巴搀w內(nèi)部均為左旋寬鋸齒螺紋，兩者配合間隙較大，能使卡瓦在筒體內(nèi)有一定行程，能脹大和縮小。當(dāng)落魚(yú)被引入撈筒后，只要施加一軸向壓力，卡瓦在筒體內(nèi)上行并脹大，運(yùn)用它堅(jiān)硬鋒利的卡瓦牙將落魚(yú)咬住卡緊。當(dāng)上提撈柱時(shí)，卡瓦在筒體內(nèi)相對(duì)地向下運(yùn)動(dòng)。因?qū)掍忼X螺紋的縱斷面是錐形斜面，卡瓦必然帶著沉重的落魚(yú)向錐體的小錐端運(yùn)動(dòng)，此時(shí)落魚(yú)重量愈大卡得也愈緊，整個(gè)重量由卡瓦傳遞給筒體。由于卡瓦打撈筒的工具特性，可以在使用時(shí)與隨鉆震擊器配合，增加抓住落魚(yú)后的震擊解卡功能。

圖4 卡瓦打撈筒Fig.4 Overshot

2.3 魚(yú)頂?shù)男拚?/h3>

采用卡瓦打撈筒打撈井內(nèi)落魚(yú)，首先要求魚(yú)頂是規(guī)則狀態(tài)。鑒于井內(nèi)魚(yú)頂?shù)臓顩r，下入卡瓦打撈筒前先要對(duì)魚(yú)頂進(jìn)行修整。要求修整的最終結(jié)果恢復(fù)至圓形鉆桿外徑狀態(tài)。磨鞋主要有平底磨鞋、凹底磨鞋、引子磨鞋、錐形磨鞋幾種。本井需要對(duì)魚(yú)頂實(shí)現(xiàn)整體磨銑，且魚(yú)頂在井筒橫向內(nèi)可以活動(dòng)，因此采用平底磨鞋，如圖5所示。平底磨鞋由磨鞋本體和合金塊(或其他耐磨材料)組成。磨鞋本體由二段圓柱體組成，小圓柱體上部與鉆桿螺紋連接，大圓柱體底面和側(cè)面有過(guò)水槽，在底面過(guò)水槽間焊合金(或耐磨材料)。常用組合結(jié)構(gòu)為：磨鞋+鉆鋌+鉆桿。

圖5 平底磨鞋示意圖Fig.5 Flat-bottomed milling shoe

2.4 工藝設(shè)計(jì)

為了保證本次打撈作業(yè)的順利實(shí)現(xiàn)，在綜合分析井內(nèi)落魚(yú)情況、優(yōu)選打撈工具的基礎(chǔ)上，根據(jù)循環(huán)邏輯關(guān)系，制定了工藝操作流程，如圖6所示。利用平底磨鞋和鉛模的循環(huán)使用，最終使得井內(nèi)魚(yú)頂呈規(guī)則圓形，能夠滿足卡瓦打撈筒的使用要求。

圖6 工藝流程圖Fig.6 Process flow chart

2.5 針對(duì)本井的操作設(shè)計(jì)

2.5.1鉛模的操作設(shè)計(jì)

在本趟鉛模下入至計(jì)算魚(yú)頂以上一柱鉆桿長(zhǎng)度時(shí)，鉆桿上部連接頂驅(qū)，采用小排量緩慢下放鉛印管柱。若管柱在井深63m之前遇阻，下壓2t[10](鉛模推薦鉆壓值0.19～0.39kN/mm，本井采用206mm鉛模，計(jì)算打印鉆壓3.9～8t，由于魚(yú)頂深度未知，下壓操作主要以探魚(yú)頂為目的，因此選取探頂鉆壓2t)，穩(wěn)定1min打印(鉆壓4t)；若未遇阻，下鉆至井深63m，接頂驅(qū)，打通測(cè)試(0.2～0.5m3/min)，記錄排量泵壓，測(cè)上提下放懸重，緩慢下放管柱探魚(yú)頂深度，下壓4t打印。因魚(yú)頂準(zhǔn)確深度未知，下放過(guò)程要緩慢，堅(jiān)持一柱一校深，打印后正循環(huán)1.07g/cm3(與置換法壓井計(jì)算的完井液當(dāng)量密度一致)完井液一周，排量0.5m3/min，觀察氣全量變化，待安全后起鉆觀察打印結(jié)果。

2.5.2平底磨鞋的操作設(shè)計(jì)

下鉆前對(duì)磨鞋進(jìn)行丈量。磨鞋下入至預(yù)定深度時(shí)，接頂驅(qū)打通測(cè)試(0.2～0.5m3/min)，正循環(huán)1.07g/cm3完井液一周，排量1m3/min，觀察氣全量變化。設(shè)定頂驅(qū)扭矩上限4kN·m，分別測(cè)轉(zhuǎn)速30，40，50r/min時(shí)的空轉(zhuǎn)扭矩，測(cè)上提下放懸重。停轉(zhuǎn)速，下壓2t，記錄深度，在鉆桿上做標(biāo)記；保持排量1m3/min，上提鉆具2m，以3r/min轉(zhuǎn)速下放鉆具，下壓2t，記錄深度，做好標(biāo)記?？刂妻D(zhuǎn)速30r/min，緩慢下放管柱，磨銑魚(yú)頂，低轉(zhuǎn)速扭矩穩(wěn)定后，緩慢提高轉(zhuǎn)速磨銑，找到一個(gè)扭矩平衡點(diǎn)，以此扭矩持續(xù)磨銑魚(yú)頂，磨銑30cm后起鉆。

2.5.3卡瓦打撈筒的操作設(shè)計(jì)

打撈筒下入至預(yù)定深度時(shí)，測(cè)管柱上提下放懸重，接頂驅(qū)測(cè)不同轉(zhuǎn)速(10r/min和20r/min)下空轉(zhuǎn)扭矩及循環(huán)泵壓。下放管柱至魚(yú)頂上方位置，開(kāi)泵大排量1m3/min，正循環(huán)沖洗魚(yú)頭；降低排量至0.5m3/min，下放管柱，下壓2t探魚(yú)頂深度，上提管柱再次下壓2t確認(rèn)到位；再次緩慢下放管柱，同時(shí)密切注意泵壓、鉆壓的變化，確認(rèn)探到魚(yú)頂后，下壓管柱3～5t，觀察對(duì)比泵壓變化，然后上提管柱觀察懸重變化，如果上提懸重超過(guò)正常上提懸重3t，則可判斷抓住落魚(yú)，重新下壓管柱5t。確認(rèn)抓住落魚(yú)后，正循環(huán)，打通，觀察返出。上提管柱，看能否提活管柱，若能提活，則開(kāi)泵打通實(shí)施正循環(huán)壓井，根據(jù)壓井情況起甩卡瓦打撈筒，繼續(xù)起鉆至井內(nèi)保護(hù)儲(chǔ)層完井液體系(PRD)頂深位置，正循環(huán)壓井；若管柱不能直接提活，則逐漸增加上提噸位活動(dòng)管柱，嘗試震擊解卡(震擊器設(shè)定值為上擊47t，下?lián)?5t，其中上提力=井內(nèi)鉆具重量-震擊器以下鉆柱重量+震擊器所需震擊力+鉆井液/完井液阻力+摩擦力，下?lián)袅?地面調(diào)定的下?lián)魢嵨?鉆井液/完井液阻力+摩擦阻力)，解卡后正循環(huán)壓井，根據(jù)壓井情況起甩卡瓦打撈筒，繼續(xù)起鉆至井內(nèi)PRD頂深位置，正循環(huán)壓井。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 鉛模的應(yīng)用

第一次打印操作與結(jié)果：下壓4t，探魚(yú)頂深度71m，起出鉛印后，鉛印有長(zhǎng)約14cm，寬約0.55cm的不規(guī)則圓弧，丈量并計(jì)算落魚(yú)魚(yú)頂最大外徑大于139.7mm。

本井磨銑兩次，下入鉛模三次。第二次打印結(jié)果顯示無(wú)明顯魚(yú)頂痕跡(分析未能接觸魚(yú)頂)，鉛印底部粘附較多鐵屑。

3.2 平底磨鞋的應(yīng)用

測(cè)試參數(shù)為：接頂驅(qū)大排量正循環(huán)沖洗魚(yú)頂，設(shè)定頂驅(qū)扭矩上限4kN·m，測(cè)管柱空轉(zhuǎn)扭矩(30r/min，1.3kN·m；40r/min，1.4kN·m；50r/min1.5kN·m)，測(cè)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下管柱上提懸重為22t，下放懸重為23t。

磨銑參數(shù)為：轉(zhuǎn)速30～40r/min，排量1m3/min，泵壓0.6～0.7MPa，鉆壓1～2t，扭矩1.5～2kN·m。

本井累計(jì)磨銑兩次，第一次磨銑后期無(wú)進(jìn)尺，檢查凹底磨鞋底面磨出多道同心圓槽，有3處崩齒，本體側(cè)面油漆磨光，檢查打撈杯，有少量鐵屑。起出后更換新的平底磨鞋，再次下入，磨銑結(jié)果：累計(jì)進(jìn)尺44cm，起出后平底磨鞋底面中心磨出直徑約2cm圓，有多處崩齒，本體側(cè)面油漆磨光，打撈杯內(nèi)存在大量碎屑狀及長(zhǎng)條狀鐵屑。

3.3 卡瓦打撈筒的應(yīng)用

稱重，沖洗魚(yú)頂，設(shè)定頂驅(qū)扭矩上限4.0kN·m，測(cè)管柱空轉(zhuǎn)正扭矩10r/min，0.9kN·m。開(kāi)泵下放管柱至遇阻憋壓，過(guò)提3t，確認(rèn)捕獲落魚(yú)。上提管柱解卡：第一次上提至105t震擊器工作，繼續(xù)上提至110t未解卡；第二次上提至105t震擊器工作，繼續(xù)上提至130t未解卡；第三次上提至105t震擊器工作，上提解卡成功。

解卡后正循環(huán)一周，氣全量和泥漿池液面穩(wěn)定，起甩卡瓦打撈筒及被剪切鉆具。接頂驅(qū)，正替1.07g/cm3簡(jiǎn)易PRD50m3后起鉆。

3.4 作業(yè)情況后評(píng)估

最終本井采用卡瓦打撈筒一次打撈出井內(nèi)落魚(yú)。之后再次進(jìn)行完井作業(yè)，順利實(shí)現(xiàn)本井的投產(chǎn)。

3.4.1事故原因分析

發(fā)生事故的主要原因是射孔段射孔后瞬時(shí)出氣，且氣量較大，具體原因如下。

(1) 氣層能量充足：井底壓差Δp=0.62MPa時(shí)，產(chǎn)氣量為10.34×104m3/d(相當(dāng)于1.2m3/s)，瞬間產(chǎn)氣量大。

(2) 滲透率較高：氣層最高達(dá)到139mD。

(3) 儲(chǔ)層埋深淺：射孔段頂界1324.8m(垂深1202.1m)，流體涌出井口所需時(shí)間短。

(4) 鉆桿無(wú)控制手段：射孔后，鉆桿為敞開(kāi)狀態(tài)，井涌發(fā)生，必須搶接考克或者搶接頂驅(qū)。射孔后，累計(jì)灌入2.9m3(井下射孔槍內(nèi)容積約2.84m3)；鉆桿與環(huán)空在負(fù)壓閥處連通，假設(shè)鉆桿與環(huán)空內(nèi)液面下降幅度相同，計(jì)算液面下降117.7m(相當(dāng)于1.18MPa液柱壓力，造成近0.55MPa負(fù)壓，致使井底氣體進(jìn)入井筒更加嚴(yán)重)。氣體進(jìn)入井筒造成液柱壓力降低：氣體進(jìn)入井筒后，井口為敞開(kāi)狀態(tài)，氣體為非均勻侵入、氣柱式膨脹，造成井底壓力在流體自動(dòng)外溢前過(guò)早失去平衡。

3.4.2后續(xù)的改進(jìn)措施

(1) 對(duì)于油層和氣層共存的射孔段，要考慮分層射孔方案，避免油層和氣層同時(shí)射開(kāi)，防止層間干擾。

(2) 對(duì)于長(zhǎng)跨度射孔段，要考慮分層射孔的方式。

(3) 對(duì)于氣井和氣油比高的油井射孔作業(yè)時(shí)，考慮在射孔管柱上加入壓力開(kāi)孔裝置，在起鉆至循環(huán)位置之前，保證鉆桿內(nèi)與環(huán)空隔絕，射孔后應(yīng)立即循環(huán)并上下活動(dòng)管柱。

(4) 射孔前配管時(shí)，考慮循環(huán)或起鉆的因素，避免拆甩單根及短鉆桿，提前配長(zhǎng)或錯(cuò)扣起鉆至循環(huán)位置。

4 結(jié) 語(yǔ)

本次作業(yè)完成了對(duì)由剪切閘板防噴器剪斷管柱所致落魚(yú)的打撈，可為該類落魚(yú)打撈提供借鑒。需要注意的是，剪切閘板剪斷井內(nèi)管柱后，雖然可以通過(guò)適當(dāng)?shù)膲壕椒▽?shí)現(xiàn)井筒壓力平衡，但無(wú)法進(jìn)行循環(huán)實(shí)現(xiàn)最終壓井，打撈作業(yè)時(shí)井況可能還是不穩(wěn)定的，需制定嚴(yán)格的井控措施，嚴(yán)防打撈作業(yè)中再次發(fā)生溢流。對(duì)于由剪切閘板防噴器剪斷管柱所致落魚(yú)魚(yú)頂?shù)哪ャ?，采用平底磨鞋效果較好。

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ApplicationofFishingTechnologytoShearRamCuttingFish

HOU Guan-zhong1, HE Peng-fei2, ZHU Zheng-bo2, LIU Guo-zhen2

(1.TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China; 2.CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.,Tianjin300452,China)

Well kick occurred in the process of raising pipe string after perforating operation. As the spray potential was large, it was unable to pick the top drive, the operating staff promptly closed shear ram blowout preventer (BOP) to cut the pipe and shut the well. However, fish occurred at the same time. After the implementation by lubrication killing method, the fish was fished successfully. This article describes the font printing, mill shoe milling, bowl slip socket fishing operation process, which can provide certain reference for the fishing of fish caused by shear ram BOP cutting.

drilling tools; shear ram blowout preventer (BOP); milling; fishing; Bohai

2016-05-04

侯冠中(1982—)，男，工程師，主要從事海洋石油鉆井技術(shù)監(jiān)督與管理工作。

TE58；P756.4

A

2095-7297(2016)04-0222-05