李 凡 ，和鵬飛 ，劉鵬飛 ，彭 江 ，張 海 ，袁洪水

1.中海石油（中國）天津分公司 （天津 300452）

2.中海石油能源發(fā)展工程技術分公司 （天津 300452）

鉆井工程具有高投入、高風險、高利潤、資金技術密集的特點[1]，作業(yè)過程中面臨各種復雜情況和事故，問題出現(xiàn)以后耗費大量的人力、財力和時間。卡鉆便是典型的鉆井井下事故，統(tǒng)計顯示，石油鉆井過程中，平均每鉆3口井即有一次卡鉆事故[2]。渤海油田作為我國海上最大的油田，目前正處在深入開發(fā)的關鍵階段，其中一批老油田的綜合調整、深入挖潛是穩(wěn)產(chǎn)、上產(chǎn)的重要組成部分。但是這些老油田經(jīng)過長時間的開發(fā)，注采井網(wǎng)復雜、地層壓力系統(tǒng)也發(fā)生了變化，這給調整井作業(yè)帶來極大的挑戰(zhàn)[3-5]。N23H井作為老油田加密調整所鉆水平井的典型，在作業(yè)過程中發(fā)生了壓差卡鉆事故。在一系列處理手段無效的情況下，通過合理的技術措施完成本井大斜度井段的電纜測卡點及精確爆炸松扣作業(yè)，避免了事故的進一步惡化。

1 N23H井基本情況與卡鉆過程

N23H井是渤海某油田綜合調整設計的一口水平井。二開311.2mm井眼鉆進至著陸井深2 593m中完（整柱）。循環(huán)2h至振動篩處返出干凈。鉆臺卸掉第一柱5″鉆桿后 （鉆桿座卡接箍高度0.85m），準備繼續(xù)短起，開泵2 900L/min，泵壓17.6MPa正常，返出正常，頂驅旋轉時，鉆具無法轉活（頂驅蹩停值35kN·m）。提高頂驅蹩停值至38kN·m，下放鉆具至最低點，仍未轉活，卸扭矩，上下活動鉆具，最高上提至懸重138t（過提48t），鉆具未能提活?；亟右恢@桿，蹩扭矩至38kN·m，快速下砸至頂驅懸重22.5t，多次重復，鉆具仍未轉活，發(fā)生卡鉆，泵壓和返出一直正常。鉆具組合：311.2mm鉆頭+228.6mm旋轉導向+209.6mm LWD+209.6mm MWD+203.2mm非磁鉆鋌+203.2mm隨鉆震擊器 +變扣接頭+127mm加重鉆桿×13根。

1.1 定向井軌跡數(shù)據(jù)

N23H井定向井軌跡設計見表1，著陸點井斜89°，其中 66°穩(wěn)斜段長約 1 000m。

1.2 井身結構

N23H井采用渤海常規(guī)套管層次，即609.6mm隔水導管+444.5mm井眼×339.7mm套管 （下入深度410.89m）+311.2mm井眼×244.5mm套管+215.9mm井眼×152.4mm篩管（設計），如圖1所示。

2 卡鉆事故處理經(jīng)過

1）初期處理：22.5t（頂驅懸重）～90t（中和點懸重）活動鉆具，蹩扭矩至38kN·m，快速下砸，間歇性替入稀膠液循環(huán)。

2）循環(huán)降密度（1.15～1.12g/cm3），提高鉆井液潤滑性。

3）快速替海水 30m3。

4）替入封閉塞并大噸位活動鉆具（22.5～200t）；震擊器未工作。

5）浸泡解卡劑20m3（浸泡時間11.25h）。

6）浸泡柴油25m3（分別浸泡井底6.5h和底礫巖段5h）；泡柴油后循環(huán)出現(xiàn)環(huán)空憋壓失返現(xiàn)象，返出大量細碎泥巖，提高密度至1.14g/cm3。

7）第一次測卡點作業(yè)。

8）替入超低密度鉆井液（1.04g/cm3）；替入后提排量困難，頻繁憋壓失返。

9）重新替入高密度鉆井液（1.15g/cm3），調整鉆井液性能；循環(huán)時多次環(huán)空憋壓失返，返出大量東營組磨圓泥片和少量掉片。

10）第二次測卡點作業(yè)。

11）爆炸松扣作業(yè)。

3 測卡、爆炸松扣技術

3.1 渤海油田測卡技術現(xiàn)狀

目前渤海油田擁有FPT（磁鐵式）測卡儀和FPI（錨爪式）測卡儀2種。

FPT儀器串：單芯馬籠頭/泵沖接頭/加重桿（長度可選）/CCL（套管接箍磁定位短節(jié)）/震擊器/上磁鐵/傳感器/加長桿/下磁鐵；儀器串總長：3.99m（不包括加重桿）；儀器外徑：33mm；泵沖接頭外徑：51mm（可選）。

FPI儀器串：單芯馬籠頭/泵沖接頭/CCL/上推靠臂電子線路/應變力探頭/下推靠臂；儀器串總長：4.235m；儀器外徑：33mm；泵沖接頭外徑：51mm（可選）。

工作原理：測卡儀上下各有一個鉆桿內壁貼靠裝置（磁力塊或者伸縮腿），儀器下放至測卡位置時，磁力塊或支撐腿緊貼鉆桿內壁，當給鉆具施加扭矩旋轉時，隨著扭矩不斷向下傳遞，井下鉆具會產(chǎn)生不同程度的彈性變形，從而引起上下貼靠裝置產(chǎn)生相對的位移變化，并通過傳感器傳遞到地面儀器，彈性變形量會通過儀器房內的表盤顯示出來，表盤擺動幅度越大，則說明鉆具處于自由狀態(tài)且遠離卡點，當表盤擺動幅度微弱時，則可基本確定卡點位置。

3.2 作業(yè)的難點

1）N23H井為89°著陸水平井，65°以上穩(wěn)斜段長近1 000m；隨著井斜角的逐漸增大，井下儀器與井壁的摩擦力也不斷增大，井下儀器向井底方向運動的分力逐漸減小，當井斜角增大到約65°時，井下儀器向井底方向運動的分力減小到一個臨界值，即該分力約等于井下儀器與井壁的摩擦力，這時，井下儀器再也無法借助于自身重力向井底方向運動，測井電纜下放井下儀器的作用消失。因此在井斜角大于65°的大斜度井和水平井中，必須借助外力將井下儀器推送前進。

2）如果考慮泵送測卡點及爆炸松扣工具，則電纜不能走頂驅鵝頸管三通，否則無法開泵。

3）本井油氣層已經(jīng)揭開，電纜作業(yè)期間存在井控風險。

4）如何保證本井爆炸松扣前正、反扭矩的有效傳遞至關重要。

5）測卡以后，缺乏卡點以上鉆具中和點懸重數(shù)據(jù)，無法有效判斷爆炸松扣位置。

3.3 技術措施

3.3.1 旁通短節(jié)和鉆桿考克配合使用

為保證測井儀器能夠通過泵送送入，現(xiàn)場使用旁通短節(jié)，同時在旁通短節(jié)下接考克，保證井控措施到位，如圖2所示。旁通短節(jié)為電纜進出鉆桿提供通道，電纜下入鉆桿內后在入口處安裝密封盤根，可以避免開泵后鉆井液的噴射，測卡時通過“T”型卡固定電纜，可實現(xiàn)鉆桿施加扭矩。

圖2 旁通短節(jié)和鉆桿考克

3.3.2 爆炸松扣點中和點懸重計算

根據(jù)鉆進期間不同井段的旋轉扭矩、上提下放懸重等數(shù)據(jù)，通過Landmark軟件模擬推算出各井段的摩阻系數(shù) （裸眼段可按軌跡情況和地層差異分段模擬），以此反推上提下放懸重、扭矩，對比隨鉆錄井數(shù)據(jù)最終得出擬合度較好的摩阻系數(shù)。在得出合理的摩阻系數(shù)后，計算爆炸松扣點的中和點懸重以及上提下放懸重、小轉速扭矩等參數(shù)，圖3(a)為根據(jù)數(shù)據(jù)反演，套管摩阻取0.25，裸眼平均摩阻取0.38，與實際基本吻合，得出2 390m以上的上提、下放懸重，圖3(b)為上述模擬數(shù)據(jù)下不開泵、開小轉速下的上提、下放懸重。

3.3.3 爆炸松扣前正、反扭矩的傳遞措施

傳遞正扭矩：活動鉆具至中和點懸重，施加緊扣扭矩45kN·m（鉆桿正常緊扣扭矩的120%）[6]，鉆具正轉13圈，逐次下壓10～20t直至頂驅懸重并各穩(wěn)定3～5min；再次上提至中和點懸重58t，逐次下壓10t直至頂驅懸重并各穩(wěn)定3～5min，重復3次傳遞緊扣扭矩。

傳遞反扭矩：活動鉆具至中和點懸重，分別施加反扭矩 10、20、30kN·m，在懸重 68～45t之間，每次下壓5t各穩(wěn)定2～5min；再次上提鉆具至中和點懸重58t，施加反扭矩30kN·m，鉆具反轉 9.75圈，在 68～45t之間上下快速活動鉆具，多次重復上述操作，傳遞松扣扭矩。

4 應用效果

通過上述技術措施的應用，N23H井順利完成2次測卡點和爆炸松扣作業(yè)，實際松扣點與設計完全吻合，倒開鉆具后上提下放懸重與模擬計算值吻合度也極高。

4.1 測卡儀的應用情況

1）N23H第一次測卡點：第一趟使用磁鐵式測卡儀+2根加重桿+51mm泵沖接頭，泵送至1 626m，遇阻無法通過；第二趟使用錨爪式測卡儀+51mm泵沖接頭，泵送順利到位。

2）第二次測卡點：第一趟使用錨爪式測卡儀+63mm泵沖接頭，泵送順利到位，準備測卡時儀器故障（錨爪無法伸出）；第二趟使用磁鐵式測卡儀+4根加重桿+63mm泵沖接頭順利泵送到位。

4.2 電纜打扭問題

爆炸松扣儀器串：單芯馬籠頭/泵沖接頭/CCL/加重桿2根/點火頭/爆炸桿儀器串總長：4.26m；儀器外徑：43mm；泵沖接頭外徑：63mm。

儀器下入情況：順利泵送下至2 400m，無遇阻顯示。上提至2 150m測CCL校深，繼續(xù)上提爆炸松扣工具至 2 086.16m（井斜 66°）。

爆炸松扣結果：通過計算數(shù)據(jù)分別傳遞正扭矩和反扭矩后，點火爆炸，最終結果顯示在設計位置一次爆炸松扣成功。

出現(xiàn)的問題：由于鉆桿旁通和井口電纜卡子的作用，點火爆炸后鉆具迅速反轉倒扣，井下儀器和電纜會隨之反轉，導致自“T”型卡以下電纜出現(xiàn)打扭現(xiàn)象。利用“T”型卡子固定電纜后可通過盡力放松地面電纜，留足纏繞余量來解決此問題。

5 結論

1）磁鐵式測卡儀在下放過程中，上下磁鐵始終偏心吸附于鉆桿內壁，在大斜度井中下放需要克服額外的吸附力產(chǎn)生的摩阻，儀器下放到位困難，推薦大斜度井測卡點使用錨爪式測卡儀?？上刃∨帕勘盟停ū脡?～3MPa），使鉆井液保持流動狀態(tài)，下放至井斜45°井段以后逐步提高排量（泵壓5～6MPa），保持儀器穩(wěn)定的下放速度，接近最深下入位置時適當控制下放速度。

2）鉆桿旁通閥盤根承壓能力有限，一旦出現(xiàn)井控風險，可剪斷電纜后關閉考克，卸掉旁通后接頂驅進行后續(xù)處理。

3）爆炸松扣作業(yè)，正、反扭矩傳遞很重要。推薦措施為活動鉆具至松扣位置中和懸重，對鉆具施加正扭矩（鉆桿正常緊扣扭矩的120%），過提至中和懸重的10%～20%，逐次下壓10～20t直至頂驅懸重，每次穩(wěn)定3～5min，對松扣點以上鉆桿緊扣，釋放扭矩后，重復上述動作3次以上，確保扭矩傳遞充分。記錄每次傳遞過程中鉆具轉動的圈數(shù)變化。

[1]蘇義腦,周煜輝,黃洪春.高歌奮進 為油開道——中國石油鉆井工程技術回顧,現(xiàn)狀與展望[J].石油科技論壇,2009,28(5)：9-16.

[2]Shivers R M,Domangue R J.Operational decsion making for stuck-pipe incidents in the Gulf of Mexico：a risk economics approach[J].SPE Drilling&Completion,1993,8(2)：125-130.

[3]張東方.測卡、爆炸松扣儀在大斜度井和水平井中的應用[J].復雜油氣藏,2011,4(3)：79-82.

[4]劉國宏,朱偉厚,杜君,等.調整井鉆井過程中的出水問題與處理[J].斷塊油氣田,1998,5（3）：12.

[5]姬洪剛,卓振洲,張雪峰,等.渤海某油田利用模塊鉆機調整井鉆井作業(yè)的難點與對策[J].科技創(chuàng)新與應用,2014(6)：77-78.

[6]董星亮,曹式敬,唐海雄，等.海洋鉆井手冊[M].1版.北京：石油工業(yè)出版社，2011.