秦 春， 陳小元， 程智勇

（中石化華東石油工程有限公司江蘇鉆井公司，江蘇揚(yáng)州 225261）

深部裂隙發(fā)育的泥巖地層和破碎地層在鉆井過程中極易垮塌，且垮塌物尺寸大。在井眼失穩(wěn)和復(fù)雜情況處理方面，目前國內(nèi)外主要采用優(yōu)化鉆井液、稠段塞清掃、牙輪鉆頭和反循環(huán)打撈籃劃眼等常規(guī)方法[1-3]，但處理井下大徑垮塌物遇阻劃眼時間長，會嚴(yán)重影響鉆井成本和經(jīng)濟(jì)效益。如FHX1 井，完鉆后井下掉塊的直徑最大達(dá)到15 cm、厚度達(dá)到8 cm，處理井下掉塊劃眼時間長達(dá)30 d。造成大徑垮塌物劃眼處理時間長的原因主要有：1）注入高黏鉆井液段塞清掃垮塌物時，難以將大徑垮塌物攜帶至地面，且多次采用稠段塞清掃易破壞鉆井液性能，造成井眼失穩(wěn)垮塌井段進(jìn)一步垮塌，形成惡性循環(huán)；2）缺少處理大徑垮塌物遇阻的劃眼工具，配套技術(shù)不完善。采用牙輪鉆頭或領(lǐng)眼公錐劃眼時，由于垮塌物尺寸大且堅硬，難以破碎垮塌物，且其不具備打撈功能；使用反循環(huán)打撈籃打撈垮塌物，由于其容量小，一次撈出量有限，導(dǎo)致劃眼效果差，處理時間長[4-8]。因此，筆者考慮從劃眼工具著手，采用集破碎、劃眼和打撈于一體的工具，形成了井下大徑垮塌物打撈劃眼一體化處理技術(shù)。12 口井的現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，該技術(shù)能縮短井下大徑垮塌物的處理時間，降低鉆井成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 打撈劃眼一體化工具

為實(shí)現(xiàn)打撈劃眼一體化工具的破碎、劃眼和打撈一體化功能，借鑒了反循環(huán)打撈籃的鉆井液循環(huán)方式，通過優(yōu)化循環(huán)方式降低了鉆井液對井壁的沖蝕。針對劃眼時大徑垮塌物易使鉆頭發(fā)生偏移、不易被鉆頭破碎的問題，借鑒取心鉆頭的環(huán)形切削思路，采用環(huán)形硬質(zhì)合金切削齒對大徑垮塌物進(jìn)行破碎。針對大徑垮塌物不易被鉆井液攜帶至地面的問題，將劃眼作業(yè)中依靠鉆井液循環(huán)清理掉塊的方式改為利用工具內(nèi)筒進(jìn)行機(jī)械打撈，并采用可拆裝式的加長打撈筒，不但增大了打撈筒容量，而且便于取出打撈物，提高打撈劃眼效率。

1.1 工具結(jié)構(gòu)

打撈劃眼一體化工具由筒體、分水機(jī)構(gòu)、流道管、打撈機(jī)構(gòu)和銑齒等組成，如圖1 所示。筒體為正六棱柱，6 根流道管位于筒體的6 條棱上，分別與位于堵頭上方腔體內(nèi)壁上的6 個流道管相通，流道管的下端沿筒體向下延伸至筒體的下端；堵頭下方腔體內(nèi)壁上對稱設(shè)有3 個回流孔，并與筒體的外壁貫通。

圖 1 打撈劃眼一體化工具的結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Structure diagram of the integrated fishing and reaming tool1.筒體；2.花籃套；3.堵頭；4.流道管；5.打撈機(jī)構(gòu)；5a.門蓋；5b.彈性鉸鏈；5c.翻板；6.硬質(zhì)合金齒

分水機(jī)構(gòu)由堵頭和花籃套組成，堵頭位于接頭喉口部的臺階上，通過密封圈實(shí)現(xiàn)堵頭與接頭喉口部內(nèi)壁的密封?；ɑ@套上端與連接鉆具的公螺紋下端接觸，花籃套壓住堵頭，并采用平鍵與堵頭連接，防止堵頭上行或旋轉(zhuǎn)，以減輕鉆井液對流道口和堵頭密封圈的沖蝕?；ɑ@套有6 個與對應(yīng)腔體內(nèi)壁上6 個流道管相通的長腰形孔，以確保鉆井液正常流入流道。

打撈機(jī)構(gòu)由方形門孔、門蓋、翻板和鉸鏈組成，其結(jié)構(gòu)如圖1（b）所示。翻板通過彈性鉸鏈鉸接在門蓋的內(nèi)壁上，直接利用筒體方形門孔的邊沿作為門框，翻板從里面安裝，大大減小了翻板和門框的變形。翻板采用可鉆材料，確保翻板因擠壓、扭曲掉落后不影響后續(xù)劃眼打撈和鉆井作業(yè)。

劃眼用銑齒采用環(huán)形切削結(jié)構(gòu)設(shè)計，將傳統(tǒng)劃眼中對垮塌物進(jìn)行鉆磨改變?yōu)檠鼐趫A周方向?qū)逅镏苯忧邢?，以增?qiáng)通井劃眼能力。銑齒采用直徑10～11 mm 的圓柱形YK25 硬質(zhì)合金，可以將大直徑掉塊切削成粒徑較小的顆粒，有利于鉆井液將小顆粒攜帶至地面，而粒徑較大的顆粒更容易進(jìn)入打撈筒。

1.2 工作原理

下井前，將打撈劃眼一體化工具接在鉆桿下部，下鉆到遇阻井段后開泵，鉆井液到達(dá)工具筒體上端時，被喉口部的堵頭堵住，鉆井液從堵頭上部的流道口進(jìn)入流道管，沿鉆井液流道管到達(dá)下端面出口高壓噴出，在壓差作用下，鉆井液推開筒體下部的活門返入筒體內(nèi)腔，同時將切削后的垮塌物攜帶至筒內(nèi)，起到打撈的作用；到達(dá)筒體內(nèi)腔上部的鉆井液從回流孔流出，起到循環(huán)利用的作用。通過旋轉(zhuǎn)鉆具，筒體下端的硬質(zhì)合金齒對遇阻井段進(jìn)行劃眼、切削破碎大徑垮塌物，有助于碎物進(jìn)入筒內(nèi)和被鉆井液攜帶至地面；可邊下鉆邊劃眼，以起到劃眼通井修整井壁的作用。

1.3 強(qiáng)度校核及性能參數(shù)

1.3.1 強(qiáng)度校核

打撈劃眼一體化工具在井下進(jìn)行大徑垮塌物劃眼、打撈作業(yè)時，需要承受一定的鉆壓和扭矩，因此需要進(jìn)行強(qiáng)度校核，確保其強(qiáng)度滿足井下復(fù)雜工況的需求。采用有限元分析軟件ABAQUS 校核打撈劃眼一體化工具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。對打撈劃眼一體化工具進(jìn)行簡化，只保留工具的筒體和流道管，建立物理模型。模擬時施加的鉆壓、扭矩比實(shí)際施工時施加的鉆壓、扭矩大。對打撈劃眼一體化工具上端固定，下端施加40 kN 軸向壓縮力（鉆壓）和4 000 N·m周向扭矩，模擬溫度120 ℃條件下工具的應(yīng)力分布。φ203.2 mm 打撈劃眼一體化工具應(yīng)力分布模擬結(jié)果如圖2 所示。

圖 2 φ203.2 mm 打撈劃眼一體化工具的應(yīng)力分布Fig.2 Stress distribution of φ203.2 mm the integrated fishing and reaming tool

從圖2 可以看出，φ203.2 mm 打撈劃眼一體化工具承受的最大應(yīng)力在其下部外管壁凹槽側(cè)面，達(dá)到329.31 MPa。該工具的材料為4145H 鋼，屈服強(qiáng)度為689 MPa，說明打撈劃眼一體化工具的強(qiáng)度滿足井下復(fù)雜工況下的安全要求。

1.3.2 技術(shù)參數(shù)及特點(diǎn)

φ203.2 mm 打撈劃眼一體化工具的最大外徑為203.2 mm，總長2.00 m，打撈筒長1.70 m，最大打撈直徑140.0 mm，接頭采用NC50 扣，適用于φ215.9 mm井眼。

該工具具有以下技術(shù)特點(diǎn)：1）可實(shí)現(xiàn)井下大徑垮塌物劃眼、破碎和打撈一體化作業(yè)；2）打撈內(nèi)筒長1.70 m，可一次打撈出井下大量的大徑垮塌物；3）現(xiàn)場拆裝方便，打撈物容易從工具內(nèi)取出，可重復(fù)入井使用。

2 施工工藝

2.1 劃眼、打撈工藝

考慮處理井下復(fù)雜情況下劃眼作業(yè)的特殊性，入井鉆具組合為φ203.2 mm 打撈劃眼一體化工具+φ165.1 mm 浮閥+φ165.1 mm 鉆鋌×3 根+φ165.1 mm隨鉆震擊器+φ127.0 mm 加重鉆桿×15 根+φ127.0 mm鉆桿。下鉆過程中需分段循環(huán)，下鉆至遇阻點(diǎn)或預(yù)計遇阻井段，上提鉆具使劃眼專用工具距遇阻點(diǎn)5.00～6.00 m。根據(jù)井下情況合理控制排量，建立循環(huán)。劃眼過程中控制劃眼參數(shù)：1）鉆壓10～20 kN，劃眼時沖、劃與輕拔相結(jié)合；2）適用于φ215.9 mm 井眼的排量為28～30 L/s，控制泵壓不超過鉆進(jìn)時的泵壓；3）根據(jù)轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)扭矩的變化及時調(diào)整轉(zhuǎn)速，一般劃眼轉(zhuǎn)速45～50 r/min，防止憋停轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)后釋放扭矩造成鉆具故障。劃眼出現(xiàn)鉆壓不變、無進(jìn)尺、泵壓升高或扭矩?zé)o波動等現(xiàn)象時，說明打撈筒已被垮塌物充滿，需起鉆取出垮塌物。

2.2 打撈物取出工藝

打撈劃眼一體化工具接頭端的分水機(jī)構(gòu)和工具下端的打撈機(jī)構(gòu)均可拆卸，不用破壞工具即可方便地取出打撈物。具體操作流程如下：

1）打撈劃眼結(jié)束后起鉆至井口，卸下打撈劃眼一體化工具。

2）取出工具接頭內(nèi)腔上部的花籃套，用專用工具取出堵頭；拆掉打撈機(jī)構(gòu)的門蓋，將門框和翻板取出。

3）將打撈物專用取出工具從打撈劃眼一體化工具的母螺紋端放入其內(nèi)腔，采用榔頭敲擊打撈物專用取出工具的另一端，將打撈物壓出打撈劃眼一體化工具的打撈筒。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

打撈劃眼一體化處理技術(shù)在蘇北盆地、海南福山油田等的12 口井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，劃眼處理井下大徑垮塌物引起的井下復(fù)雜情況成功率100%，縮短了井下復(fù)雜情況處理時間，取得了良好的效果。下面以TX100 井和H11-5X 井為例介紹具體應(yīng)用情況。

3.1 TX100 井

TX100 井為蘇北盆地的一口預(yù)探井，完鉆井深3 230.00 m。該井進(jìn)入E1f4地層后一直沿著斷裂帶鉆進(jìn)，由于該地層具有水敏性，垮塌嚴(yán)重，且垮塌物尺寸較大。該井在鉆至井深2 383.00 m 時，因?qū)嶃@地層與地質(zhì)設(shè)計結(jié)果相差較大，中途電測前通井，通至井深2 100.00 m 附近阻卡嚴(yán)重，倒劃眼起出通井鉆具組合，下入帶牙輪鉆頭的劃眼鉆具組合進(jìn)行劃眼，在2 077.00～2 383.00 m 井段劃眼困難，共耗時5.26 d，后下入打撈劃眼一體化工具進(jìn)行劃眼。

下鉆至井深2 033.00 m 遇阻開始劃眼，劃眼井段2 033.00～2 109.00、2 234.00～2 244.00 和 2 292.00～2 311.00 m，劃眼到底循環(huán)，短起15 柱后下鉆至井深2 053.00 m 再次遇阻，劃眼困難，起鉆后發(fā)現(xiàn)打撈劃眼一體化工具打撈筒充滿大徑垮塌物，劃眼耗時0.71 d，打撈出的井下垮塌物最大尺寸20 cm×15 cm×13 cm。再次下入打撈劃眼一體化工具進(jìn)行劃眼，下鉆至井深2 030.00 m 遇阻，劃眼至井深2 033.00 m 后無法繼續(xù)劃眼，起鉆發(fā)現(xiàn)工具打撈筒充滿垮塌物，垮塌物最大尺寸為120 mm×75 mm×55 mm，劃眼耗時0.58 d。

TX100 井采用常規(guī)工具進(jìn)行劃眼，耗時5.26 d井下仍不能恢復(fù)正常，遂采用打撈劃眼一體化工具對井下大徑垮塌物進(jìn)行打撈劃眼，后下入領(lǐng)眼公錐順利劃眼到底，恢復(fù)正常，加快了劃眼處理垮塌遇阻的速度。

3.2 H11-5X 井

H11-5X 井是海南福山油田的一口評價井（定向井），完鉆井深4 514.01 m。由于設(shè)計沿斷層破裂帶鉆進(jìn)，造成崩塌式垮塌，垮塌物極大，劃眼處理難度極大，造成2 次填井側(cè)鉆。三開φ215.9 mm 井眼鉆至井深3 789.98 m 時發(fā)生井下復(fù)雜，由于處理難度大，在井深3 602.00 m 處進(jìn)行第一次側(cè)鉆，側(cè)鉆至井深3 785.96 m再次發(fā)生井下復(fù)雜，使用牙輪鉆頭、反循環(huán)打撈籃和領(lǐng)眼公錐進(jìn)行劃眼，但劃眼非常困難，耗時27 d才劃眼至井深3 776.40 m。觀察分析反循環(huán)打撈籃打撈出的井下垮塌物，發(fā)現(xiàn)井下垮塌物硬且大，于是下入打撈劃眼一體化工具破碎、打撈井下垮塌物。

第一次劃眼打撈時，打撈劃眼一體化工具下至井深3 774.50 m 阻，劃眼至及井深3 778.60 m，憋轉(zhuǎn)盤，泵壓不變，起鉆發(fā)現(xiàn)工具打撈筒充滿垮塌物，垮塌物最大尺寸為20 cm×11 cm×14 cm。隨后，又4 次下入打撈劃眼一體化工具劃眼打撈，打撈筒內(nèi)均充滿垮塌物。1.70 m 長的打撈筒兩端是25～30 cm 的巖塊，中間是6～10 cm 的碎塊，累計打撈出0.14 m3的垮塌物。該井采用打撈劃眼一體化專用工具對井下大徑垮塌物進(jìn)行破碎打撈，僅用時6 d 就劃眼至井深3 781.16 m。通過分析打撈出的垮塌物，認(rèn)為該井鉆遇了層理性斷層，設(shè)計的側(cè)鉆位置和第一次側(cè)鉆位置均為斷層破裂帶，于是決定再次填井從井深1 350.00 m 側(cè)鉆，順利鉆至設(shè)計層位。

4 結(jié)論與建議

1）打撈劃眼一體化工具可實(shí)現(xiàn)井下大徑垮塌物破碎、打撈和劃眼一體化作業(yè)，且打撈筒內(nèi)腔長達(dá)1.70 m，一次打撈量大，打撈物易于取出。

2）打撈劃眼一體化工具可以將井下大徑垮塌物破碎、打撈出，能夠加快劃眼進(jìn)度，縮短井下復(fù)雜情況的處理時間。

3）鉆井過程中出現(xiàn)井下復(fù)雜情況需要劃眼時，如果能準(zhǔn)確判斷是由大徑垮塌物造成的，建議應(yīng)用打撈劃眼一體化工具進(jìn)行處理，以加快井下復(fù)雜情況的處理速度。