摘" 要：可鉆式橋塞鉆除工藝大部分以牙輪鉆頭為主，該文介紹南海東部某井采用PDC鉆頭進行橋塞鉆除作業(yè)過程。對PDC鉆頭鉆除橋塞的參數(shù)及后續(xù)發(fā)生問題進行分析，并對處理措施做一些對應性總結，希望為后續(xù)PDC鉆頭鉆除可鉆式橋塞作業(yè)提供一些參考依據(jù)。

關鍵詞：橋塞鉆除；PDC鉆頭；臨時棄井；高溫高壓；牙輪鉆頭

中圖分類號：TE921.1" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）14-0193-04

Abstract： The drilling technology of drillable bridge plug is mainly cone bit. This paper introduces the process of bridge plug drilling with PDC bit in a well in the east of South China Sea. This paper analyzes the parameters and subsequent problems of PDC bit drilling bridge plug， and provides some corresponding summary of treatment measures， hoping to provide some reference basis for follow-up drillable bridge plug removal operation of PDC bit.

Keywords： bridge plug drilling; PDC bit; temporary abandoned well; high temperature and high pressure; cone bit

隨著勘探事業(yè)的發(fā)展，近年來南海東部鉆遇高溫高壓井的數(shù)量增加，因受臺風、作業(yè)計劃變更的影響，需對高溫高壓井進行臨時棄井作業(yè)，增加了下橋塞的幾率，但是南海東部區(qū)域在使用PDC鉆頭鉆除橋塞技術這一塊基本是空白的，本文對該技術在南海東部某探井的使用進行歸納總結分析，為后續(xù)類似作業(yè)提供了參考借鑒的依據(jù)。

1" 可鉆式套管橋塞

1.1" 結構特點

可鉆式套管橋塞主要用于對油、氣、水層進行臨時、永久性封堵或二次固井，其結構緊湊、外徑小，易于鉆除，適用于多種規(guī)格的套管[1]。棘齒鎖環(huán)結構保持坐封負荷，整體式膠筒和平滑的金屬背圈組成可靠的密封系統(tǒng)，整體式卡瓦避免中途坐封，其主要特點如下：使用機械坐封工具坐封； 一趟管柱即可完成坐封、擠注； 油管連接下入，無需其他額外設備； 可磨銑鉆除； 可輕松轉換為電纜坐封式；可輕松轉換為橋塞。

1.2" 工作原理

棄井橋塞與機械坐封工具連接后，通過鉆桿下放到預定位置，上提、旋轉、再下放，機械坐封工具的坐封套與上卡瓦脫離，使得上卡瓦釋放，接觸套管壁[2]。提拉管柱，上錐體使上卡瓦緊緊卡入套管壁，承留器無法上行，開始坐封。膠筒被擠壓膨脹，密封環(huán)空。下卡瓦被下錐體撐開，接觸套管壁。下放管柱，下卡瓦卡入套管壁，承留器無法下行。多次上提下放管柱，使膠筒充分膨脹密封，坐封完成，此時可旋轉脫手送入管串。橋塞示意圖如圖1所示。

2" 鉆除橋塞的推薦工具及參數(shù)

2.1" 工具

建議使用鉆除方式去除可鉆式水泥承留器/橋塞。鉆除方式所需時間不到磨銑方式所需時間的10%，原因為磨銑方式會產(chǎn)生大量碎屑，阻礙磨銑工具的前進。而鉆除方式產(chǎn)生的鑿毛效果，會將碎屑進一步打碎，使之漂浮到井口。使用短齒、中等硬度的牙輪鉆頭進行鉆除，是橋塞的最佳去除工具[3]。

2.2" 鉆除工藝

該最佳鉆除工藝往往受到可用的工具設備的限制，但是一般建議使用短齒，中等硬度的牙輪鉆頭（IADC 編碼2-1，2-2，2-3，2-4和3-1），轉速75～120 r/min，以及使用鉆鋌增重來保持鉆頭穩(wěn)定。

鉆除水泥承留器或橋塞：

1）鉆頭上施加5 000～7 000 lbs的力，直到中心管上端4～5 in被鉆除。

2）增加重量至鉆頭，鉆除剩余部分。增重后的重量按2 000～3 000 lbs乘以鉆頭直徑（in）計算。

例如：鉆頭直徑為4-3/4″時，增重后的重量為9 500～14 250 lbs。

當使用正常循環(huán)速度時，在鉆頭上方使用打撈籃。如果計劃進行反洗井，鉆頭上方的套管刮削器或其他工具的內部流道應于鉆頭的流道至少一樣大，避免被碎屑堵塞流道。應間歇性變化轉速和施加的重量，有利于破壞大塊金屬和阻止鉆頭卡鉆。

需注意的是鉆除所需時間與工具大小、鉆頭穩(wěn)定性、鉆頭上重量、泵速、鉆頭轉速、鉆頭類型和鉆井液等直接相關。同時采用大比重泥漿和高泵速會將鉆頭推離承留器，降低鉆除效率。鉆除橋塞所應注意的事項可參考鉆除中等硬度巖層的經(jīng)驗。

2.3" 磨銑工藝

如果受到可用工具設備的限制，或出于其他考慮，而不得不使用磨銑方式時，建議使用落物采集型磨銑工具，轉速60～150 r/min，施加重量為5 000～8 000 lbs。推薦使用黏度60厘泊的泥漿，最小環(huán)空循環(huán)速度為0.7 m/s，確保碎屑能循環(huán)出去。準備工作做好之后，在承留器上部開始啟動并慢慢地向承留器靠近。通過施加重量至磨銑工具，從而保證持續(xù)的磨銑。加在磨銑工具上的力量不可大于推薦數(shù)值，過大鉆壓會導致大塊碎屑，而大塊碎屑必須單獨打撈。

3" PDC鉆頭的破巖機理

根據(jù)巖石力學分析表明，巖石的力學參數(shù)中抗壓強度大于剪切強度大于抗拉強度，且剪切強度遠遠小于抗壓強度，在破巖時，選擇剪切破巖方式能夠大大提高破巖效率。刮刀鉆頭即是使用剪切應力破巖的，但其切削鉆頭使用材質是硬質合金，切削刃承壓面積較大，鉆頭耐磨性很差。PDC鉆頭是在刮刀鉆頭基礎上發(fā)展而來的，其使用聚晶金剛石復合片，具有金剛石和硬質合金的共同優(yōu)點，硬度強、耐磨、自銳性好[4]。在鉆井過程中，通過向鉆頭施加扭矩，復合片切削刃切入地層，并且在壓力作用下向前鉆進，達到破巖的效果，破巖過程中正是基于地層巖石剪切強度較低的特性[5]。

破巖機理如下：

1）鉆進硬地層時，切削齒在鉆壓作用下壓入巖石，使與PDC復合片接觸的巖石處于極高的應力狀態(tài)而呈現(xiàn)塑性。

2）在塑性地層（或巖石在應力作用下呈塑性的地層），切削齒吃入地層并在鉆頭扭矩作用下使前方的巖石內部發(fā)生破碎或塑性流動，脫離巖石基體，形成巖屑。此切削過程相當于“犁地”過程，稱作犁削。巖屑的體積大體等于切削齒吃入巖石的體積位移[6]。

脆性較大的巖石中，在鉆壓和扭矩的作用下所產(chǎn)生的應力使巖石表現(xiàn)為脆性破碎，即屬于以剪力和張力破壞巖石。在這種情況下，PDC鉆頭的破巖速度較高，巖石破碎的體積遠大于PDC復合片吃入后位移的體積。

由于橋塞結構特點，在破碎機理上更偏向于硬地層的破巖，在破碎過程中理應使用更高的鉆壓來突破橋塞的塑性形變來實現(xiàn)更好的破碎效果。

4" 現(xiàn)場應用PDC鉆頭鉆除橋塞案例

4.1" 應用背景及使用鉆具組合

因為該井是一口高溫高壓井，在作業(yè)過程中突然遭遇極端自然條件——臺風的影響，為確保井筒控制及人員安全，本井在套管斜附近下入一只可鉆式9-5/8″套管橋塞，避臺復產(chǎn)后需鉆除橋塞，恢復井筒作業(yè)，由于本井使用的是非常規(guī)8-3/8″井眼，現(xiàn)場未準備該尺寸的牙輪鉆頭，同時結合過往經(jīng)驗，考慮磨銑效率較低，決定下入PDC鉆頭的常規(guī)鉆具組合進行橋塞的鉆除工作，該組合為：8-3/8″PDC Bit（水眼：14×7+12×1）+ 6-1/2″變扣接頭（430×410）+6-1/2″浮閥接頭（帶閥芯）+6-1/2″DC×5根+6-1/2″Jaramp;Flex+配合接頭+5-1/2″HWDP×15根+5-1/2″DP×1根+5-1/2″投入式止回閥座接頭+5-1/2″DP×2根。

4.2" 鉆除橋塞過程

鉆橋塞參數(shù)：WOB 5 000～15 000 lbs，RPM 60～80 r/min，F(xiàn)LW 1 000～2 250 L/min，SPP 1 050～3 100 psi，TQ 4 000～6 500 lb*ft。

鉆遇橋塞頂部開始至鉆穿全部橋塞，總共耗時13.5 h，整體效率不高。在鉆除橋塞過程中，因效率極低，多次調整參數(shù)：①降低排量嘗試鉆進，維持鉆壓及轉速不變，降低排量鉆進20 min，未取得有效進尺；②降低轉速嘗試鉆進，在低排量下，維持鉆壓在一定范圍內鉆進30 min，未取得有效進尺，調整頂驅轉速以獲取更好的破碎效果；③提高鉆壓鉆進，逐步增加鉆壓鉆進，機械鉆速較前面2種方式鉆速稍微有所提升。

4.3" 鉆除橋塞過程分析

在鉆橋塞上卡瓦及封隔器密封膠筒過程中，整體效率比較理想，約4～6 m/h，現(xiàn)場是根據(jù)錄井氣測值上漲的遲到時間來反推判定鉆穿封隔器膠筒時間點及橋塞坐掛的具體深度點，增加鉆壓鉆穿橋塞后存在鉆壓放空的現(xiàn)象來判斷，此時是鉆頭破壞了下卡瓦的結構，導致橋塞下部失去與套管內壁的支撐而導致整體掉落，根據(jù)整個鉆橋塞過程中使用鉆井參數(shù)及效果分析，使用PDC鉆頭在鉆橋塞的下半部分時，機械鉆速慢，鉆頭切削齒吃入困難，效率低，后期增加鉆壓至一定程度后鉆壓快速歸零，橋塞下部整體落井，未能有效地將橋塞研磨破碎，雖然解決了鉆除橋塞的過程，但是也給下一步作業(yè)帶來了較大的隱患。本井實際下入橋塞如圖2所示。

4.4" 橋塞碎屑處理分析

本井在鉆穿橋塞后繼續(xù)用該鉆具組合下鉆通井，在裸眼通井下鉆過程中頻繁遇阻，劃眼時蹩扭矩蹩泵現(xiàn)象明顯，返出未見明顯的巖屑及井眼垮塌物，結合回收抗磨補心困難，過提20 t回收補心成功，補心外側帶出部分橋塞碎屑，并有明顯摩擦痕跡（如圖3、圖4所示），判斷原因是鉆除破碎的橋塞結構物滯留井筒，未能及時循環(huán)返出，同時鉆除橋塞時因鉆壓加大導致的橋塞下部整體落井導致劃眼時頻繁蹩泵蹩扭矩的情況。

5" 結論與建議

5.1" 結論

1）通過本次使用PDC鉆頭鉆除橋塞的過程中，膠筒上部的橋塞部分，可鉆性較好，鉆除效率較高；膠筒至橋塞下卡瓦部位可鉆性差，在作業(yè)過程中需要耐心操作。

2）通過本次PDC鉆頭鉆穿橋塞后起出鉆頭發(fā)現(xiàn)鉆頭狀況良好，表明在司鉆送鉆操作平穩(wěn)的前提下，可以使用PDC鉆頭進行橋塞鉆除作業(yè)，不會導致鉆頭的異常損壞。鉆頭入井及出井照片對比如圖5所示。

3）在鉆橋塞的過程中，先期可以使用小鉆壓、低排量的參數(shù)先磨合鉆頭，逐步增加鉆井參數(shù)至正常鉆進參數(shù)，可以獲得比磨銳及牙輪鉆頭鉆除橋塞更高的效率。

4）使用高鉆壓鉆除橋塞會導致橋塞結構碎屑過大無法有效返出，同時也易引起橋塞下部卡瓦結構損壞后整體落井，給井筒安全帶來較大的隱患。

5.2" 建議

1）作業(yè)前盡可能收集更多更全鉆除橋塞的案例，為現(xiàn)場作業(yè)提供更多的參考。

2）優(yōu)化鉆橋塞的下部鉆具結構，在下部鉆具組合（BHA）中考慮增加1個鉆柱扶正器，在長時間鉆除過程中，增大作業(yè)參數(shù)時可以有效增加鉆具的穩(wěn)定性，防止鉆穿套管結構。

3）如果鉆穿橋塞后需要繼續(xù)在井筒內進行作業(yè)時，考慮在鉆具組合中增加一只隨鉆打撈杯，有效收集井筒內的橋塞碎屑，減少卡鉆的風險。

4）考慮橋塞結構的特殊性，在鉆除過程中，當下卡瓦受力結構被破壞后，會導致下部橋塞本體整體落井，該結構在井筒內難以破壞并循環(huán)返至地面，若下步仍需要進行鉆進作業(yè)，存在較大的卡鉆風險，在鉆除橋塞時建議保持耐心，使用低鉆壓鉆除，盡量將橋塞研磨破碎，防止造成碎屑過大或結構落井，造成卡鉆等次生風險。

5）配備足夠的重稠漿，鉆穿橋塞后泵入清掃井眼，盡量將井筒內的橋塞附件循環(huán)出來，在保證井筒不漏失的前提下，可以多次泵入重稠漿及加大循環(huán)排量實現(xiàn)井眼清潔。

6）對于進行鉆除橋塞作業(yè)的井，在回收抗磨補心前，考慮在井口部位專門進行一趟沖洗作業(yè)，避免橋塞附件落入補心與井口之間的縫隙，導致補心回收困難。

參考文獻：

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