套管回接工艺在定向井施工中的应用_马金良.pdf

2023年第2期西部探矿工程*收稿日期：2021-12-23作者简介：马金良（1978-），男（汉族），山东寿光人，工程师，现从事石油钻井工作。套管回接工艺在定向井施工中的应用马金良*（大庆钻探工程公司钻井四公司，吉林 松原 138000）摘要：在定向井施工中，如果对邻井井斜和方位等资料掌握不清，在施工中很可能导致两井相碰，造成事故复杂。被碰井被损坏之后必须进行修复，而修复的方法之一就是将被碰井损害套管取出，用回接工具回接，使之重新恢复生产。详细介绍了取套管和套管回接的常规工艺，及其使用工具的结构、工作原理和使用方法。同时通过具体事例深入地分析了回接工具在使用中的注意事项。关键词：相碰；取套管；回接；工具；试压中图分类号：TE925 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023）02-0059-04在钻井过程中若两井相碰，会导致邻井套管损坏，此外，有的生产井由于长期采油或受地层因素影响，套管会发生形变或破裂。为防止以上情况影响后续采油，必须采用特殊工艺修复损坏的套管，以便恢复正常生产。目前修复套管多采用套管补贴、水泥回注和套管回接等工艺。套管补贴工艺和水泥回注工艺虽然简单经济，但使用周期短，使用周期一般最长为35年，而且还会导致套管内径变小，影响后续正常施工。而套管回接是一劳永逸的技术措施。所谓套管回接工艺就是将损坏套管取出，用套管回接筒连接套管并回接，满足后续施工作业要求而采取的施工工艺。该工艺有保持套管型号不变、套管内径不变、安全可靠、使用周期长等优点。套管回接工艺的施工程序为：套管测卡、套管内切割、套铣、套管外切割、回接、固井、钻水泥塞和试压等。下面对此工艺的作业程序、工具使用方法进行简要介绍，并结合现场应用实例总结列出套管回接过程中的注意事项。1套管回接工艺与工具1.1套管回接程序1.1.1套管测卡套管测卡一般采用提拉测卡，其目的主要是确定套管卡点位置，从而确定套管切割深度。如果卡点在损坏套管以下，则直接用化学切割或用机械式内割刀切割，取出损坏套管后回接便可；如果卡点在损坏套管以上，则在取出损坏套管前还必须采用套铣和外切割的方法取出部分套管，直至将损坏套管取出。1.1.2套管内切割套管内切割的方法一般有三种：化学切割、聚能切割和机械切割。（1）化学切割：用电缆带化学切割弹切割。具有切割点准确，切割后的切面规则平整、省时的特点。但价格比较昂贵，海上油田使用较广，而陆地油田使用较少。（2）聚能切割：用电缆带聚能切割弹切割。具有切割点准确、但切割后的切面不太规则的特点，如果要进行后续施工，施工前必须用磨鞋磨铣鱼顶，直至鱼顶整齐规则。（3）机械切割：一般是下钻具带机械式内割刀（或段铣工具）切割。其具有切割点准确、切面规则平整等特点，因此在陆地使用较广，本文主要介绍此工艺。1.1.3套铣有些井切割点在套管损坏点以上，因此必须采用套铣的方法，套活上部套管，然后切割，如果上部被卡套管较多，则还必须采用分段套铣、分段切割（外割）的方法，直至将损坏套管取出。1.1.4回接回接管柱：衬管+回接筒+套管。回接要求：（1）衬管与套管重合段一般为2030m。（2）衬管与回接工具及各处连接丝扣要上紧并密封。592023年第2期西部探矿工程（3）将衬管套入套管，回接工具距鱼顶0.5m左右，开始固井。（4）固完井后，下放管柱，目的是让回接筒内的卡瓦抓住落鱼，从而将整个管串连成一体，保证管串的连续性。1.1.5钻水泥塞固井候凝24h后，要将残留在套管内的水泥塞钻穿，同时通井到预计井深，其目的是保证套管内畅通而不影响后续施工，确保后续施工的安全可靠。1.1.6套管试压按照常规套管试压的方式对回接的套管进行试压，其目的是验证整个套管串的密封性。试压合格即证明套管回接成功。1.2主要使用工具介绍1.2.1割刀割刀分为机械式内割刀和外割刀，它们的结构如图1所示。图1割刀结构图1.2.2内割刀（1）结构：内割刀由摩擦扶正机构、锚定缓冲机构和切削机构三部分组成。摩擦扶正机构主要由扶正体、摩擦块、滑牙套、滑牙片、带齿定位环及下引锥组成；锚定缓冲机构主要由卡瓦锥体、卡瓦主簧和主簧座等零件组成；切削机构主要由中心轴、刀片支撑、刀片、推刀块、刀片簧、止推环和开合螺环等零件组成。（2）工作原理：正转中心轴，卡瓦工作直径逐渐扩大，直至抵住套管内壁，下压中心轴卡瓦即把割刀固定在套管内壁上，在下压中心轴的同时推刀块逐渐接近刀头，并进入中心轴上的嵌刀槽内，此时推刀块的斜面将刀片向外顶出，并逐渐下压中心轴，然后刀片逐渐外张，此时便可进行切割；当切割完成后，上提中心轴，推刀块和中心轴产生相对下移而退出嵌刀槽，刀片在刀片簧及其自重的双重作用下回收，当继续上提直至扶正体和卡瓦抵住下引锥，此时卡瓦锥体随中心轴一起上移，卡瓦失去楔紧作用，于是割刀松开，此时便可提出套管。（3）使用方法：将内割刀连接于钻柱上，并下至预定井深，但应避开套管或油管接箍，正转割刀3圈，使滑牙片和滑牙套脱开，下放钻具（510kN），使卡瓦和切割管柱内壁咬紧；以1018r/min的转速切割钻具，切割过程中应逐渐加压，每次下放钻柱2mm，当旋转自如无反扭矩（即扭矩值复原）则表明切割完成，此时可以提高转速，并反复加压（05kN），若扭矩不增加，则证明管柱已被切断；停止转动钻具，缓慢上提，使内割刀恢复初始状态后，再将内割刀提出套管。（4）注意事项：下井前应核对被切割管柱部位内径尺寸是否和割刀相适应；刀片是否处于缩回状态；下放内割刀时严禁转动钻柱，如下放遇阻应上提钻柱检查原因，切割时应缓慢正转，操作要平稳，送钻要均匀；深井或大斜度井眼内切割时，为保证切割成功，可以在割刀之上装一个稳定器。1.2.3外割刀（1）结构：机械式外割刀主要由切割机构、引导锚定机构和止推轴承三部分组成。切割部分主要由刀头、压力弹簧、进刀环、剪销、弹簧和弹簧帽等零件组成；引导锚定部分主要由卡紧套、引鞋和筒体上接头等零件组成；止推轴承部分主要由上止推环、下止推环和滑环等零件组成。（2）工作原理：当机械式外割刀用套铣管下入井内，并到达预定位置时，上提割刀，割刀内的卡紧套向上顶住管柱接头台阶，继续上提割刀，弹簧压缩下推进刀环，当弹簧全部被压缩时，进刀环上的铜销被剪断，弹簧的压缩势能向下推动进刀环，当进刀环向下推移时，进刀环的锥面就迫使5个刀头向割刀中心移动，使割刀处于切割状态；当割刀切割转动时，上止推环和卡紧箍固定在落鱼上不动，而下止推环及其以下部分都602023年第2期西部探矿工程与筒体一起旋转进行切割，由于弹簧的压缩势能的作用，在切割过程中，弹簧推动进刀环逐渐下移，逐渐进刀，直至切断落鱼，切断后卡紧套顶住已割断部分的接头台阶一起取出。（3）使用方法：切割前井眼准备：套铣时铣鞋的外径应略大于割刀外径；内径略小于割刀内径：套铣长度要比切割长度长一个单根；下割刀时，按照要切割落鱼的规格，选择相应的外割刀和卡紧套；切割时：当割到接近鱼顶时，应开泵冲洗管柱，并缓慢下放到预定位置，测出空转扭矩和自由悬重；然后慢慢上提割刀直至卡紧套上的卡簧顶住接箍的下台阶面，并继续上提，直至剪销被剪断，此时指重表有明显的跳动，然后均匀慢慢正转钻具，直到割断管柱，此时指重表显著跳动，扭矩减小，说明套管已割断。（4）使用注意事项：当割刀套入鱼顶后不要上提，以防剪断销钉；切割时不要开泵循环，以免泵的脉冲作用影响切割效果；上提割刀剪断销钉，开始切割时，只需小扭矩，如果转动不自如，可能使因为上提过猛，卡簧顶力过大，此时应将割刀略微下放。2应用实例实例一：XX-16井套管回接。（1）基本数据：井别：生产井；井型：五段制定向井；完钻井深：2134m；造斜点：544m；最大井斜：28；套管数据：J55139.7mm7.72mm；井身结构：311mm215.6m+244.5mm215m+220mm2134m+139.7mm2125m。（2）套管损坏原因：XX-17井在钻井过程中，与临近的XX-16井相碰，致使XX-16井生产套管在760m处被钻穿。（3）事故处理目的：将损坏套管取出，并回接下部套管，恢复该井的正常生产。（4）施工概况：测卡点：测得卡点在526m；内割刀切割：从520m处切割；套铣：共套铣6次，套铣深度从520795m；外割刀切割：累计切割5次，共取出套管30根；回接点：769.46m；回接管串：200mm衬管2根+200mm回接筒+139.7mm套管；试压：憋压11MPa，30min不降，试压合格。实例二：XX-8井套管回接。（1）基本数据：井别：生产井；井型：直井；完井方法：管套射孔完成；设计井深：1740m；实际井深：1654m；井 身 结 构：311mm 124.86m+244.5mm 124.46m+215.9mm1654m+139.7mm1646.18m。（2）事故发生经过：XX-9井二开定向钻至503m处，由于采用螺杆钻进，转盘无憋跳，进尺较慢，井口有铁屑及原油返出，判断是定向方位搞错造成二井相碰，钻穿正在生产的XX-8井生产管柱。（3）套管回接处理概况：测卡点：卡点位置246m；内割刀切割：从229m处切割；套铣：共套铣5次，套铣深度从229549m；外割刀切割：累计切割3次，共取出套管290m；回接点：519m；套管回接管串：205mm铣鞋+205mm衬管3根+200mm回接管+139.7mm套管；试压：憋压15MPa，30min不降，试压为合格。3施工注意事项（1）套铣管引鱼要慢转轻放，开泵引鱼，并且在套鱼前，距鱼顶0.5m，要大排量开泵冲洗鱼顶，严禁用套铣管划眼；套铣时注意泵压及扭矩变化，若泵压或扭矩增加，则上提活动钻具（但不能提出鱼顶）正常后再套铣；如果井身结构或井下情况复杂，可以少下套铣管，减小套铣管的钢性，避免发生套铣管事故。（2）内割刀的使用。先检查工具的状态是否灵活好用，下放内割刀时严禁转动钻具，下放至预定井深，但应避开套管接箍；正转三圈，使滑牙片与滑牙套脱开，下放钻具加压510kN，坐稳卡瓦以低转速正转切割工具，开始有一定的扭矩。每次下放不能超过3mm，约25min左右，切割完成，旋转时负荷减小。（3）外割刀由于卡紧套的作用只能下放不能上提，所以下钻时上提钻柱的高度以能打开吊卡为限度，避（下转第64页）612023年第2期西部探矿工程分析本井目的层油层特征，垂向判断油层顶部、底部的岩性特征做出预案。结合临井资料，对临井相同层的曲线特征、含油产状情况、试油情况详细分析统计，预测本井目的层的岩屑含油性，对水平段含油岩屑定名做宏观性预案。（3）钻具管理。造斜段、水平段时，钻具、实钻井深严格管理，防止井深出现差错，迟到时间及时校正，保证岩屑返出时间准确，如差距较大，影响下步轨迹部署。与井队沟通好，造斜段开始不能提前打钻，尤其在开钻前钻水泥塞时或更换随钻测井仪器时，提示钻井队不能多打，防止重要显示、标志层打掉漏测（如目的层较近，标志层较少，影响甲方入靶判断）。（4）钻井液及药品。油基钻井液、水基钻井液药品严格把关，逐一收集并在荧光灯下观察、滴氯仿试验，样品是否有荧光（疑似药品现场留样保存）；钻井液样品在造斜段、水平段时提前收集，在荧光灯下观察、滴氯仿试验，防止钻井液影响岩屑显示落实。水基钻井液从造斜段开始混入润滑剂（白油），跟井队沟通后做好记录，如加润滑剂（白油）立即汇报现场实际情况，润滑剂最好在非目的层加入并充分循环。如现场做轻烃取样（钻井液、岩屑），一定对现场加入润滑剂（白油等）选样保存，后期相关人员要用该样品做背景值分析。完钻后及时将药品用量情况，与泥浆负责人及时收集。（5）着陆点预测。二维模型预测根据实钻测、录井资料选取稳定标志层与邻井精细对比逐步校正二维模型；标志层对比选取具有明显电性、地质特征的地层进行对比。在一定情况下可以利用泥岩颜色的不同及砂岩组合特征为宏观标志层。地层视倾角计算地层较平缓时，采取等厚对比，地层下倾时，采取增厚对比，地层上倾时，采取减薄对比。视垂厚度对比结合地层倾角，还原成地层实际厚度。地层倾角下倾3.5校正厚度。探层临近目的层时，要选择合理的探顶角度，避免穿层，最后通过地质循环可以及时准确判断着陆点，为下步轨迹调整提供依据。水平段利用二维模型跟踪，依据目的层垂向特征、沉积厚度分析、伽马成像、地震资料应用综合判断，综合分析，采取合理施工方案。5结论水平井钻探与开采离不开水平井录井技术，我们要重视水平井录井技术的发展，必须充分意识到水平井录井技术的地质导向作用并全力发挥此作用；要克服一切影响水平井录井技术的不利因素，利用综合录井技术实时采集有效参数，监督并指导现场工作，及时地做好工程预报。当然，水平井录井技术仍需不断的发展，要求在职的录井工作者们严格按照规范要求进行录井操作，要求录井技术研究者们找出更多更好针对各种不利影响因素的解决方案。参考文献：1李联玮.录井技术现状与发展方向J.当代石油石化,2006,14(9):41-44.2荣延善.水平井地质导向技术的应用J.江汉石油职工大学学报,2003,16(9):50-51.3王升永,宋庆田,等.综合录井在水平井钻进中的作用J.大庆石油地质与开发,2004,23(3):29-30.4贾大云.水平井录井技术难点及对策J.大庆石油地质与开发,2005,24(增刊):13-14.（上接第61页）免损坏割刀刀头；切割前要循环泥浆，冲洗外割刀内的杂物，保证外割刀内部清洁，停泵切割时，要缓慢上提割刀，找接箍时发现指重表有显示后，继续慢慢上提，直至剪断铜销，然后下放至原悬重再上提2kN进行切割。切割过程中指重表有跳动，扭矩减少，再缓慢上提510cm，如果无挂卡现象，说明套管已被切断。（4）为了保证回接处的固井质量，固井时应适当多注水泥，并计算好替量，以确保回接筒附近水泥胶结质量良好，从而确保试压合格。参考文献：1张志敏.完井管柱套管回接处防阻防卡技术J.内蒙古石油化工,2020,46(5):80-82.2李波,宋吉明,杜彤,王川.套管回接工艺在海上老油田侧钻中的应用J.中国石油和化工标准与质量,2020,40(3):233-234.3杨洪波,张启峰,贾兴德,杜志伟.套管回接装置的设计制造及应用J.西部探矿工程,2015,27(12):71-72,77.4孙连伟.深井井身结构设计中回接尾管的条件及准则分析D.中国石油大学（华东),2013.64