水平井卡钻事故的爆炸处理方法分析

李 甲 柴文广

(中国石化集团华北石油局测井公司 河南新乡)

水平井卡钻事故的爆炸处理方法分析

李 甲 柴文广

(中国石化集团华北石油局测井公司 河南新乡)

在水平井钻进过程中,由于钻井液和地层等原因,不可避免的出现井内卡钻事故。有效的解卡不仅为钻井公司节约了大量成本,也为及时化解卡钻风险提供了保证。文章系统分析了水平井钻具松扣、切割施工中的难点。当经过泡油、震击还不能够解卡时,爆炸处理方法便能有效地解决此类卡钻问题,该项技术在大牛地气田水平井中也得到了很好的应用。

水平井;钻具;解卡;分析;爆炸处理

0 引 言

通过钻水平井,增加水平井段长度来提高油、气采收率已成为油气田提高产量的一项重要途径。目前大牛地气田实施的水平井总数达到22口,随着水平井成本不断降低,油气采收率的不断提高,水平井工业化也不断地向前推进。与此同时,水平井钻进过程中的卡钻事故如处理不好,必然阻碍水平井工业化进程。本文以DPX1 A点前卡钻松扣和DPX2、DPX3水平井爆炸切割为例,介绍了华北测井成功实施A点前松口和超长井段钻具切割的施工经验。阐述了爆炸切割技术在水平中应用过程中存在的技术难点和风险及解决问题的思路。

1 电缆能下放到位置的爆炸松扣

当井斜小于70°,正反扭矩能够下传到达卡点位置时,一般情况下电缆能够自由下放到位,便会采取爆炸松扣的方法。其原理是将钻具悬重提至适当的吨位,并使钻具施加一定的反扭力矩,这样当爆炸杆在接头处爆炸时,产生的冲击波及振动力,足以使接头部分发生弹性形变使其丝扣倒扣,达到松扣的目的。

1.1 药量的选择[1]

爆炸松扣时采用的药量与钻具的尺寸、井深、钻井液密度及炸药的性能都有关系。现一般都采用铅导爆索来做爆炸杆,其推荐药量如表1。(药量单位:g)

表1 根据井深、钻具尺寸的药量推荐表

1.2 爆炸松扣前钻杆的紧扣[1]

在爆炸松扣作业中,这是一个非常重要的环节。目的是使钻杆各个连接部位受力均匀,有足够的紧固程度,防止在施加反扭矩时将钻具倒开,表2是施加正扭矩和反扭矩的参考数据。

1.3 下井爆炸杆的优化

下井的爆炸杆和电缆的连接采用硬连接方式,这样可以保证各个连接部位的绝缘程度,也有利于在水眼较小部位的顺利下放。为了能尽量下放,在仪器最下端加上引锥。仪器采用无源磁定位,可以一次性将全部工具下到指定位置,如图1所示,从而做到准确定位、确保点火松扣一次性成功。

表2 爆炸松扣紧扣的参考数据

图1 爆炸松扣示意图

2 水力输送电缆切割弹爆炸切割

爆炸切割是将钻具悬重提至适当的吨位,炸药爆炸时环形聚能穴药罩被压垮,碰撞形成高速运动的环形连续射流沿聚能穴药法线方向发射,将钻具切断。此种方法适合钻井液能循环时的水平井在爆炸松扣无法达到位置处进行切割。

2.1 确定切割弹

在选择切割弹时,首先要根据所切割钻杆的内径、外径、壁厚、钢级选择所必须的切割能量,其次要根据水眼的大小尽量增大切割弹在水平段输送时钻井液的驱动面积,以便使切割弹尽量的接近卡点。

2.2 钻井液输送电缆切割弹

单独采用电缆下放,切割弹能到达的井斜角为60°左右,所以其输送动力只能采用钻井液加压循环的力量推动切割弹进入大斜度及水平段。井口需加装电缆密封装置,为了确保切割弹下放的过程中保持电缆的弱点不被破坏,应根据下放的深度和张力情况慢慢增加钻井液排量,但张力要控制在电缆头弱点拉断力之内。根据试验,采用8 mm电缆,过细则弱点及拉断力太小,过粗则自重太大,不利于水平段的输送。

2.3 准确定位切割弹位置

确定切割弹的下方深度应该采用切割弹点火头上方加装防震无源磁定位仪器,通过在施工过程中密切观察磁定位和张力曲线来控制绞车下放的速度,从而保证电缆与切割弹同步下放。由于切割弹要求最佳的切割位置为钻杆的接头处,需测量磁定位曲线,然后通过磁定位零长计算切割弹位置。

2.4 确保切割弹能够点火

切割弹点火成功要保证电缆在井下十几小时的绝缘、通路良好,所以要精心制作电缆头,确保通路、绝缘良好。在连接方式上采用硬连接方式,并且点火头采用安全可靠的磁电雷管点火头。

2.5 切割弹点火前、后的工作

点火前钻具悬重提到最大负荷,并施加扭矩;切割

后要不停地活动钻具、循环钻井液,直至钻具提出。

3 连续油管输送爆炸切割

连续油管输送爆炸切割技术是针对水平井不能进行循环时采用连续油管将切割弹到达指定位置进行起爆切割,其切割的原理及弹的选型与电缆输送切割一样。

3.1 压力起爆器的选择

选择水平井压力起爆器,它采用压力激发方式起爆,特别是在稠油井、大斜井、水平井或多个目的层同时或分级射孔起爆作业过程中,使用方便。为了更加安全可靠,加装上缓冲器,以防在下放过程中误加压。其上接头和连续油管相连,下端连接钻杆切割弹[2]。

3.2 准确定位切割弹位置

采用存储式磁定位和伽马在通井时连接在模拟弹上端,到达位置后在连续油管上做上记号,地面记录时间及深度。仪器提出后,采集数据进行分析,根据伽马和钻杆根数准确定位,还可以根据钻杆的长度前后进行推理定位。

3.3 判断切割弹成功起爆[3]

通过TCP监测系统判断切割弹是否成功起爆,将TCP监测识别系统的传感器吸附在井口的钻杆上,当井下爆炸时,其振动波沿管壁传至地面传感器,传感器产生相应的电压信号进入主机,信号处理后进入监测识别软件,由识别软件解析出爆炸信号中的频谱,如波长、频率等,进入分析平台中进行频谱分析并计算,给出分析结果,若分析结果认定为爆炸信号,则自动给出射孔判断及判断依据。判断切割弹的成功起爆,能给以后的工作提供参考。

4 松扣切割在水平井中的应用

4.1 爆炸松扣在DPX1的应用实例

DPX1井是华北分公司的一口重点水平开发井,设计垂深2 804 m,在钻至山1段厚煤层下部2 947.34 m时卡钻,经过浸泡解卡剂、活动钻具等无效,决定采用爆炸松扣解卡,判断为煤层垮塌造成钻具遇卡。根据煤层的上下界,判定卡在2 930 m处,经过研究确定,将松扣位置定在2 910 m处的接头上。

施工过程:首先要正反扭矩,考虑到大井斜大位移的因素,加反扭矩时要比常规井多加2圈,加到13圈,然后连接好爆炸工具,在制作爆炸杆时考虑到斜度较大,多加了50 g药量;然后下放,工具很顺利下放到预定位置2 910 m,通过磁定位曲线将爆炸杆定位到钻杆接头处;点火后发现钻盘转动,爆炸处松扣成功。

4.2 电缆输送爆炸切割在DPX2的应用实例

DPX2井是大牛地气田的一口超长水平段的水平井,钻具采用普通5 in钻具,外径127 mm,内径108 mm,壁厚9.5 mm,最小井眼69.9 mm,钻井液能正常循环。经过认真分析、实验,确定了切割方式、切割弹型号、电缆的规格等,并对施工中的难点进行了对策研究,对各种风险进行评估,采取了一系列的应急措施。

施工过程:根据具体情况确定了下井工具的连接,依次为电缆头+磁定位+转换头+点火总成+切割弹,总长度为1.67 m,电缆直径为8.0 mm,磁定位外径43 mm,点火总成外径43 mm,切割弹最大外径60 mm,总装药量为1 800 g;安装好井口密封装置,下扣型为钻杆公扣,连接好手压泵和钻井液循环系统。将下井工具与电缆头连接,放入到钻具水眼内进行自然下放。当放到井斜60°左右有遇阻现象便连接好压井口电缆密封装置打上手压,通过加压注入并循环钻井液的方式输送切割弹。绞车司机密切注意张力系统,控制在拉断力以内,做到随时下放电缆;整个下放过程中密切观察磁定位和张力曲线,控制绞车下放的速度,使电缆与切割弹同步下放,经过一步步平稳加压,切割弹最终到达指定位置,而张力也控制在弱点拉力的75%以内;根据磁定位曲线和切割弹的零长差将弹准确定位到需要切割的钻杆接头上;点火前钻杆从120 t提到250 t,点火后仪器提出后能看到切割弹爆破的痕迹。

电缆提出后,钻井队反复活动钻具及循环钻井液,直至全部提出。切割深度4 059.41 m,切割水平段长达1 194.21 m,切到了卡点前最后一个接头、创造了国内水平井超长水平段钻杆切割施工纪录。

4.3 连续油管输送爆炸切割在DPX3的应用实例

DPX3井在井深4360m时上提下放活动钻具无效,钻具卡死,内外无法建立循环。A点位置在2 942 m,水平段长达1 418 m。

施工过程:由于DPX3井为氮气泡沫钻进,所以先有井队进行压井、直井段进行倒扣等作业,然后有连续油管作业队进行井口安装。然后用连续油管带起爆器、存储式磁定位、伽马仪器及模拟弹,送至切割位置模拟爆破,为下步正式爆破切割提供所需参数;最后根据实验结果,连接切割弹进行切割作业,成功加压19MPA引爆切割弹,圆满而完美完成钻具切割任务,切割深度4 120 m,切割水平段长达1 178 m,切割后钻具安全提出。

5 结论及建议

直井、斜井、水平井都能采用爆炸松扣(切割)的方法处理钻具,钻井液能循环时采用水力输送法将切割弹输送到指定位置进行爆炸切割,在钻井液无法建立循环时,采用连续油管输送切割弹到指定位置进行加压力起爆。

从切割的效果来看,切口均有连带现象,原因是切割弹在水平段一边紧挨钻具,造成切割不完全。建议针对水平井专用切割弹要有扶正装置,使切割弹尽量居中,达到最佳切割效果。

[1] 李佳明.最新钻具技术手册[M].北京石油工业出版社,2009

[2] 西安兵器工业二0四所.聚能切割弹系列产品简要说明.2008(资料)

[3] 陕西应用物理化学研究所.TCP监测识别系统技术说明书.2007(资料)

0,24(6):9～11

Stuck accidents inevitably happen for complex technology of horizontal well,strong pulp-making capacity and unstable information.Effective releasing drill tools not only economize for well drilling companies,but also eliminate all risks of stuck.After oil emulsion drilling fluid and impact force by jar bumper,it can′t work,loosening by explosion is available.System analysis of prominent difficulties existed in construction of cutting drill pipes and thread breaking out is investigated in this paper.And the application of this technology is illustrated in Daniudi gas field.

Key words:horizontal well;drilling tool;releasing stuck;analysis;explosive teatment

Analysis of explosive treatments for stuck drilling tools in horizontal well.

Li Jia and Chai Wenguang.

TE28

B

1004-9134(2010)06-0009-03

李 甲,男,1966年生,高级工程师,1990年毕业于长春地质学院,现为华北石油局测井公司副总兼测井技术服务中心主任,主要从事测井工艺研究工作。邮编:453700

2010-05-26编辑:刘雅铭)