高性能套管锻铣工具在威阳89井应用

黄 兵，苗 娟，王平安，汤 明

（1.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，四川德阳618300；2.成都理工大学能源学院，四川成都610059；3.西南石油大学工程学院，四川南充637000；4.西南石油大学·油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都610500）

1 概述

受国际石油形势的影响，国际油价低迷，国内油气行业的降本增效再次提上了日程[1]。老井挖潜是实现降本的主要途径之一，具不完全统计，全球每年约10%的老井需要通过特殊工艺手段，在原井筒的基础上进行锻铣开窗侧钻，以节约地面和上部井段费用，实现老井挖潜[2]。除此之外，在低油价形式下，许多低产油气井也需要进行弃井作业，在弃井作业中最主要的工作就是套管锻铣[3]。预估到2025年，老井弃井作业年成本将高达数十亿美金。套管锻铣分为两个过程：锻铣工具刀片通过套管内壁吃入套管，通过钻具的旋转来实现套管切割；锻铣工具刀片完全坐在套管上，进行旋转锻铣[4]。传统工具切割套管和锻铣速度均较慢，完全切割断套管通常需要1h以上，套管锻铣速度通常为0.1～0.3m/h，段铣30m套管需要10d以上，甚至1个月，时间长，作业费用高，严重影响老井侧钻和弃井效率[5]。同时套管尺寸越小，套管钢级越高，套管切割和锻铣难度更大。

177.8mm以下尺寸套管的锻铣工具主要掌握在国际大公司手上，如：威德福和斯伦贝谢等。现阶段，国内在锻铣工具本体材质、切削齿材质及加工工艺上还不成熟[6]。由于缺少理论和室内评价，套管切割和锻铣参数完全靠经验。为填补国内在小尺寸套管锻铣工具方面的缺陷，研发了高性能177.8mm套管锻铣工具，并进行了现场应用。

2 177.8mm套管高性能锻铣工具

传统套管锻铣工具刀片张开后，与套管内壁接触通常为面接触（图1左），这是导致套管切割效率低的主要原因。为提高套管切割的效率，将锻铣工具刀片尖端进行锐化处理（图1中和右），使在套管切割刀片尖端与套管内壁为点接触，更有利于刀片吃入套管，提高套管切割效率。

图1 锻铣工具刀片实物图

为提高套管锻铣速度和锻铣进尺，每个刀片采用非均匀布齿，同时引入内凹圆柱形切削齿（图1中和右），防止形成细长铁丝，更有利于断屑和携屑，从而实现提高套管锻铣速度和进尺。

图2给出了新研发的高性能177.8mm套管锻铣工具结构示意图，该工具主要由上接头、本体和下接头组成。工具本体外径140mm，刀片张开后最大外径210mm，工具总长度1.4m。为保证本体具有足够的抗扭强度，工具采用三长刀片和三短刀片，刀片之间互成60°夹角。刀板采用高强度的42CrMo，切削齿采用碳化钨，保证刀板和切削齿都具有足够的强度，避免在套管切割和锻铣时刀板变形和切削齿快速磨损，提高套管切割速度、锻铣进尺和锻铣速度。

图2 177.8mm套管段铣工具结构示意图

3 威阳89井177.8mm套管锻铣应用

3.1 威阳89井基本情况

威阳89井位于自贡市荣县双古镇水井湾，1988年6月24日开钻，1988年7月26日完钻，完钻层位茅二c，井深1684m，1988年7月28日先期裸眼完井。本井无人值守井，井口装置为KQ65-35，仅有1、2、3号阀，锈蚀严重，表层套管长期连续漏气，方井内积液且见连续气泡，本井天然气中不含硫化氢。为了对威阳89井实施弃井，需对177.8mm套管进行锻铣作业，以便于顺利打水泥塞进行封井。

3.2 177.8mm套管锻铣施工情况

威阳89井套管锻铣一共进行了三趟钻，其中一趟为套管切割+锻铣，另外两趟为纯锻铣。

（1）第一趟钻（切割+锻铣）。钻具组合：Ø140mm锻铣工具+Ø120mm钻铤10根+Ø88.9mm钻杆+方保接头+下旋塞，钻井参数：钻压1～2t、排量800～1600L/min、转速100r/min、泵压5～8MPa，坂土浆基钻井液，密度1.03g/cm3。5月 15日 12：30开泵定点切割，泵压12MPa，排量 600L/min，转速 60r/min，12：40 泵压从12MPa下降到5MPa，判断套管被割断。旋转工具15min以上，修整切割断面。为验证套管被切割断，停转盘慢慢下放，遇阻10～20kN，同时观察到振动筛返出的铁屑形状，确定套管已割断。

（2）第二趟和第三趟钻（锻铣）。钻具组合：Ø140mm锻铣工具+Ø120mm钻铤10根+Ø88.9mm钻杆+方保接头+下旋塞，钻井参数：复合钻进：钻压1～3t、排量1100～1600L/min、转速 60～70r/min、泵压 3～7MPa，钻井液密度1.03g/cm3。

图3和图4分别给出了第一趟钻—第三趟钻的入井锻铣工具和铁削返出情况，由图可知：铁削返出正常，最长铁削一般在4～5cm之间。图5给出了第一—第三趟钻出井后的锻铣工具刀片磨损情况，由图可知：第一趟和第二趟中，刀片基本上全部磨损，第三趟钻刀片轻微磨损，三趟钻中刀片均无明显变形。

图3 第一趟—第三趟钻入井前锻铣工具实物图

表1给出了威阳89井177.8mm套管切割和锻铣结果，由表可知：套管切割时间10min，与常规工具相比，套管切割效率提高400%以上[7]。平均单趟锻铣进尺10m，单趟锻铣最大进尺13.3m，平均套管锻铣速度0.6m/h，单趟最大锻铣速度0.7m/h。

4 结论

（1）通过刀片尖端切削齿锐化，使刀片与套管为点接触，提高套管切割效率，套管切割时间控制在10min左右，与常规工具相比，套管切割效率提高400%以上。

（2）采用非均匀布齿+内凹齿，防止形成细长铁丝，有利于铁削返排。

（3）威阳89井平均单趟套管锻铣进尺10m，最大进尺13.3m，平均锻铣速度0.6m/h，最大速度0.7m/h，表明该工具能够实现177.8mm套管的快速切割和高效锻铣。

图4 第一趟—第三趟钻返出钻铁削情况

图5 第一趟—第三趟锻铣工具出井后刀片磨损情况

表1 威阳89井177.8mm套管切割和锻铣结果