高压深井射孔枪打捞工艺技术研究

时间：2024-09-03

张玫浩, 秦德友, 党刘根, 钟博文, 易飞, 段云锋

(中石油塔里木油田分公司英买油气开发部)

迪那气田气藏埋深达5 318 m，原始压力系数2.06～2.26，属异常高压系统。气田存在15口井采用射孔完井一体化管柱，射孔枪串300～400 m不等，枪身外径127 mm。近年，随着气田开发的深入，后期配产偏高，生产压差加大，多口井出现井筒砂、垢堵塞等情况，显见的是残留井内的长段射孔枪串被砂埋。油田进行大修作业时，需要打捞射孔枪[1]，恢复砂埋产层，但面临着深井打捞作业、枪与套管间隙过小、枪串过长等复杂难题。塔里木油田处理此类复杂经验欠缺，所以从射孔枪工作原理入手，结合现场打捞射孔枪工艺技术，综合提炼分析，总结经验，形成了高压深井长段射孔枪打捞的工艺技术。

一、射孔枪结构及原理

1. 射孔枪结构

射孔枪主要由密封接头、枪管、弹夹等组成，射孔弹是由传爆药、炸药、壳体以及药型罩构成具有聚能效应的组合体见图1。

2. 射孔工作原理

在射孔过程中，导爆索中产生的爆轰波引爆主炸药。主炸药爆轰波以8 750 m/s的速度和近350 kPa的压力作用于聚能罩，使聚能罩上的金属流动，并且内外层分离，随着作用压力的增加，逐渐产生一个高速细针状的金属粒子流。

图1 射孔枪、弹简图

3. 枪身变形与淬火

由于射孔在高压、高温的环境下完成，所以枪身在射孔后会有不同程度的涨径[2]，其会减小射孔枪与套管的间隙，通过室内实验(温度:140℃，压力:105 MPa)与现场测量统计(井数:50,射孔井深:5 000～6 000 m)综合比对，得出Ø127 mm、Ø89 mm射孔枪在射孔后涨径1～2 mm。

同时，高温的环境下枪身起爆后会产生淬火效果致使自身硬度变大。

二、深井长段射孔枪打捞难点分析及方案

1. 典型井分析及捞枪思路

1.1 井况分析

(1)迪那2-X井关井压力63 MPa，井底温度130.5℃。射孔井段4 717.2～5 061.5 m，枪串长344.3 m，夹层枪型Ø89 mm，射孔枪型Ø127 mm，套管外径177.8 mm，壁厚12.65 mm，内径152.5 mm，下深0～5 085.3 m,其井身结构见图2。

图2 迪那2-X井身结构图

(2)2009年6月投产后油压持续波动下降，最大波动幅度达15 MPa；地面取样见砂，综合分析认为井筒砂堵，同理，残留井内的射孔枪串也存在砂埋。

(3)鉴于完井封隔器下部带射孔枪的组合形式，分析认为射孔枪在井内处于卡埋居中的状态，不考虑其自由与贴壁状态的可能性。

1.2 捞枪思路

处理复杂，坚持工艺上“由简入繁”的原则，同时基于井况的综合分析，确定捞枪的整体思路是先使用反扣钻具加母锥进行倒扣打捞，若因砂埋严重导致倒扣困难，则采取套铣清理环空后再进行倒扣。

2. 捞枪难点分析

(1)井底温度高达130.5℃，钻井液易出现固相沉淀，增大捞枪入鱼难度。

(2)捞枪后产层露出可能发生钻井液漏失，高压气井存在较大的井控风险。

(3)射孔枪与套管环空间隙过小，仅有23.5 mm(考虑涨径因素，按2 mm计入)，受其限制，套铣工具壁薄而强度低、抗扭差，尤其是丝扣连接处，易涨扣、断裂造成次生复杂事故。

(4)环空间隙过小，打捞射孔枪工具选择局限性大，只能使用母锥倒扣打捞，结合射孔枪的结构，存在只捞出密封接头的可能；同时，因为深井起下钻周期长，下钻、打捞、起钻至少1.5 d，极大增加作业成本。

(5)深井套铣管柱居中性较差，易造成偏磨射孔枪(硬度高)，不仅降低套铣效率，并且如果铣破枪皮，弹夹、弹片等落井增大处理难度。

3. 方案研究

3.1 优选钻井液体系

(1)优选TY OBS油基钻井液体系，对钻井液沉降稳定性进行了160℃、22 MPa条件下168 h的评价，实验数据见表1。

表1 油基泥浆静恒温实验前后性能

实验结果：将试棒放入油基钻井液中，任其自由落下，试棒直接触底，与容器底部发生相撞，没有任何阻碍。说明油基钻井液没有沉降现象出现，稳定性好。

(2)储备与钻井液兼容性良好的、足量的堵漏材料，打开油气层一旦监测到漏失，则考虑堵漏，消除井控风险。

3.2 工具优化与改进

(1)特制套铣鞋。①整体式套铣鞋(Ø147 mm/Ø130 mm)，铣管与铣鞋之间无丝扣连接，并且在铣管与钻具连接部位焊接，削减薄弱点；②3.75 m短套铣管，可减小扭矩；③铣鞋进口合金头选用中细或粉末金属颗粒，避免大块合金落井增加复杂。

(2)优化母锥[3]。①优选锥度1∶16的粗牙铣齿母锥，相比锥度1∶8的母锥，其锥度小，可以在射孔枪接头造扣的同时，也在枪身本体上造扣，避免一次只捞一个接头，提高打捞效率,粗牙相较细牙母锥造扣紧实，消除抓不牢落鱼的风险;②母锥下端加工铣齿，在打捞射孔枪时，可辅助清理环空。

3.3 关键参数控制

套铣清理环空,控制轻钻压、低转速，转盘设定扭矩限值，削减铣管断裂风险的同时，也能减小铣破射孔枪的可能性[4]。关键参数控制：钻压5～10 kN(一般推荐值≤30 kN)、转速40 r/min(一般推荐值≤60 r/min)、限定扭矩8 kN·m(一般推荐值≤12 kN·m)。

三、现场施工

1. 震击器配合高强度母锥打捞

(1)打捞管柱组合。Ø148 mm高强度反扣铣齿母锥(打捞范围Ø80 mm～Ø130 mm)+Ø121 mm安全接头+Ø120.7 mm钻铤1根+Ø120.7 mm超级震击器+Ø120.7 mm钻铤8根+Ø88.9 mm反扣钻杆至井口。

(2)打捞过程。开泵开转盘引鱼下探至井深4 739.5 m打捞。①引鱼造扣30 r，逐渐加压8 kN，泵压14 MPa↑18 MPa停泵，释放扭矩回19 r;②反转造扣40 r，扭矩14.5 kN·m(空转扭矩7.4 kN·m)，释放扭矩回38 r;③上提悬重至950 kN下放至850 kN反转倒扣(停泵原悬重840 kN)，反转40 r，扭矩15.2 kN·m，释放扭矩回40 r，倒扣3次未成功，活动震击旋转倒扣解卡，活动范围750～1 350 kN，震击器在1 140～1 160 kN工作42次，解卡无效，活动管柱后上提至850 kN反转倒扣，反转45 r时扭矩突然释放，倒扣成功，最大倒扣扭矩18.1 kN·m,上提悬重无明显变化，开泵验证憋压16 MPa压降缓慢，捞获射孔枪Ø127 mm×4.15 m，射孔枪外表面有明显磨痕。

打捞过程中入鱼困难，倒扣扭矩大，分析环空内杂物较多，射孔枪砂埋严重，变更方案采用套铣打捞。

2. 套铣配合高强度母锥打捞

(1)套铣管柱组合。Ø148 mm×Ø130 mm硬质合金套铣鞋+Ø147 mm×Ø130 mm套铣管1根+Ø128 mm安全接头+Ø140 mm捞杯1只+Ø120.7 mm钻铤9根+Ø88.9 mm反扣钻杆。

(2)套铣过程。井段4 740.59～4 745.19 m,进尺4.6 m,钻压5～10 kN，转速40 r/min，扭矩7.5～7.8 kN·m(空转扭矩为7.5 kN·m),泵压13.5～13.9 MPa,排量6～7 L/s，钻井液密度1.80 g/cm3，出口返出垢、砂及少量铁屑。

(3)打捞管柱组合。Ø148 mm高强度反扣铣齿

母锥(打捞范围Ø80 mm～Ø130 mm)+Ø121 mm安全接头+Ø120.7 mm钻铤1根+Ø120.7 mm超级震击器+Ø120.7 mm钻铤8根+Ø88.9 mm反扣钻杆。

(4)打捞过程。开泵开转盘引鱼至井深4 743.6 m遇阻，逐渐加压至80 kN，泵压14 MPa↑19 MPa停泵，释放扭矩回15 r；反转造扣40 r，扭矩14.3 kN·m(空转扭矩7.4 kN·m)，释放扭矩回35 r；上提悬重至920 kN下放至840 kN反转倒扣(停泵原悬重840 kN)，反转45 r，扭矩16.2 kN·m，扭矩突然释放，倒扣成功，开泵验证憋压16 MPa压降缓慢，捞获射孔枪Ø127 mm×3.15 m。

在确定射孔枪砂埋严重的情况后，基本通过重复“套铣+打捞”的操作，最终捞获射孔枪29根，露出有效射孔段52.8 m。因限于时间与成本的关系，综合考虑已具备完井条件，停止捞枪。