带压钻磨防顶技术的研究及现场应用

时间：2024-07-28

青炳，青曦辉，范小波，李国成，张俊松，彭磊

（1.中国石化西南油气分公司工程监督中心，四川德阳618000；2.中国石化西南石油工程有限公司井下作业公司，四川德阳618000）

带压钻磨防顶技术的研究及现场应用

青炳*1，青曦辉2，范小波2，李国成2，张俊松2，彭磊2

（1.中国石化西南油气分公司工程监督中心，四川德阳618000；2.中国石化西南石油工程有限公司井下作业公司，四川德阳618000）

水泥塞或桥塞封堵废弃层位或异常高压层位是油气井施工常规手段，但井口封堵物底部往往集聚了大量压缩的气体或液体，为常规钻磨带来极大的安全风险。在传统钻扫设备基础上，通过伸缩补偿器使用，形成了带压钻磨特色防顶技术，有效解决了钻穿井口封堵物瞬间其下部压力突然释放安全风险。该技术在四川区块多口油气井得到了成功应用，为现场安全钻扫提供了有力技术保障。

封堵物；钻磨；带压；防顶技术

1 概述

随着石油开采技术的发展以及对油气藏认识的提高，国内油气田公司对封井后的老井常常需要进行重新开发利用。早期油气井限制于当时钻井技术和手段，被封井口常出现油气窜漏，需重新再封井。在油气井下桥塞作业中，部分桥塞在下放途中意外提前坐封，需要进行井口桥塞的钻磨处理。由于井口堵塞物下部可能形成高压，在钻磨时可能发生井喷或将钻磨管柱顶出，为现场作业带来严重安全风险。通过对传统井口钻磨设备的优化，形成了以关防喷器加伸缩补偿器为特色防顶钻磨技术，为有效解决高压封堵物的钻磨安全问题提供了有益借鉴。

2 井口高压封堵物钻磨风险

由于井口封堵物（桥塞或水泥塞）封隔了井筒与外界的通道，封堵物底部可能集聚了大量压缩的气体或液体，其形成了高压。在钻穿封堵物瞬间，因井筒短、钻塞液柱压力远小于其下部聚集高压，其下部压力突然释放，对钻具具有很大的上顶力。由于钻扫井口堵塞物钻具长度短、自重轻，极有可能造成井内管串向上移及大钩脱钩，甚至出现井内全部管串被顶出井筒的严重事故，存在重大井控风险和严重安全隐患。因此，钻磨高压井口封堵物的难点在于如何控制放喷和如何防顶。

3 常用防喷器钻磨防顶解决方案及问题

防喷器钻磨防顶方案是在钻扫作业时通过关闭环形防喷器实现对井口的控制，采用关闭下部取出了管子闸板胶芯的防喷器进行防顶控制。

3.1 井口装置准备

双闸板防喷器+转换法兰+万能防喷器+钻井四通+防倒车装置。井口装置在施工过程中所起作用如下:

（1）双闸板防喷器。将双闸板下闸板胶芯拆掉，施工时将其关掉,关掉后的闸板孔径小于施工用钻杆接头，钻磨时若发生钻具上顶,当被顶至下闸板时,关闭的下闸板可以阻止钻具上行;上闸板装上胶芯,当被钻通时,立即关掉上闸板,让气体从环空泄至放喷口。

（2）万能防喷器。调整万能防喷器压力，在施工时在此压力下关闭防喷器，使其在钻磨时钻具既能下放，又能起到一定的密封作用。当双闸板防喷器的上闸板在施工时出现意外不能有效密封钻具时，万能防喷器始终保持与钻具的密封性，为防止井内油气冲向钻台提供了双保险。

（3）钻井四通。在钻井四通上面是防倒转装置，为了起到防止钻具倒转的作用，方钻杆在施工时必须卡在防倒转装置内，钻井四通下面是万能防喷器，其关掉后是不能过钻杆接箍的，钻扫时有一定的进尺，所以一定要保证有足够的下放距，此钻井四通起到了增加高度、保证足够下放距的作用。

（4）防倒转装置。螺杆钻具进行钻扫时，一旦出现蹩钻时，井内钻具易发生倒转。将法兰中部加工成正方形的孔，其直径稍大于方钻杆直径。出现憋钻时，方孔能有效阻止方钻杆倒转。

3.2 钻磨工艺过程

（1）安装井口装置及井口操作台。

（2）组下钻具。钻具结构如下：磨鞋+螺杆钻具+变扣接头+回压凡尔2只+钻铤。

（3）调整钻具长度。采用短钻杆调整管串长度，使钻杆接头距双闸板下闸板尽量最近，减小钻具的上行距离。

（4）调整环形防喷器压力。在钻具自重条件下，调整环形防喷器控制压力，当压力大于设定高值时，钻具不能下行，压力低于设定低值时，钻具能下行。

（5）钻磨桥塞施工过程。①关闭双闸板防喷器下闸板及环形防喷器；②将井口两套压全部打开，出口至放喷池的放喷管线全部畅通；③利用泵车循环清水，转动螺杆钻钻磨，放喷口出现井涌。观察人员立即发出关井信号，司钻及泵工立即停止作业，远程控制台迅速关闭双闸板的上闸板，控制住井口后，等待压力释放；④待井内压力充分释放，放喷口喷势较小及火焰降低后，进行下步施工；⑤开环形防喷器与双闸板的上闸板，继续钻磨桥塞直至成功。

3.3 存在问题

（1）因钻具轻，须将环形防喷器压力调整至很低，甚至必须开启才能进行送钻，降低了钻扫过程中安全保障；

（2）井口控制能力弱，钻扫操作较为复杂，防顶效果存在局限；

（3）防喷器组合高，对钻台高度有一定要求，不适用于低吨位钻修井机。

4 带压钻磨防顶技术

为克服送钻时井口控制能力弱的难题，通过采用了自动送钻滑动钻进钻具组合，使用常规双闸板防喷器组合，达到施工过程中井口完全控制的效果，井喷和钻具上顶的风险得到了有效控制。

4.1 伸缩接头使用原理

伸缩接头在钻具钻压下自动回收，伴随泵的启动螺杆钻转动带动刮刀钻头钻扫水泥塞，随之钻压的减小，伸缩接头依靠钻铤的自重自动伸长1.5m，从而实现自动送钻功能。

钻具结构（自上而下）：方钻杆＋旋塞＋防喷短节＋钻杆＋伸缩补偿器（开式下击器）＋钻铤＋井底动力钻具＋钻具止回阀+钻头（见图1）。

图1 井下钻具结构示意图

4.2 防喷器工作原理

钻扫过程中使用三闸板防喷器，内装胶芯(自下至上):半封闸板（去掉半封胶芯）+半封闸板+半封闸板（去掉半封胶芯）。

钻扫加单根时只开关2个去掉半封胶芯半封闸板，则带有闸板的胶芯在加钻杆单根时一直处于开位状态，而在钻扫时对其关闭，防止在钻扫时产生反扭矩。

4.3 钻磨工艺

每次钻扫过程时，防喷器都处在关位。使井内管串一直处于可控状态，由于钻扫井口水泥塞钻具自重太轻，钻扫时反扭矩过大，关闭防喷器同时也起到了防倒转装置的作用。加短钻杆是为了确保钻杆接头位置离防喷器闸板芯子或防顶板的距离尽量的短，出现钻具上顶时，减少钻具上移距离和对井口装置的上顶力，确保水龙头和大钩不脱钩及方钻杆不弯曲。具体重复钻扫步骤如下：

（1）通过下放钻具至钻头接触塞面且适当给钻压15～20kN。伸缩补偿器完全收缩。

（2）关闭防喷器且保证防喷器的闸板芯子关在钻杆本体上。

（3）安装防顶板。根据过钻杆接头情况调节防顶板开关。

（4）开泵启动螺杆钻实施正常钻进（钻扫1.5m钻进实验时间约为5min）。

（5）根据钻压、反扭矩情况及纯钻时间确定停泵，开防喷器。

4.4 现场应用在四川XC13井钻磨桥塞过程中使用了三闸板，在井底使用2根伸缩补偿器，通过伸缩补偿器的补偿距离施加钻压，关防喷器钻扫桥塞，在钻穿桥塞的瞬间，成功防止两次上顶。这口井防顶措施的要点在于井口使用短钻杆进行调节、关防喷器、磨鞋上部带伸缩补偿器，若钻穿瞬间遇桥塞底部能量上顶钻具，因半封闸板处于关闭状态，钻杆接箍无法通过防喷器半封闸板，防止上顶。即使一道半封闸板因上顶失效，还有另外2道半封闸板对井筒形成密封，在钻穿桥塞的瞬间，通过循环放喷，成功将底部聚集的能量释放掉，安全性较高。

通过XC13的防顶技术的应用，表明在钻磨桥塞或水泥塞底部聚集有大量能量的井时，使用三道半封闸板，井口使用短钻杆调节，磨鞋上部带伸缩补偿器，对于钻磨桥塞或水泥塞底部集聚有能量的油气井时，防顶措施效果显著。

该项技术还在四川XC32、27、29、30井等4口井成功进行了应用。