井口防挂装置的研究与现场试验

张 杰， 卓 云， 李崇模， 郝世东， 李高文

(川庆钻探工程有限公司川东钻探公司)

某井通井划眼作业中出现Ø88.9 mm钻杆接头胀大，钻杆接头外径由原Ø127 mm胀大至Ø152 mm，打捞起钻进入Ø244.5 mm套管仍有挂卡，当起钻至井口装置时，悬重由450 kN↑550 kN↓50 kN,井口2根钻杆带着公锥向上冲顶游车大钩，落鱼从井口顿到井底，胀大的钻杆接头挂井口装置内台阶致使打捞作业失败，幸未造成井漏、井塌和溢流等复杂情况的发生，打捞工具大头公锥尖部断裂，断裂Ø90 mm×Ø51 mm×15 mm半圆环也一并落入井内，为满足胀大钻杆接头安全起出，开展技术攻关设计工具解决这一难题。

一、井口装置内挂卡原因分析

(1)井口装置内台阶。

(2)天车、井口、井眼中心不在一条垂线，致使钻具始终紧贴井口装置内壁运动。

(3)钻具接头胀大形成明显倒台阶。

(4)起钻作业钻具的径向摆动造成靠边。

二、井口防挂装置的设计

1. 井口防挂装置的设计原则

1.1 装置安全性确定

(1)满足随时关井、循环、正反压井需要不得高于下四通中心。

(2)防装置自身不落井保障井下安全，装置外径大于套管保护套座内径。

(3)装置必须方便安装、固定，外径小于井口装置通径等于套管保护套外径。

1.2 内部尺寸确定原则

(1)装置内顶部内径。受外部送入装置丝口加工限制以及强度需求后车制内径。

(2)装置顶部内锥度尽可能减小钻具向下运动摩阻。

(3)装置最小内径满足钻杆接头通过并满足循环、灌浆要求。

(4)装置最大内径与套管保护套座一致，最大限度满足胀大接头顺利进入装置。

(5)装置内底部锥度直接影响钻具倒台阶上行摩阻，上行摩阻越小越好。

1.3 装置的外部尺寸确定原则

高度低于下四通中心；外径满足座于套管保护套座且不得有落井风险；固定环槽利用套管头顶丝定位，装置顶部加工梯形公扣。

1.4 送入装置尺寸确定原则

满足送入丝扣加工和抗扭能力需要，管材长度考虑7 000 m、5 000 m钻机底座高度需要；上端为吊装方便和连接需要加工吊装孔；下端为加工梯形母扣。

2.设计图纸

(1)井口防挂装置设计图见图1。

图1 防挂装置设计图

(2)送入装置设计图见图2。

图2 送入装置设计图

图3可直观了解该防挂装置在井口装置内安装位置、定位、钻具由该防挂装置扶正下，远离井口装置内台阶，从根本上解决胀大母接头形成倒台阶挂井口的技术难题。

图3 防挂装置在井口装置内模拟示意图

三、防挂装置现场试验

(1)井身结构见表1。

表1 井身结构数据表

(2)井口装置组合(由上至下)：Ø280 mm防溢管+FH28-70环形防喷器+FZ28-70闸板防喷器+FZ28-70剪切闸板防喷器+2FZ28-70闸板防喷器+特殊四通+Ø244.5 mm×Ø177.8 mm套管头+Ø339.7 mm×Ø244.5 mm套管头。

(3)井下情况及钻具组合:该井钻进至井深6 008.28 m上提钻具至井深6 006.88 m发生卡钻。钻具被卡在井底，采用油基解卡剂浸泡、盐酸浸泡、爆炸松扣均未成功，被迫采用聚能切割第一根Ø88.9 mm钻杆中部，切割成功后起钻过程中钻具在套管内出现不同程度挂卡，根据经验判定为Ø88.9 mm钻杆接头胀大，但接头胀大位置、数量、胀大尺寸无从得知，故将井口防挂装置投入运用。

钻具组合：Ø149.2 mm PDC钻头×0.24 m+330×310×0.60 m双母+311×310×0.37 m回凡+Ø121 mm短钻铤2根×3.98 mm+Ø146 mm扶正器×0.71 m+Ø121 mm螺旋钻铤5柱×136.99 m+Ø88.9 mm钻杆×2 374.35 m+311×410×0.51 m接头+Ø127 mm钻杆×3 480.04 m。

(4)装置试验效果。使用井口防挂装置进行Ø88.9 mm钻具2 370 m的起钻作业，用0.92 h安装井口防挂装置，30.75 h匀速起钻完，起出Ø88.9 mm钻杆247根，胀大接头见图4, 2 370 m钻杆共4处接头胀大，接头外径由125 mm↑152 mm，在井口装置内无一出现挂卡。见表2。

图4 起出胀大接头

项目采用传统方法采用穿管法采用井口防挂装置井口安装时间/h-0.50.92平均起升速度/(m·h-1)1档低速点动电机起升77.07胀大数量、位置1(位置清楚)1(位置清楚)4(不清楚)通过井口时间/h0.252-安全程度井口钻具上冲潜在上冲风险正常作业结果挂卡钻具落井挂卡未落井无挂卡

四、防挂装置的应用前景

(1)为胀大接头安全通过井口装置提供工具、技术保障。

(2)该装置对井口封井器正常使用无影响，不会带来新的井控风险。

(3)适用于Ø177.8 mm套管悬挂固井后的钻具接头胀大起钻作业。

(4)7 000 m、5 000 m钻机只需调整送入管长度而无需改变装置尺寸。

(5) 使用不同型号的井口装置时，装置外径只需满足座于套管保护套座且无工具落井风险要求即可。

五、结论

该井口防挂装置的优点是利用套管头自身的定位装置锁定防挂装置；底部大斜度引导方式引导胀大接头进入；利用装置自身的内壁限制，迫使钻具台阶远离井口装置腔室并在井口装置内相对居中，从根本上解决了胀大钻具母接头形成的倒台阶挂井口装置内台阶，由于采用大斜度引导方式引导克服了胀大接头数量和深度的困扰。但该装置必须与同尺寸的井口装置配套使用，不同尺寸的井口装置组合需要不同尺寸的防挂装置，同时该装置均不能通过大尺寸的井下工具，起出井下大尺寸工具前必须起出防挂装置。