CN27-2井井筒带压打捞作业探索

李恒宇 曾 璐 卢履盛 卓 洋 王 全

（中国石油天然气集团公司川庆钻探工程有限公司试修公司，四川 成都 610000）

0 前言

页岩气开发是个短期高产持续过程，在生产期间，如井筒内发生遇阻、遇卡等复杂情况，水平井不能休井作业。连续油管打捞、钻具打捞、矛头打捞、抽油杆打捞等高风险作业的打捞技术存在差异，打捞时间长短不一。随着勘探开发的逐步深入和成熟，如何解决在水平页岩气井的打捞施工这一课题变得越来越重要。分析CN27-2井带压打捞技术，并现场实践和优化总结，为今后的页岩气水平井一边生产、一边带压打捞作业提供借鉴，在当今页岩气蓬勃发展的环境下具有广阔应用前景和实际推广价值。

1 CN27-2井井况

该井位于四川省宜宾市珙县上罗镇，构造位置为长宁背斜构造中奥顶构造南翼。该井完钻井深4250.0m，垂深2694.01m，完钻层位龙马溪组，采用139.7mm套管完井，水平段长1500m。CN27-2井于2020年6月21日开始第1段压裂，6月22日第3段压裂施工结束之后测井队进行第4段射孔作业，在泵送至3733m时工具串遇阻，上提遇卡。

2 事故发生经过及前期处理情况

2.1 射孔工具串组合

射孔工具串组合为101.6mm休斯顿全可溶桥塞+101.6mm推筒+97mm桥塞坐封工具+89mm射孔枪6簇+89mm加重杆+73mm磁定位。工具串总长12.4m，总质量400kg。

2.2 工具串遇卡情况

2020年6月22日17：00工具串入井，下至2500m开始泵送，排量1.3m³/min，泵压44MPa，速度2800m/h，泵送至3733m遇阻，距离目标位置282m（设计位置4015m），从遇阻曲线观察为硬遇阻。现场第一次试提工具串张力至1400kg，工具串无法解卡；第二次试提工具串张力至1500kg，工具串无法解卡。

2.3 前期处理情况

经过泡酸泡碱未能解卡，拉断电缆使用连续油管进行打捞。连续油管带捞筒捞获落鱼后，多次使用震击器震击，多次浸泡金属解卡剂，最后开井放喷，均未能解卡，捞筒退鱼成功。

2.4 井下落鱼结构

73mm马达头总成×0.91m+73mm震击器×1.97m+89mm低速马达×1.55m+变扣×0.25m+102mm打捞筒×1.06m+60mm弹簧×0.22m+60mm打捞头×0.4m+73mmCCL×0.44m+73mm磁定位+89mm加重杆+89mm射孔枪6簇+97mm桥塞坐封工具+101.6mm推筒+101.6mm休斯顿全可溶桥塞=17.39m。

3 打捞工具优选与作业难点分析

3.1 带压打捞工具优选

卡瓦打捞筒是一种常用的打捞工具，利用卡瓦在筒体螺旋槽内运动，从外径打捞井下管状落物的工具。主要由外筒、卡瓦和密封件等组成。外筒和卡瓦形成锥形配合，有单斜面和多斜面之分，单斜面筒体和卡瓦打捞范围较大，但筒体较厚，要求环空较大。多斜面筒体和卡瓦打捞范围较小，但筒体较薄，要求环空也较小。经咨询打捞工具生产厂家，可退式篮式卡瓦打捞筒最小外径可加工至112mm；可退式螺旋打捞筒最小外径可加工至108mm。

卡瓦打捞矛是从落鱼内孔进行打捞的一种工具，它主要用于打捞防砂管柱、油管、防砂管柱、套管等，可以与内割刀、震击器等工具配合使用，如果落鱼被卡提不出来，可退出捞矛起出钻具。

根据调研发现，NOV公司的“GS”系列连油打捞工具和该井井下鱼顶连油马达总成相契合。图1为GS液压打捞矛内部结构，该工具(CTFAGSRPT)用于传统的水眼内打捞和井下工具回收。当该工具水眼存在200psi以上压差时，打捞矛头回缩并释放落鱼。其退鱼功能不需要剪切销钉或投球产生压差启动，也不需要进行旋转。该工具采用铬镍合金材料，可抗低含量硫化氢腐蚀。该工具说明书内注明最大拉伸负荷80000磅（合36.287吨）。

落鱼自上而下第三个部件为连油低速马达（外径89mm，长度1.55m），故考虑打捞工具的旋转退鱼功能不可使用；井内套管内径为114.3mm，螺旋式卡瓦打捞筒最小可加工外径为108mm，入井后环空间歇6mm。GS液压打捞矛最大外径78mm，环空间歇36.3mm；考虑到打捞工具必须具备退鱼功能，以及保证较大环空间隙以防止套管缩径卡钻的风险，该打捞选择使用NOV公司“GS”连油马达打捞专用工具。

3.2 CN27-2井带压打捞作业难点分析及对策

CN27-2井在2020年7月14日连油处理事故未果，丢手解卡后，关井等措施至带压作业设备9月28日搬家入场，井口压力42MPa。该参与作业队伍为中石油带压作业乙级作业资质，不能施工井筒带压21MPa以上的井。该施工队伍使用Snubco235K带压设备负荷上限低，为了采用关环形防喷器起下管柱，同时利于调整打捞时管柱接箍位置，将井内压力降至8MPa以下。汇报甲方后，由试气队使用地面流程进行降压作业。

CN27-2井前期连油丢手解卡后，使用相同GS打捞矛实验，未能成功入鱼。GS打捞矛头为平台阶，若鱼头在井下水平段未处于平躺位置，矛头不易入鱼。为了保证顺利入鱼，将加工圆弧状引入头固定在打捞矛头上，如图2所示。

图 1GS液压打捞矛内部结构

图2 GS打捞矛头安装加工部件前、后效果

带压设备进行带压打捞的主要困难在落鱼出井过程中，落鱼较上下工作闸板之间距离长，需要将落鱼起至井口，用内置卡瓦卡住落鱼，拆除带压作业主体设备后装电缆防喷管，用电缆起出落鱼。

GS液压打捞矛在入井前应进行退鱼地面试验，摸准退鱼压差，实际在地面进行退鱼试验3次，平均退鱼压差为10MPa；若GS工具退鱼困难，应下压钻具，使打捞矛卡瓦受力面离开鱼顶，再提高泵压使液压打捞矛矛爪快速回收；在多次尝试打捞矛均无法退鱼后，及时请示是否退掉AJ型安全接头；由于落鱼带有可旋转机构，在退AJ型安全接头时，大幅度上提钻具后再进行旋转，利用摩擦力来实现顺利退鱼。

4 带压作业相关工程参数计算分析

4.1 作业管柱抗拉强度校核及受力参数

作业管柱抗拉强度及受力参数见表1。

表1 作业管柱受力参数计算

4.2 带压打捞作业起、下管柱拉力计算

卡点深度3733.00m，井深较深，分析被卡管柱因套管变形所致，属硬卡，如需解卡，上提负荷较大，同时打捞管串外径为73mm，考虑起出落鱼时避免防喷器组合过于复杂，故采用73mm斜坡钻杆进行打捞，钻杆参数见表2。

表2 入井钻杆参数表

井深3733.00m管柱自重622kN，选用235K带压设备进行，举升力1070kN。带压设备具备主动转盘功能，转盘扭矩大于待用油管倒扣扭矩。设备须配置内置卡瓦，以便落鱼起出井口。该井点位置在斜深2750m，直井段按2750m计算，水平段长3733m-2750m=983m：1）下管柱，=2750×16.67=45843kg≈45.8t、=45.8×0.2≈9.2t（根据经验，摩擦系数取0.2）；=983×16.67×1=16387kg≈16.4t（摩擦系数按1取最大）；=45.8-9.2-16.4=20.2t＜54.5t（235K带压作业设备下压力），所以依靠管柱自重可以下到预定深度 3733m。2）起管柱，=2750×16.67=45843kg≈45.8t、=45.8×0.2≈9.2t（摩擦系数取0.2）；=983×16.67×1=16387kg≈16.4t（摩擦系数按1取最大）；=45.8+9.2+16.4=71.4t＜107t（235K带压作业设备最大上提力下压力），小于管柱抗拉强度171.6t，所以管柱可以正常起出井口，安全系数=171.6/71.4=2.40。

4.3 最大无支撑长度计算

根据Snubco235K带压设备作业要求，作业前应计算最大无支撑长度，以便在带压下钻杆操作时，控制好移送液缸单次形成和下行压力，防止压弯钻具造成事故。

惯性矩=π（-）/64=3.14（73-54.62）/64=1392939mm；钻杆外径D73mm，壁厚9.19mm，内径54.62mm。1）工作压力8MPa时对应最大下压力40.16kN，弹性模量，一般取200GPa，即200×103N/mm；最大无支撑长度=（π2/F）1/2=8270mm；旧钻杆，安全无支撑长度取计算值的52.5%，即8.27m×52.5%＝4.34m＞3.6m，取3.6m。2）井口压力为35MPa时最大下压力175.7kN；=（π2/F）1/2=3954mm；安全无支撑长度取计算值的52.5%，即8.27m52.5%=2.07m。

5 带压打捞施工过程及分析

5.1 带压下打捞管柱

2020年9月18日14：00开始带压8.0MPa下入打捞管柱，9月22日9：00下打捞工具串至3680m，之后使用2500型压裂车1台，使用清水冲洗下探鱼顶。9月22日11：00，打捞管柱在井深3708.26m遇阻，悬重61.3t↓59.8t，排量190L/min，泵压0.4MPa。上提2.7m，悬重59.8t↑68.1t，成功抓获落鱼。

5.2 带压打捞过程

带压打捞过程分为如下4个步骤：1）上提打捞，在61.3t～95.5t反复上提下放43次，最小悬重58.7t，最大悬重95.5t，行程0.92m，未解卡。Snubco235K带压作业理论最大举升质量107t，液压系统最大压力21MPa。由于设备老化，使用举升力达到95.5t时，液压系统压力已达上限21MPa。2）下压解卡，活动管柱下压3次，平均下压8t，管柱无位移。由于GS液压打捞矛芯轴直径仅有26mm，厂家建议不进行下压。为防止芯轴变形影响退鱼，在尝试3次下压解卡无果后，停止下压。3）震击打捞，活动钻具，悬重60t↑75t，液压上击器启动震击22次，未解卡。厂家建议震击次数不超过25次。4）悬持解卡，上提悬重至95.5t，将打捞管柱使用死卡座在环形防喷器顶端，悬吊2.5小时，未解卡。

5.3 退鱼过程

第一次退鱼下放至遇阻悬重，下压1.5t，从正眼泵注清水，泵压12MPa，排量440L/min～460L/min，上提至悬重80.3t，未退鱼；第二次下放至遇阻悬重，下压2.5t，从正眼泵注清水，泵压14MPa，排量460L/min～480L/min，上提至悬重78.5t，未退鱼；第三次下放至遇阻悬重，下压4.5t，从正眼泵注清水，泵压14MPa，排量460L/min～480L/min，上提至悬重79.2t，未退鱼；共泵注清水20m³；第四次退鱼，管柱下放至原悬重，下压4.5t，从正眼泵注清水，排量600L/min，泵压28.5MPa，上提管柱至悬重61.3t未增加，丢手成功正常起钻。

5.4 打捞分析

根据泵送桥塞遇阻卡情况，桥塞遇阻卡点在3733m。桥塞点火后，管柱上行至3727m遇阻。判断在3727m与3733m有两个套管缩径变形点。根据带压打捞管柱实探，鱼顶位置在3708.26m。实际施工中以打捞钻具实探情况为准，得出鱼顶位置在3708.26m。电缆伸长量不定，可能存在较大误差。

根据电缆解卡情况，桥塞点火后，管柱上行6m。可判断落鱼下方有6m可活动空间。根据钻具打捞管柱下压解卡情况分析，下压8t无下行空间。按现场实际打捞情况和电缆解卡时落鱼存在较大位置误差情况分析，可得出桥塞点火座封后，上提工具串解卡未成功，实际上行的6m距离为电缆伸长量。

在不压井情况下，使用带压作业设备进行打捞失败。存在以下四个原因。1）落鱼存在可旋转机构，不能选用可退式打捞筒或打捞矛；2）为保证退鱼成功，选用的GS液压打捞矛最大提升吨位只有36.287吨，且不能大吨位下压解卡；3）带压作业设备提升负荷有限，不能实现上提解卡；4）GS89液压上击器厂家建议启动次数不超过25次，工作次数有限，不能多次上击解卡。

6 结论

CN27-2井存在落鱼位置不稳定、落鱼贴壁、上提力及扭矩传递困难等多个实际打捞难点。该井况在长宁页岩气区块内尚属首例，该打捞作业未能捞获落鱼，但是为页岩气水平井打捞难题提供了一种新的解决方案。