侯冠中，和鹏飞，祝正波，刘国振

[1.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452]

剪切闸板剪断管柱所致落鱼打捞技术应用

侯冠中1，和鹏飞2，祝正波2，刘国振2

[1.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452；
2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452]

渤海A19井在射孔作业后上提管柱时发生井涌井喷，为实现紧急封井而关闭剪切闸板防喷器导致井内管柱落井。通过置换法压井后，恢复至一级井况状态，之后采用计算井内落鱼深度、落鱼组合形式，选择下入铅印打印鱼顶状态的方法，进一步分析、优选打捞方案，最终通过磨鞋磨铣、卡瓦打捞筒打捞等工艺技术成功打捞出因剪切闸板所剪断落井的管柱，避免了井因事故而导致的报废。在分析、讨论的基础上，对整个作业过程中的操作细节做了深入说明，可为此类较为罕见的钻井事故提供借鉴。

钻具；剪切闸板防喷器；磨铣；打捞；渤海

0 引 言

剪切闸板防喷器(BOP)属于石油钻井开发过程中的关键设备。在钻完井、修井或试油等作业过程中如遇到紧急情况(如井喷失控、井喷着火等)，关闭剪切闸板可切断井内管柱进而全封井口，防止事故进一步扩大[1-3]。关闭剪切闸板后，井内管柱也随即剪断，根据作业程序首先是处理井涌、井喷，待井内恢复至一级井控状态时，进入井内管柱处理阶段。对于因剪切闸板剪断而导致管柱落井打捞的技术问题，调研国内外相关文献、资料，技术手段相对较少[4-6]。渤海A19井完井作业中便出现此类问题，该井在射孔作业后上提管柱时发生井涌井喷，在无法实现抢接顶驱的情况下及时关闭剪切闸板防喷器实现了封井，采用置换法压井后成功打捞了落井管柱。本文详细介绍了此次落鱼打捞作业，可为处理类似事故提供借鉴。

1 打捞作业背景

1.1 基本数据

图1 剪断后的钻杆Fig.1 Drill pipe after cutting

1.2 井内落鱼数据

图2 落鱼示意图Fig.2 Schematic diagram of the fish

2 打捞技术方案的分析与制定

本井通过置换法压井最终成功恢复至一级井控状态。为了实现井的价值，对井内落鱼的打捞成为主要工作。打捞管柱工作的前提是明确井内落鱼的位置和鱼顶状况，明确情况以后才能针对性地制定打捞方案。

2.1 鱼顶状况的明确

井内落鱼的状况可以采用两种方式明确。

(1) 参考出井上部钻杆情况。由于本井落鱼是由剪切闸板剪断所致，被剪后上下端口具有一致性，参考出井的上部分钻杆，井内鱼顶应呈现扁平不规则状态。

(2) 采用铅模探明。另外一种较为直接的方式是采用铅模工具，下入至井内进行打铅印查看。铅模一般用于打捞作业中用来打印落鱼形状和了解鱼顶偏离井眼中心的情况。铅模如图3所示。铅印的选择，一般直径比落鱼所在套管内径小4.8 mm。铅模主要由四部分组成，自上而下分别为接头、护罩、骨架、铅体。钻压的选择，铅模推荐钻压值0.19～0.39 kN/ mm。操作细节上，使用铅模打印只可一次加压打印，不得两次打印，否则会造成印记混乱而不能准确判断情况。此外，由于铅很软，在运输或存放过程中注意避免碰撞。

由于本井为常规定向井，井斜较小，因此在重力分量作用下落鱼呈自由落体坠落井底。通过下入铅模可以确定鱼顶的具体深度，因此铅模可以起到探顶、打印两方面的作用。

图3 铅模示意图Fig.3 Lead mould

由于本井落鱼由剪切闸板防喷器剪断管柱形成，落鱼鱼顶被挤扁，其外径大于本体直径，故应先使用磨鞋磨铣掉钻杆变形段，再下入可退式卡瓦打捞筒对管柱实施打捞[7-9]。

2.2 打捞工具的选择

对于钻杆、钻铤以及油管等规则管柱落鱼，一般首选卡瓦打捞筒进行打捞。卡瓦打捞筒打捞工具能够承受大载荷，设计有密封结构，能开泵循环，可在井内正转脱手释放落鱼。目前，常用的是Bowen150 系列卡瓦打捞筒，如图4所示。卡瓦外部及筒体内部均为左旋宽锯齿螺纹，两者配合间隙较大，能使卡瓦在筒体内有一定行程，能胀大和缩小。当落鱼被引入捞筒后，只要施加一轴向压力，卡瓦在筒体内上行并胀大，运用它坚硬锋利的卡瓦牙将落鱼咬住卡紧。当上提捞柱时，卡瓦在筒体内相对地向下运动。因宽锯齿螺纹的纵断面是锥形斜面，卡瓦必然带着沉重的落鱼向锥体的小锥端运动，此时落鱼重量愈大卡得也愈紧，整个重量由卡瓦传递给筒体。由于卡瓦打捞筒的工具特性，可以在使用时与随钻震击器配合，增加抓住落鱼后的震击解卡功能。

图4 卡瓦打捞筒Fig.4 Overshot

2.3 鱼顶的修整

采用卡瓦打捞筒打捞井内落鱼，首先要求鱼顶是规则状态。鉴于井内鱼顶的状况，下入卡瓦打捞筒前先要对鱼顶进行修整。要求修整的最终结果恢复至圆形钻杆外径状态。磨鞋主要有平底磨鞋、凹底磨鞋、引子磨鞋、锥形磨鞋几种。本井需要对鱼顶实现整体磨铣，且鱼顶在井筒横向内可以活动，因此采用平底磨鞋，如图5所示。平底磨鞋由磨鞋本体和合金块(或其他耐磨材料)组成。磨鞋本体由二段圆柱体组成，小圆柱体上部与钻杆螺纹连接，大圆柱体底面和侧面有过水槽，在底面过水槽间焊合金(或耐磨材料)。常用组合结构为：磨鞋+钻铤+钻杆。

图5 平底磨鞋示意图Fig.5 Flat-bottomed milling shoe

2.4 工艺设计

为了保证本次打捞作业的顺利实现，在综合分析井内落鱼情况、优选打捞工具的基础上，根据循环逻辑关系，制定了工艺操作流程，如图6所示。利用平底磨鞋和铅模的循环使用，最终使得井内鱼顶呈规则圆形，能够满足卡瓦打捞筒的使用要求。

图6 工艺流程图Fig.6 Process flow chart

2.5 针对本井的操作设计

2.5.1铅模的操作设计

在本趟铅模下入至计算鱼顶以上一柱钻杆长度时，钻杆上部连接顶驱，采用小排量缓慢下放铅印管柱。若管柱在井深63m之前遇阻，下压2t[10](铅模推荐钻压值0.19～0.39kN/mm，本井采用206mm铅模，计算打印钻压3.9～8t，由于鱼顶深度未知，下压操作主要以探鱼顶为目的，因此选取探顶钻压2t)，稳定1min打印(钻压4t)；若未遇阻，下钻至井深63m，接顶驱，打通测试(0.2～0.5m3/min)，记录排量泵压，测上提下放悬重，缓慢下放管柱探鱼顶深度，下压4t打印。因鱼顶准确深度未知，下放过程要缓慢，坚持一柱一校深，打印后正循环1.07g/cm3(与置换法压井计算的完井液当量密度一致)完井液一周，排量0.5m3/min，观察气全量变化，待安全后起钻观察打印结果。

2.5.2平底磨鞋的操作设计

下钻前对磨鞋进行丈量。磨鞋下入至预定深度时，接顶驱打通测试(0.2～0.5m3/min)，正循环1.07g/cm3完井液一周，排量1m3/min，观察气全量变化。设定顶驱扭矩上限4kN·m，分别测转速30，40，50r/min时的空转扭矩，测上提下放悬重。停转速，下压2t，记录深度，在钻杆上做标记；保持排量1m3/min，上提钻具2m，以3r/min转速下放钻具，下压2t，记录深度，做好标记。控制转速30r/min，缓慢下放管柱，磨铣鱼顶，低转速扭矩稳定后，缓慢提高转速磨铣，找到一个扭矩平衡点，以此扭矩持续磨铣鱼顶，磨铣30cm后起钻。

2.5.3卡瓦打捞筒的操作设计

打捞筒下入至预定深度时，测管柱上提下放悬重，接顶驱测不同转速(10r/min和20r/min)下空转扭矩及循环泵压。下放管柱至鱼顶上方位置，开泵大排量1m3/min，正循环冲洗鱼头；降低排量至0.5m3/min，下放管柱，下压2t探鱼顶深度，上提管柱再次下压2t确认到位；再次缓慢下放管柱，同时密切注意泵压、钻压的变化，确认探到鱼顶后，下压管柱3～5t，观察对比泵压变化，然后上提管柱观察悬重变化，如果上提悬重超过正常上提悬重3t，则可判断抓住落鱼，重新下压管柱5t。确认抓住落鱼后，正循环，打通，观察返出。上提管柱，看能否提活管柱，若能提活，则开泵打通实施正循环压井，根据压井情况起甩卡瓦打捞筒，继续起钻至井内保护储层完井液体系(PRD)顶深位置，正循环压井；若管柱不能直接提活，则逐渐增加上提吨位活动管柱，尝试震击解卡(震击器设定值为上击47t，下击25t，其中上提力=井内钻具重量-震击器以下钻柱重量+震击器所需震击力+钻井液/完井液阻力+摩擦力，下击力=地面调定的下击吨位+钻井液/完井液阻力+摩擦阻力)，解卡后正循环压井，根据压井情况起甩卡瓦打捞筒，继续起钻至井内PRD顶深位置，正循环压井。

3 现场应用

3.1 铅模的应用

第一次打印操作与结果：下压4t，探鱼顶深度71m，起出铅印后，铅印有长约14cm，宽约0.55cm的不规则圆弧，丈量并计算落鱼鱼顶最大外径大于139.7mm。

本井磨铣两次，下入铅模三次。第二次打印结果显示无明显鱼顶痕迹(分析未能接触鱼顶)，铅印底部粘附较多铁屑。

3.2 平底磨鞋的应用

测试参数为：接顶驱大排量正循环冲洗鱼顶，设定顶驱扭矩上限4kN·m，测管柱空转扭矩(30r/min，1.3kN·m；40r/min，1.4kN·m；50r/min1.5kN·m)，测旋转状态下管柱上提悬重为22t，下放悬重为23t。

磨铣参数为：转速30～40r/min，排量1m3/min，泵压0.6～0.7MPa，钻压1～2t，扭矩1.5～2kN·m。

本井累计磨铣两次，第一次磨铣后期无进尺，检查凹底磨鞋底面磨出多道同心圆槽，有3处崩齿，本体侧面油漆磨光，检查打捞杯，有少量铁屑。起出后更换新的平底磨鞋，再次下入，磨铣结果：累计进尺44cm，起出后平底磨鞋底面中心磨出直径约2cm圆，有多处崩齿，本体侧面油漆磨光，打捞杯内存在大量碎屑状及长条状铁屑。

3.3 卡瓦打捞筒的应用

称重，冲洗鱼顶，设定顶驱扭矩上限4.0kN·m，测管柱空转正扭矩10r/min，0.9kN·m。开泵下放管柱至遇阻憋压，过提3t，确认捕获落鱼。上提管柱解卡：第一次上提至105t震击器工作，继续上提至110t未解卡；第二次上提至105t震击器工作，继续上提至130t未解卡；第三次上提至105t震击器工作，上提解卡成功。

解卡后正循环一周，气全量和泥浆池液面稳定，起甩卡瓦打捞筒及被剪切钻具。接顶驱，正替1.07g/cm3简易PRD50m3后起钻。

3.4 作业情况后评估

最终本井采用卡瓦打捞筒一次打捞出井内落鱼。之后再次进行完井作业，顺利实现本井的投产。

3.4.1事故原因分析

发生事故的主要原因是射孔段射孔后瞬时出气，且气量较大，具体原因如下。

(1) 气层能量充足：井底压差Δp=0.62MPa时，产气量为10.34×104m3/d(相当于1.2m3/s)，瞬间产气量大。

(2) 渗透率较高：气层最高达到139mD。

(3) 储层埋深浅：射孔段顶界1324.8m(垂深1202.1m)，流体涌出井口所需时间短。

(4) 钻杆无控制手段：射孔后，钻杆为敞开状态，井涌发生，必须抢接考克或者抢接顶驱。射孔后，累计灌入2.9m3(井下射孔枪内容积约2.84m3)；钻杆与环空在负压阀处连通，假设钻杆与环空内液面下降幅度相同，计算液面下降117.7m(相当于1.18MPa液柱压力，造成近0.55MPa负压，致使井底气体进入井筒更加严重)。气体进入井筒造成液柱压力降低：气体进入井筒后，井口为敞开状态，气体为非均匀侵入、气柱式膨胀，造成井底压力在流体自动外溢前过早失去平衡。

3.4.2后续的改进措施

(1) 对于油层和气层共存的射孔段，要考虑分层射孔方案，避免油层和气层同时射开，防止层间干扰。

(2) 对于长跨度射孔段，要考虑分层射孔的方式。

(3) 对于气井和气油比高的油井射孔作业时，考虑在射孔管柱上加入压力开孔装置，在起钻至循环位置之前，保证钻杆内与环空隔绝，射孔后应立即循环并上下活动管柱。

(4) 射孔前配管时，考虑循环或起钻的因素，避免拆甩单根及短钻杆，提前配长或错扣起钻至循环位置。

4 结 语

本次作业完成了对由剪切闸板防喷器剪断管柱所致落鱼的打捞，可为该类落鱼打捞提供借鉴。需要注意的是，剪切闸板剪断井内管柱后，虽然可以通过适当的压井方法实现井筒压力平衡，但无法进行循环实现最终压井，打捞作业时井况可能还是不稳定的，需制定严格的井控措施，严防打捞作业中再次发生溢流。对于由剪切闸板防喷器剪断管柱所致落鱼鱼顶的磨铣，采用平底磨鞋效果较好。

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ApplicationofFishingTechnologytoShearRamCuttingFish

HOU Guan-zhong1, HE Peng-fei2, ZHU Zheng-bo2, LIU Guo-zhen2

(1.TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China; 2.CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.,Tianjin300452,China)

Well kick occurred in the process of raising pipe string after perforating operation. As the spray potential was large, it was unable to pick the top drive, the operating staff promptly closed shear ram blowout preventer (BOP) to cut the pipe and shut the well. However, fish occurred at the same time. After the implementation by lubrication killing method, the fish was fished successfully. This article describes the font printing, mill shoe milling, bowl slip socket fishing operation process, which can provide certain reference for the fishing of fish caused by shear ram BOP cutting.

drilling tools; shear ram blowout preventer (BOP); milling; fishing; Bohai

2016-05-04

侯冠中(1982—)，男，工程师，主要从事海洋石油钻井技术监督与管理工作。

TE58；P756.4

A

2095-7297(2016)04-0222-05