打捞的艺术

7260测井相关

在油田上,落鱼指留在井筒并且阻碍后续作业的任何物体。这个定义广义上涵盖了各种钻井、测井和生产设备,包括钻头、钻柱、测井工具、手动工具或可能会丢失、损坏、卡住或遗落于井眼中的任何其他废弃物。当废弃物或硬件阻塞了后续作业的通路,这些落物必须首先通过称为打捞的作业从井眼中移除。

打捞这个词起源于早期的绳式顿钻钻井时代,这种方式通过连接着弹簧钻杆上的缆绳上下反复升降一个比较重的钻头去凿开岩石,以钻出新井筒。当缆绳断裂时,司钻在弹簧钻杆上挂一段新缆绳,下入一个临时准备的大钩,试图从井底收回断裂的缆绳和钻头。从事地下废弃物回收工艺的专家被称为落鱼打捞者。多年来,他们的工作已经备受追捧,并且打捞工艺已经填补了油井服务业的空白。

所有设备都可能会出现故障、遇卡、待更换或需要从井筒回收。从钻井到弃井,在一口井生命周期内的任何时间都可能需要打捞作业。钻井阶段,大多数打捞工作是意想不到的,通常是由机械故障或钻柱遇卡造成的。卡钻也可能在电缆测井、试井作业期间发生。随后,在完井阶段,各种各样的问题可能阻碍作业,包括射孔枪遇卡、过早坐封封隔器或砾石充填筛管失败。井投产后,在修井、弃井过程中,打捞作业可能被规划为修井、更换或回收井下设备及管柱整个过程的有机组成。在许多油田,修井过程需要清洗或收回常年产油而砂塞的油管,因此在作业一开始就需要实施打捞工作。弃井过程中,作业公司封堵油井前,往往试图打捞井下管柱、泵和完井设备。甚至打捞设备也可能遇卡,那么就需要改进原打捞策略。似乎油田上没有哪项作业能免除打捞的可能性。

从上世纪90年代中期以来的统计结果表明,打捞作业占全球钻井成本的25%。如今,采用其他更具成本效益的选择常可避免或规避打捞。例如,现代钻井技术如旋转导向,通过影响用于决定是否要打捞,是否购买称之为落鱼的被卡设备,是否侧钻或是否弃井的经济性评价,实现了打捞策略的转变。

每次打捞情形均是独一无二的:计划内或计划外、裸眼井或套管井、连续油管或电缆,且每次情况都面临不同的环境和问题,落鱼回收的解决方案必须与之相匹配。在这个范围宽泛的话题中,本文主要讨论在钻井过程中采用的打捞技术,对这些技术进行了各种改进,以适用于套管井、连续油管、电缆测井及修井应用。本文概述了可能导致设备落井的常见过程,描述了一些打捞工具和相应的技术设备。文中还讨论了决定从事打捞作业的时长的策略,最后讨论了对新的打捞人员培训,使他们具备继续从井筒回收落物的技能。

图1 大补心。大补心将动力从转台传递至方补心使得钻柱旋转。大补心与钻面持 平(照片所示),且任何通过卡瓦座的物体都可能成为落鱼。
图1 大补心。大补心将动力从转台传递至方补心使得钻柱旋转。大补心与钻面持 平(照片所示),且任何通过卡瓦座的物体都可能成为落鱼。

根本原因

大多数打捞工作可以追溯为三个基本原因之一:人为错误、设备故障或井壁失稳。进入井中的任何东西都有可能成为落鱼。出错的情况下,小于转盘方补心卡瓦座内径的任何物体都可能落井(图1)。与大钳、卡瓦和其他物品的碎片一样,手持工具、锁链和手电筒会从钻台进入井筒,使井眼报废。幸运的是,大多数钻井人员对这种危险保持警惕,密切注意钻台上的清洁和维护作业,防止以上情况的发生。

井下钻柱的机械故障会把一个常规钻井作业变为打捞作业。故障的模式千差万别。管柱即钻杆、套管或油管可能坍塌、爆裂、断裂或脱扣。钻头可能破裂。工具接头可能会从钻柱脱扣,或管柱可能会卡住。每一种情况产生不同类型的落鱼,这反过来又决定了打捞工作将如何进行。

虽然管柱故障可能并不常见,但避免这类问题却列为司钻的最优先考虑事项。由于过量的外部压力导致管柱坍塌,太多的内部压力导致管柱爆裂,当受到过度张力管柱产生裂缝或由于扭矩过大而断裂。油气行业已经制定了各种措施以减少钻柱故障的风险,从工具、钻柱、螺纹下井前的磨损和腐蚀检查开始,其次是小心使用管道安装/拆卸设备,避免管柱装配过程中施加过大力矩。

在今天的大角度井中,井眼轨迹的急剧变化可能加速管柱磨损。管柱通过狗腿时,急转弯处交替的弯曲应力施加到管柱上。此外,大角度井经常被井眼的清洁问题所困扰。为了防止岩屑在钻柱周围堆积,司钻可能会采用高转速、高循环速度来清洁井眼。然而,这种做法增加了在钻柱中形成孔洞或冲蚀的可能性。当井眼清理干净之前发生钻柱冲蚀,作业公司必须在继续循环清洁井筒或试图起钻之间作出选择。继续循环清洁井筒有扩大冲蚀、降低钻柱强度的风险;在井筒清洁前起钻有卡钻的风险。

为了防止管柱塌陷,司钻将泥浆注入管柱,抵消环空泥浆的静水压力。司钻们监测装配扭矩、液压、转速、钻压和大钩载荷,避免超过钻柱设计限值。当管柱发生故障,会产生断口锯齿状、不规则长度的钻柱落鱼,打捞专家必须参与打捞。

钻头是另一种常见的落鱼。钻头可承受很大的重量、扭转力和磨损;然而,司钻必须注意钻压、转速、钻井液液压、钻屑控制、地层特性和钻进时间以防止钻头的过度磨损及相关问题。偶尔,钻头可能遇卡、破裂,钻头牙轮、轴承和钻齿会落井。尽管体积较小,这些组件非常坚硬,并且往往须回收以防止损坏新钻头或随后入井的其他设备。

钻具接头有时会逆转或从钻柱脱落。当一节管道装配到另一节管道时如果扭矩不足,或当钻柱没按其正常的顺时针方向旋转时,这种情形可能会发生。然而,磨损或损坏的管螺纹也可能是罪魁祸首。在钻台上装配钻柱的过程中谨慎操作钻具接头,钻进过程中监测振动和旋转速度以减少钻柱应力,可部分避免此问题。

一个作业公司发现,卡钻事故的原因有时可以追溯到生产控制环节。下入尾管后,司钻可下钻至水泥面。虽然顶驱停顿几次才钻过尾管鞋,司钻在钻台控制台观察到不稳定的扭矩读数前,还能够在尾管鞋以下继续钻进约150米(490英尺)。后来,大约5.5公斤(12磅)的金属钻屑在钻井液中被循环至地表,从筛网和泥浆槽磁体得到回收,因此司钻确定井下出现了问题。

司钻起钻后,作业公司为现场订购了打捞篮、磨鞋(因为没有相关的检验合格证,磨鞋到现场后被弃用;作业公司不希望冒进加剧井下问题的风险)。司钻将一个钻头和打捞篮下入井底,缓慢钻进3米(10英尺)后发现所有钻井参数读数正常,确认井筒内无废弃物。打捞篮起出井口后,回收了几公斤金属屑,更多铁屑吸附于泥浆槽磁铁上。进一步调查显示,尾管鞋连接处的管柱螺纹无法承受与加载于尾管柱相同的扭矩载荷。作业公司认为,顶驱停顿形成的反扭矩可能造成尾管鞋的左旋螺纹松扣。

图2 各种卡钻机理。司钻须避免或应对各种各样的潜在问题,以到达完钻深度。
图2 各种卡钻机理。司钻须避免或应对各种各样的潜在问题,以到达完钻深度。

大量的打捞工作是由钻柱卡钻引发的(图2)。许多此类事件是由不稳定地层造成的;其他则与钻井实践相关:

•由于支撑岩石被钻头钻穿,松动或松散地层砂或砾石可能坍塌进入井筒,堵塞钻柱。片岩、层叠页岩、裂缝和断层也产生疏松的岩石,落入井内且堵塞钻柱。

•在构造应力高的地区,地壳运动导致岩石变形。在这些地区,井筒周围的岩石可能坍塌落井。在某些情况下,稳定井筒需要的静水压力远高于裸露地层的初始破裂压力。

•蠕动地层,通常是盐层或页岩层,具有可塑性。受上覆岩石压缩时,可能流入和挤压进入井筒,从而使井眼收缩、变形,困住管柱。

•超压页岩的地层孔隙压力超过正常静水压力。在这些地层中,如果泥浆重量不足将使井筒变得不稳定,在钻柱周围坍塌。

•反应性页岩和粘土从钻井液中吸收水分。随着时间的推移(从几小时到几天),它们可能膨胀进入井筒。

•钻柱振动可能会导致井眼坍塌。这些坍塌的落石围在管柱周围,将其卡住。通过监测各种参数如钻压、机械钻速和旋转速率可控制井下钻柱的振动,这些参数可从司钻控制台调整。

•压差卡钻是常见的井下问题。井筒压力和渗透性地层孔隙压力之间出现静水失衡时、钻柱被挤压在井筒上,形成压差卡钻。当静止或缓慢移动的钻柱接触渗透性地层且存在厚滤饼时经常出现这个问题。枯竭油气藏是压差卡钻的罪魁祸首。

•旋转的钻杆在井壁上摩擦形成一个凹槽,造成键槽卡钻。起钻时,井底钻具组合(BHA)或更大直径的工具接头被提至键槽并卡住。如果在套管或套管鞋开口处摩擦形成一个凹槽,那么也会在套管鞋处产生键槽。在起钻期间或在两次划眼起下钻之间长时间钻井,如果倾角或方位角突然变化,则通常会发生键槽卡钻。电缆测井仪器和电缆也容易出现键槽卡钻。

•钻进坚硬、耐磨的岩石时,可能发生井眼缩径。由于岩石磨损钻头和扶正器,造成钻头钻出一个直径小于指定内径的井眼。后来入井的正常直径钻头在缩径段会遇到阻力。如果钻柱下井过快或没有扩眼,钻头可能会卡在缩径段。下入新钻头、取心后、钻进强研磨性地层或在牙轮钻头后下入PDC钻头时都有可能出现这个问题。

•当套管鞋周围坚硬的水泥开裂,掉入从套管下钻穿的新裸眼井段时,水泥块可能会堵塞钻柱。

•下套管后,未凝固的水泥可能会陷住钻柱。下钻期间,BHA遇到水泥顶时,BHA会产生高于预期的压力波动,导致水泥瞬间在BHA周围凝结。

•当压力超过套管的额定坍塌压力、套管磨损或腐蚀降低了套管强度时,会发生套管坍塌。套管也可能由于起下操作过猛而变形。当BHA下入井中悬挂在套管中时,一般都会发现这些情况。

•井眼清洁问题,阻止固体岩屑运出井筒。当岩屑沉积在斜井眼的低侧时,它们会能形成包裹BHA的层状沉积床。泥浆泵关闭时,岩屑和塌落物也可能会沿环空下滑,从而包裹钻柱。这些问题通常是由低环空流速、泥浆性能不足、机械搅拌不充分和循环时间短引起的。

钻台上钻速、泥浆压力、大钩载荷或旋转扭矩突然变化预示着井下有落鱼;这些变化往往提醒司钻起钻。提出转盘的最后一根钻杆的状况印证了钻井人员的猜测。钻杆的锯齿状断面,配合准确的钻具计数,不仅能让司钻知道钻杆断裂了,还能知道留在井底的钻杆长度。相比较而言,损坏的钻头则表明一些小的金属片留在井底。

打捞工具选型

井下落鱼的类型和井下状况决定打捞策略。业界已经开发出大量创新工具和技术,用于打捞管柱、井下组件和井筒内的各种废弃物。打捞工具一般分为下列五类:

•废弃物打捞篮用来打捞过重无法被泥浆循环出井眼的小落物或废弃物碎片。

•铣削工具用来磨平井下落物的上表面。

•切割工具用来切断管柱。

•外打捞工具通过抓紧落物的外表面打捞落鱼。

•内打捞工具通过抓紧落物的内表面回收落鱼。

图3 印模。如果不确定须打捞落物的类型,作业公 司会首先在井筒中下入印模。这个工具采用嵌入的 软铅块获取落鱼顶部的印痕。
图3 印模。如果不确定须打捞落物的类型,作业公 司会首先在井筒中下入印模。这个工具采用嵌入的 软铅块获取落鱼顶部的印痕。

对任何打捞问题的解决方案取决于落鱼的位置、造成井下落鱼的原因、落鱼的状况、其尺寸和在井筒内的朝向等。井筒的方向和井眼尺寸也很重要;这些参数可能会限制打捞工具的类型和外径,并限制操纵打捞设备打捞落鱼时的可用空间。然而,在大直径井筒内,可能很难确定鱼顶的位置。

在制定打捞方案之前,作业公司必须知道落鱼精确的尺寸和形状。如果缺少正确的尺寸数据,会导致打捞工作失败。为此,甲方公司代表要求每个入井工具要有精确绘制的图形,然后用卷尺测量工具的长度,用测径规测量宽度。

如果司钻不能确定待打捞废弃物的类型,钻井人员可以下一个印模来确定鱼顶的位置和形状(图3)。印模有一段较短的钢体,下面带有一块软质材料,通常是一个铅块。印模连接在打捞管串的末端,下钻直到它接触到障碍物。有些印模有一个循环孔,用来循环泥浆,有助于在印模接触到落鱼前清洗鱼顶。打捞管柱自身的重量可以把印模压在鱼顶上,形成一个印痕;印模取出井口后,司钻或打捞专家仔细研究这个印痕的形状。这一初步信息可以帮助操作员判断落鱼的深度和选择正确的打捞工具。印模也可以使用钢丝绳下入井筒,速度远快于使用钻杆;然而,这种方法有重量和尺寸的限制。

图4 靴式打捞篮。循环的钻井液举升井底废弃物。 工具接头下,泥浆上返速度随着环空截面变大而降 低,使得井底废弃物进入打捞篮。
图4 靴式打捞篮。循环的钻井液举升井底废弃物。 工具接头下,泥浆上返速度随着环空截面变大而降 低,使得井底废弃物进入打捞篮。

小块废弃物和碎片,如手工工具、钻头牙轮或钳牙,可以用废物打捞篮或磁铁打捞器打捞。废物打捞篮有各种配置,每种配置打捞落鱼的方法都不相同。

有时需要取芯形打捞篮,通过在地层中缓慢钻取一段小岩芯,然后用打捞蓝把岩芯和包裹在其中的小块废弃物一起打捞上来,此操作通常适用于软地层至中等软地层。

钻井和磨铣作业中使用的靴式打捞篮可以抓住那些太重而无法循环到地面上的碎片。这种靴式打捞篮通常连接在靠近钻头或磨鞋的位置,有时需要钻井液的悬浮力而下沉落进靴式打捞篮内(图4)。

在打捞管柱里串联几个打捞蓝以提高捞取废弃物的能力。靴式打捞篮下到井底位置,靠泥浆循环将废弃物冲离井底,由于打捞篮上部环空较大,环空内泥浆上返速度变慢,因此废弃物会克服反冲式打捞篮产生的循环力,可举升难以打捞的落鱼,如链条。反冲式打捞篮通过底部的小孔形成反循环,迫使井下废弃物通过中心的小孔循环上来。反冲式打捞篮可用于打捞套管井和裸眼井内的小碎片,且在直井和水平井内都非常有效。

图5 磁铁打捞器。这种磁铁打捞器用来回收井眼内的金 属小碎片。一些磁铁打捞器有循环孔,可将碎屑冲离 落物。
图5 磁铁打捞器。这种磁铁打捞器用来回收井眼内的金 属小碎片。一些磁铁打捞器有循环孔,可将碎屑冲离 落物。

磁铁打捞器可以用来打捞含铁废弃物,如牙轮、轴承、磨铣铁屑和销钉等用其他打捞方法很难打捞的井下落物(图5)。磁铁打捞器是在一个非磁性的本体内放置一个高度磁化的内极板。磁铁打捞器通常用在金刚石钻头之前,把井内可能损害金刚石钻头的废弃物清理掉。如果废弃物还未完全回收,作业公司可以选择将一个旧钻头下入井内,对残余落鱼进行钻削、磨铣处理。如果这个策略失败,可用落鱼炸药包或磨鞋将废弃物破碎成小块。落鱼炸药包是一种聚能炸药,可将能量向下传导,击碎落物。一个更传统的方法是使用凹面铣鞋(图6)磨碎落物。铣鞋的凹面有助于将落物集中在厚厚的碳化钨切削面下部,切削面可将落物切削成更小的碎片,之后冲洗或循环碎片,最后由磨鞋上的打捞篮收集起来。

图6 落物磨鞋。磨鞋表面稍有凹陷,有助于将井下落鱼 集中在切削面的下部,然后被磨成碎片。
图6 落物磨鞋。磨鞋表面稍有凹陷,有助于将井下落鱼 集中在切削面的下部,然后被磨成碎片。

磨鞋有各种配置,可用于不同环境(图7)。它们常用于修整落鱼顶部以适应一款打捞工具,也有一些是用来磨碎浮箍、桥塞和钢圈。磨铣产生的碎片通过磁铁打捞器或废弃物打捞篮回收或从井内循环出来。

大体积落鱼的打捞技术

大型落鱼的打捞,如钻杆或钻铤,需要采用其他方法。在进行这些打捞工作之前,通常假设落于井底的管柱很可能被卡住。落鱼周围没有泥浆循环时,岩屑会在管柱周围堆积,地层会垮塌,这将限制管柱进一步的活动。因此,当钻柱遇卡、脱扣或倒扣时,打捞计划通常涉及落鱼的解卡。

打捞管柱的基本策略包括将震击器、打捞筒下入井眼,锁紧落鱼,震击管柱解卡,然后将落鱼提出井口。然而,实际打捞工作不可能像教科书般标准,不可能如此轻松;鱼顶可能已损坏,需要下磨鞋修整鱼顶,或落鱼可能不易抓到,需要尝试几次才能锁住它。此外,上面的每个基本步骤都包括多个流程。

图7 井下磨铣工具。有各种尺寸和构造的磨鞋。锥形磨鞋(上恩)用以通过卡点 进行磨铣,并清理坍塌或变形的管柱。导向磨鞋(中图可用来磨铣管状落鱼或 在安装套管补贴前修整套管。较大的磨铣刀翼由位于工具前端较小的中央导向器 引导。管柱连接锥形磨鞋(下图可用来清理受损管柱,还可应用于修整裸眼井 的键槽。工具顶部和底部的锥形结构使它可用于上下双向的扩眼。
图7 井下磨铣工具。有各种尺寸和构造的磨鞋。锥形磨鞋(上恩)用以通过卡点 进行磨铣,并清理坍塌或变形的管柱。导向磨鞋(中图可用来磨铣管状落鱼或 在安装套管补贴前修整套管。较大的磨铣刀翼由位于工具前端较小的中央导向器 引导。管柱连接锥形磨鞋(下图可用来清理受损管柱,还可应用于修整裸眼井 的键槽。工具顶部和底部的锥形结构使它可用于上下双向的扩眼。

当钻柱卡住后,司钻通常激活井下震击器,通过冲击力解卡。在压差卡钻的情况下,作业公司通常订购解卡液(表面活性剂、溶剂或其他化合物的特殊混合物),将其泵入井底,促进管柱解卡。司钻将解卡液泵入井底,穿透、打破包裹在管柱周围的泥浆滤饼,减少受粘附管柱的面积。这有助于减少活动管柱所需的外力,从而使钻柱解卡。这种方法解决问题的可能性随着时间的推移迅速降低,所以一旦钻柱被卡,需要尽快向井下打解卡剂。在解卡剂发挥作用的同时,作业公司通常开始规划打捞方案,动员设备和人员。

如果解卡剂不起作用,作业公司可以选择在卡点以上切断管柱,并起出井口,以防止压差卡钻进一步向上延伸。这样做的目的是尽量在最大深度切断钻柱,从而收回最大数量的钻柱。然而,这个过程的第一步是确定钻柱卡点最上端的深度。根据胡克定律,当钻柱受到其弹性范围内的拉力或扭矩时,管柱发生线性形变。这一特征可用来计算卡点以上有多长的自由管柱。如果解卡剂不起作用,作业公司可以选择在卡点以上切断管柱,并起出井口,以防止压差卡钻进一步向上延伸。这样做的目的是尽量在最大深度切断钻柱,从而收回最大数量的钻柱。然而,这个过程的第一步是确定钻柱卡点最上端的深度。根据胡克定律,当钻柱受到其弹性范围内的拉力或扭矩时,管柱发生线性形变。这一特征可用来计算卡点以上有多长的自由管柱。

作业公司通常使用FPIT卡点测量仪来精确测量管柱的拉伸和扭矩。用电缆将该装置从钻杆中心下入井内,然后向钻杆施加外力,将它锚定在目标位置。FPIT应变仪可感知钻柱受拉或旋转时扭矩和张力的变化。外力作用下钻柱的伸长量和自由管柱的长度、钢材的弹性及管柱的横截面积有关。如果该工具位于卡点以下,则检测不到拉伸载荷或扭矩。

如果循环已经建立,可将FPIT装置从钻杆中心泵入井底;否则,作业公司可借助于连续油管或电缆牵引车将工具送入井底。当卡点位置确定以后,可采用同样的方式将管柱切割工具送入井下。分离钻杆包括倒扣或切割井下钻杆。

管柱倒扣是一种最温和的措施,可以保留鱼顶管接头的螺纹。管柱井下倒扣之前,司钻必须对钻柱施加左旋扭矩。当扭矩累积到一定程度,通过管柱的反复摆动,扭矩向井下传递。松扣炸药包,即一段导爆索,通过钻杆下入到卡点以上钻杆接头的深度。井下爆破后,爆炸压力使接头母扣螺纹膨胀,施加的左旋扭矩作用在螺纹连接上使钻杆倒扣。这个过程可反复几次,以迫使钻杆松开。

图8 打捞筒。打捞筒分为三段。上部短节将 打捞筒连接到钻柱。卡瓦座具有锥形螺旋设 计来容纳抓钩,而抓钩用来抓紧落鱼。引鞋 帮助打捞筒套住落鱼。
图8 打捞母锥。该装置用于从外部抓住并收回那些不能够转动的管状落物。它使用一个锥形的柳条螺纹在鱼 顶造扣。

如果钻杆无法倒扣,还有多种方法可用于切割钻杆。化学切割器是一种电缆起下的工具,利用推进剂和反应剂在管柱上形成一系列间隔很小的孔洞。这些孔洞大大降低管柱的强度,从而可以拉断管柱。该方法不需要对钻柱施加扭矩,切割后钻柱的截面整齐,管道的膨胀很小,因此无需磨铣修整。爆炸切割器是另一种电缆起下的工具,产生360°径向爆炸喷射流来切断管柱。一些爆炸切割器产生平整的切割断面,但另一些则产生喇叭型棱角,必须下入磨鞋修整以完成随后的打捞作业。第三种方法采用机械切管器,该工具随冲洗管下至所需深度。液压压力使切削臂紧靠在管柱内壁。随着工具在管柱内的慢慢旋转,镶有碳化钨硬质合金颗粒的切削面会切断管柱。

当卡点以上的钻柱分开后,司钻起钻。打捞专家在钻台上检查最后一根出井的钻杆。这根钻杆的状况决定了后续打捞工作的进程。

抓取

打捞落鱼最常用的两种方法就是外打捞和内打捞。落鱼尺寸及其相对于井筒的朝向决定了采用哪种打捞方法。

通常使用打捞母锥或打捞筒来进行外打捞。打捞母锥采用锥形螺纹在落鱼顶部造扣(图8)。通常用来抓紧破裂、断开的管柱,该工具下到落鱼顶部时缓慢旋转。它底部的边缘镶着硬金属或碳化钨颗粒,可帮助在落鱼的外表面切削造出新的螺纹。

图9 打捞筒。打捞筒分为三段。上部短节将 打捞筒连接到钻柱。卡瓦座具有锥形螺旋设 计来容纳抓钩,而抓钩用来抓紧落鱼。引鞋 帮助打捞筒套住落鱼。
图9 打捞筒。打捞筒分为三段。上部短节将 打捞筒连接到钻柱。卡瓦座具有锥形螺旋设 计来容纳抓钩,而抓钩用来抓紧落鱼。引鞋 帮助打捞筒套住落鱼。

打捞筒可咬合、抓紧和回收断裂的钻杆或钻铤(图9)。打捞筒锥形螺旋状卡瓦座内装有抓钩,用来抓住落鱼的外表面。当向鱼顶方向下放打捞筒时,司钻循环泥浆,同时左右摆动打捞管串,以清洗鱼顶和冲洗打捞筒内部。

抓紧落鱼之前,司钻记录打捞管串重量和扭矩。冲洗鱼顶后,司钻慢慢下入打捞筒直到悬重略有减少,这表明它已接触到鱼顶。司钻缓慢下放、旋转打捞筒,卡瓦打捞筒的引鞋滑过鱼顶。顺时针旋转时,抓钩张开,抓紧落鱼。司钻上提打捞管串且不旋转,会导致抓钩在锥形卡瓦座里收紧,锁住落鱼。鱼顶被紧抓在打捞筒内之后,司钻将打捞管串和落鱼起出井口。

打捞筒可以安装各种抓钩、控制封隔器和配件,部分组件的强度足以支持倒扣和震击作业。一个常见的配件是引鞋,它安装在打捞筒底座上以磨平落鱼的外翻或据齿状边缘,从而使落物进入抓钩。磨鞋配件使一趟钻修整落鱼顶、抓住落鱼成为可能。当鱼顶附近井眼扩大或冲蚀,打捞人员部署另一个基本但有用的装置,即壁钩导向装置,后者连接到一段弯管或液压万向接头,在井眼冲蚀段抓取落物。打捞筒一旦通过鱼顶,打捞管串慢慢旋转,直到旋转扭矩表明落鱼已经钩住。上提管串时保持扭矩不变。扭矩减小则标明落鱼滑入打捞筒内。

虽然打捞筒的基本形式在过去几十年间改动非常小,它仍然发挥着巨大作用。美国新墨西哥的一家作业公司,不得不面对管柱落井的难题。钻进77/8英寸井眼时,一节61/8英寸的钻铤断裂,部分钻铤和BHA留在井底。起钻时,作业公司要求采用斯伦贝谢打捞服务回收井眼内的剩余钻柱。打捞专家装配的打捞管串由钻杆、钻铤、震击器、伸缩节、打捞筒(图10)组成。司钻将打捞管串下入井底,成功到达鱼顶。打捞筒抓紧断裂的钻铤后,打捞人员注意到,随着司钻慢慢拉起打捞管柱,重量增加。一旦打捞专家确认打捞筒锁定落鱼,司钻起钻出井,将打捞的落鱼置于管柱架上进行检查。最后,作业公司将问题归结于钻杆疲劳。

图10 打捞管串。在新墨西哥的一口井中,利用一个包括震击器、打捞筒的基本 打捞管串打捞钻柱断裂后的剩余部分。
图10 打捞管串。在新墨西哥的一口井中,利用一个包括震击器、打捞筒的基本 打捞管串打捞钻柱断裂后的剩余部分。

如果落鱼的朝向或条件不允许使用打捞筒,打捞人员必须依靠内打捞装置抓取落鱼。内打捞装置的型号包括公锥、打捞公锥和打捞矛(图11)。

公锥用于打捞从管柱倒扣的落鱼。倒扣后的落鱼有一个面朝上的母接头,可与公锥啮合。

对于内径受限的管柱,打捞公锥可以从内部打捞。它有一个很长的锥形构造,在拧入落鱼顶部的过程中可以攻出新螺纹。这个工具下钻到鱼顶后然后旋转对扣。它通常和一个安全接头配合使用,这个安全接头在打捞管柱遇卡时可将管柱与落鱼分开。

打捞矛使用内部抓钩或卡瓦,当司钻起钻时,抓钩或卡瓦膨胀,紧紧抓住管柱内壁。打捞矛连接在打捞管柱的最底端,然后下钻到落鱼顶部。当打捞专家确定打捞矛进入到落鱼顶部足够长度时,旋转管柱,抓钩张开。司钻垂直上拉但不旋转,将钻柱和落鱼提出井筒,在此过程中抓钩一直抓紧管柱内壁。一些打捞矛带有各种配件如磨铣工具,磨铣工具放置在打捞矛的底部,用来磨掉锯齿状棱角或者其他障碍物。

可能还需下入安装在管柱内的另一个基本工具,为后续的打捞作业做好准备。套管整形器可将发生凹陷、弯曲或者变形的套管修复至接近原样(图12)。套管整形器依靠井下冲击设备如伸缩节或震击器产生的机械力来打通套管内障碍。套管整形器的尺寸渐增,能够修复不同程度的套管变形。在安装生产设备之前常常会先下一趟套管整形器,以确保生产设备能顺利通过套管。

图11 内打捞设备。当回收不能旋转的管柱落鱼,利用公锥(左^来连接工具的母 接头。一体式打捞公锥(中)的细螺纹使打捞公锥成为一个造扣工具。螺纹内 的凹槽作为切削刃,辅助打捞公锥锥进落鱼。打捞矛(在)可与管柱大面积啮 合,减少落鱼变形。
图11 内打捞设备。当回收不能旋转的管柱落鱼,利用公锥(左^来连接工具的母 接头。一体式打捞公锥(中)的细螺纹使打捞公锥成为一个造扣工具。螺纹内 的凹槽作为切削刃,辅助打捞公锥锥进落鱼。打捞矛(在)可与管柱大面积啮 合,减少落鱼变形。

打捞需要考虑的经济因素

是否打捞须综合考虑以下因素:保留井筒、回收昂贵的井下设备或遵守法规。每项决定都伴有其各自的成本、风险及影响。采取具体行动之前,作业公司需考虑多个因素:

•井眼参数:设计井深、当前深度、到鱼顶的深度和钻机日费

•井下落鱼成本:落鱼价值减去各种工具保险赔付金

•打捞成本:打捞专家的日费加上打捞工具和震击器的日租赁费

•打捞时间表:动员打捞工具及人员的时间,估算的打捞作业时间及成功几率成本通常决定打捞工作的最长持续时间。因此,一口钻机时间不多、设备投资有限的浅井可能只需最短的打捞时间。相比之下,当落井设备耗资巨大时,则需要更长打捞时间、更高费用。一些作业公司要求,一旦打捞成本达到侧钻和重钻新井成本的一半时,就应放弃打捞作业,转而进行侧钻。

专业人员开发了很多公式和专有程序,帮助作业公司确定打捞时间。经验表明,落鱼成功打捞的概率随着时间的增加而迅速减少。这一结论倾向于促使作业公司尽快开始打捞作业,因为超过某个时间点后,打捞出落鱼的机会为零。例如,打捞被卡管柱时,许多作业公司设定四天的打捞期限,包括上下活动管柱或泵入解卡剂的时间。

图12 套管整形器。圆锥形状的套管整形器可将变形套 管恢复至接近原样。
图12 套管整形器。圆锥形状的套管整形器可将变形套 管恢复至接近原样。

如果作业公司决定放弃打捞,那么他必须决定是否弃井,在落鱼以上的井段完井,还是在落鱼附近进行侧钻。如果作业公司决定弃井,作业公司的地质学家们可以从已获取的地层数据中发现价值,这可能会影响到后续关于是否钻邻井的决定。

一些井在钻向较深产层的中途钻遇高产层。如果浅层的储量足够大,可以完井,那么作业公司在面临打捞作业时可能会决定放弃较深的产层,在浅层下套管。这一选择会受落井设备的重置成本、打捞成功的可能性、浅层完井成本及浅层储量的影响。

另一项选择是进行侧钻。除了考虑落井设备的成本之外,作业公司还应考虑以下因素:

•运送造斜器、钻井马达或其他侧钻设备的成本及时间

•在造斜点深度打水泥塞的成本、候凝的时间成本和准备侧钻时的下钻成本

•从造斜点钻至完钻深度的钻井成本

•在相同井段再次卡钻的可能性

在某些地区,作业公司会发现打捞作业比侧钻更昂贵,侧钻结果也许更可靠。对于裸眼井作业来说,打水泥塞和下造斜器比耽搁几天时间更有吸引力。不过,这一选择并不适用于所有区域。实际上,在一些区域,作业公司对打捞的需求可能再次兴起。

今后的培训

打捞方面的知识来之不易,主要是通过在现场接触恶劣井况下的各种困难作业条件得来的。目前,“人员大更替”涉及大量将要退休的打捞专家,因此培养更多打捞专家的行动势在必行。培训课程的目的是培养学生的打捞技能和提高他们的技术知识;现场实际操作作为课程的补充,旨在强化熟练程度。

不过,有一个先决条件,即确保所有学员都熟悉其作业区域内采用的打捞工具。第一级课程向现场专家和现场工程师提供实际操作培训,重点集中在车间装配和拆卸,辅以课堂教学和钻机现场培训。

随后,学员将被分配到现场进行一些打捞、井眼偏离及弃井作业,才能有资格步入个人职业发展的下一步。这些工作是由经验丰富的人员操作,学员予以协助。

培训的第二阶段涉及更深层次的打捞技术,辅以案例研究。学员根据实际打捞作业进行打捞计划练习。他们针对打捞作业设计一套完整的BHA,在课堂上展示他们的计划,同学们进行评估和集体讨论。课后,学员们继续他们的现场培训,进行多个单独打捞作业,然后进入下一阶段的培训。

最终阶段的培训会注重管理打捞和补救作业管理层面的培训,以培养打捞作业监督。这种培训对油田的未来至关重要,因为只要井下设备或井筒出现问题,就会需要打捞专家。