内插法固井工具失效典型案例及预防措施

覃 毅

（中国石油集团渤海钻探工程有限公司第一固井分公司，河北任丘 062552）

内插法固井工具失效典型案例及预防措施

覃 毅

（中国石油集团渤海钻探工程有限公司第一固井分公司，河北任丘 062552）

引用格式：覃毅.内插法固井工具失效典型案例及预防措施 ［J］.石油钻采工艺，2015，37（6）：114-116.

内插法固井技术是针对大尺寸套管或表层套管固井特殊性而采用的技术，由于其省时、替量少的特点在某盐穴储气库Ø339.7 mm大尺寸套管固井现场大量推广应用。随着施工作业的增多，内插法固井配套工具经常发生失效，事故原因各异，但后果严重，影响到下一步钻井工序。分析了盐穴储气库Ø339.7 mm套管内插法固井施工配套工具失效案例，结合工具结构与工作原理分析了事故原因，提出了相应的预防措施，对同类固井现场施工具有一定的参考价值。

盐穴储气库；内插法固井；工具失效；典型案例；预防措施

内插法固井又称 “内管法注水泥”，一般用于大尺寸套管或表层套管固井，注水泥时能减少水泥浆在套管内与钻井液的掺混，缩短顶替钻井液时间，同时水泥浆可提前返出从而减少附加水泥量过大而造成的浪费和环境污染，达到了提高封固质量和降本增效的目的［1-3］。施工作业中，因内插工具发生的事故时有发生，消耗了大量的人力、物力和技术资源，影响了油气田勘探开发进度［4-14］。结合内插工具现场应用失效案例，就配套固井工具进行分析。

1　现场应用失效典型案例

在某盐穴储气库区块内插法固井施工中，工艺套管结构为：Ø339.7 mmBTC浮鞋+Ø339.7 mm套管1根+Ø339.7 mmBTC浮箍（含插座）+Ø339.7 mmBTC套管串；钻杆串结构为：内插头+Ø127 mm加重钻杆+Ø127 mm钻杆+方钻杆

1.1PZXX井内插法固井过程中工具失效

PZXX井是一口盐穴储气库资料井，完钻井深380.63 m，下深380.35 m，插座位置357.86 m。施工过程中，注入水泥浆22 m3，排量1.2 m3/min，套管内返出钻井液，同时井口钻井液也返出，下压至10 t，套管内不返；共注入水泥浆25 m3，套管内又返出且量很大，无法继续注水泥，水泥浆未返至地面；替入清水4.1 m3，排量1.0 m3/min；放回压，回流约200 L后流量减小，但始终有小量回流，密封不严，共回流约300 L后拔出插头开始起钻；起出插头，密封圈及本体完好，未见损伤；最后4柱钻杆粘有水泥浆，约80 m；之后采用井口回填方法补救后续事情。

1.2CHUXX井内插法固井过程中工具失效

CHUXX井是进行区块岩盐建库评价而钻探的前期勘探资料直井，一开使用Ø444.5 mm钻头钻至井深639.1 m中完，下入Ø339.7 mm表层套管638.6 m。注前导浆5 m3，平均密度1.68 g/cm3；注水泥浆119 m3，平均密度1.87 g/cm3，最高压力3.8 MPa，现场储备的水泥全部注入井里，水泥浆未返出地面（注水泥过程中井口套管内有钻井液外溢，下压悬重40 kN后，钻井液停止外溢）；替水泥浆6.2 m3，最高压力5 MPa；注水泥返浆正常，地面施工正常，井口未发现漏失；水泥车放回水，泄压时阻流环失效，无法正常憋压，反复3次试验无效，为防止钻具被水泥固死，钻井队强行起钻。起出钻具发现最下面一根加重钻杆外壁有明显水泥黏附，下部内插头胶圈完好，表面附有水泥块，与钻具连接的丝扣下部有完整的水泥环，如图1所示。之后采取从环空反灌水泥浆作业进行补救。

图1　起出钻具下部内插头胶圈和内插头内黏附的水泥块

1.3JKXX井内插法固井替浆后工具失效

JKXX井是一口盐穴储气库注采气井，一开使用Ø444.5 mm钻头钻至井深579.00 m中完，下Ø339.7 mm表层套管577.83 m固井。施工过程中注水泥浆63 m3，水泥车替清水4.8 m3；施工连续、正常，密度均匀，领浆全部返出地面。水泥车放回压，回水0.45 m3，回流速度不减，浮箍密封失效；关闭水泥车阀门，注入清水1 m3，再次回水0.6 m3，注入0.4 m3；为防止憋压候凝时出现残余水泥固死，再次注入清水0.4 m3，所有替水量液面控制到浮箍以下，使钻杆内没有残余水泥浆，累计注入清水5.45 m3。根据化验数据，143 min后，判断水泥浆已经初凝，1 min后突然见钻井液套管内溢出，再次插入内插头并注入清水0.4 m3，45 min后再次检验失败，90 min后检验失败，防止“插旗杆事故”发生，强行起钻。钻井液返出约10 min后停止冒出，水泥浆倒返约10 m3左右。随后立即从井口灌注水泥浆，采取井口回填方法补救后续工作。

2　工具结构与工作原理

为了有效分析内插法固井套管附件和工具的失败原因，从内插配套工具入手，研究其结构特点与工作原理［15-16］。盐穴储气库井内插法固井套管配套工具由插入式浮箍（内装回压阀插座）、浮鞋和插入头组成，其中内插头上部与钻杆连接处有精密钻杆螺纹，与钻杆连接密封良好；侧边有侧翼，起到扶正器的作用；下部与浮箍连接处有密封垫，提高内插头插入浮箍时密封效果。使用时将插入式浮箍装在最下一根套管上端；浮鞋装在最下一根套管下端。工作时将浮箍、浮鞋接到套管上，下套管时注意向套管内灌钻井液，下完套管灌满钻井液，然后将插入头用钻杆送入井内，当插入头接近浮箍（插座）5～8 m左右时接方钻杆，边循环边下入钻杆，待浮箍以上的沉砂清理干净后，慢慢插入浮箍（插座孔内），并加压一定吨力。通过立管进行注水泥和替泥浆，替泥浆量要准确，使钻杆内留适量水泥浆。停泵后马上起钻使残留在钻杆内的水泥浆沉淀在浮箍上，第二次开钻时，残留水泥和回压阀、铝引鞋一起钻除。

内管注水泥工具主要由插座（包括球筐、浮球、承托环、限位杆及喇叭口）及带密封圈的插头组成。插头接在钻柱下端钻杆上。为保证插头居中且顺利插入插座，在钻杆最下端的3根钻杆接头上分别加1个弹性扶正器，带浮球的插座嵌装在下部套管的母接箍内。插座部分由外壳、插座本体、小球、弹簧、内套、浮球等组成。在套管下入过程中，由于本体下部开有循环孔，可以自动灌浆。然后下入钻具组合。下钻到位后，限位杆被插头捅掉，替浆结束起出插头时，浮球即可与承托环锥面结合，实现防回压作用。

3　失效原因分析

这里主要讨论分析造成失效的工具方面的原因。

（1）插头和插座间密封容易失效。下内管柱时，下压加重时钻具在套管内有一定的弯曲度，导致内插头与插座间密封不严造成事故。

（2）替完水泥浆时水泥车放回水回吐不断流，无法正常憋压，反复3次试验失败，浮箍（含插座）阻流环失效，质量不过关，造成事故。

（3）长时间循环和钻井液含砂高造成的浮箍密封不好。案例中有下完套管与下完内管柱建立循环后，一直循环到第二天固井，间断循环时间长达6个多小时的情况，增加了井下情况的复杂性，导致内插工具失效。

4　预防措施

（1）严格检查Ø339.7 mm浮鞋、浮箍（含插座）、内插头及其密封垫质量；内管注水泥器属易钻材质，易损坏，宜轻装轻放勿碰撞；工具使用前做好检查、保养和校核，保证带病设备不上井，确保井下工具、附件安全可靠。

（2）在下套管和固井前做好通井工作，充分循环处理钻井液，确保井内无沉砂与井眼稳定再下套管和注水泥，同时尽力减少凡尔球或凡尔座被冲刷的时间。

（3） 做好钻井液净化工作，在下套管和下钻过程中，严禁有棕绳、棉纱、药品袋等杂物进入井口和钻具内，否则将造成关闭失灵。

（4） 当插入头下到离浮箍（插座）5～8 m左右时必须先开泵循环，冲洗浮箍上的沉砂，然后慢慢插入，否则可能会破坏内件，造成密封失灵。

（5）接方钻杆开泵顶通井内钻井液并观察套管内是否有钻井液返出，若有则必须增加中心插入管压力保证插入座和中心插入管接触处密封可靠。

（6）设计合理的水泥浆稠化时间，保证稠化时间大于注水泥施工60 min左右为宜。在既保证固井施工安全又不改变水泥浆原有性能的前提下，优化水泥浆外加剂、减阻剂与早强剂的配比，使水泥浆的稠化时间在原有的基础上进一步缩短，减少憋压候凝时间。

5　结论

（1）内插法固井作业高风险、不可逆，决定了固井作业的重要性。一旦发生“插旗杆”事故，不仅处理成本高，而且极有可能处理失败，影响钻井后续作业的进行。因此内插法固井作业过程需要十分谨慎。

（2）事故风险大，要进一步加强攻关研究。固井施工应尽可能保持连续施工，加强设备维护保养，减少中间等待，同时要调整水泥浆稠化时间，防止水泥浆由于触变性而异常增稠，确保固井施工安全顺利。

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（修改稿收到日期 2015-11-10）

〔编辑 李春燕〕

Failure typical cases of interpolation cementing tools and preventive measures

QIN Yi
（No. 1 Cementing Company of Bohai Drilling Engineering Co. Ltd.，CNPC，Renqiu 062552，China）

Interpolation cementing technique is specifically used for large-size casing or surface casing. This technique can save time and have a little displacement，so it is extensively used in cementing Ø339.7 mm casing in a salt cavern gas storage. With the increase of operation activities，the auxiliary tools for interpolation cementing job often fail due to various reasons，but the subsequence is very severe，affecting the next drilling procedure. Examples were taken to analyze the cases of failure of auxiliary tools for cementing Ø339.7 mm casing in a salt-cavern gas storage using interpolation cementing technique，and the causes for the failure were analyzed in terms of tool structure and working principles. Also，the relevant preventive measures were presented，all of which were of some reference value to field cementing jobs.

salt-cavern gas storage； interpolation cementing； tool failure； typical cases； preventive measures

TE925.2

B

1000-7393（ 2015 ） 06-00114-03 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.029

覃毅，1984年生。2009年毕业于长江大学，现主要从事固井技术研究及现场应用的工作，工程师。电话：15128771297。E-mail：896028085@qq.com。