水平井和大位移井打捞作业技术应用研究

蒋利　张平　罗红强

摘 要： 本质主要论述了常规钻井作业和水平井/大位移井打捞作业的区别及相同之处，并较为详细地说明了在水平井/大位移井中震击器的作用，安放装置及安放准则，给出了应用实例，提出了下一步研究方向。

关键词： 水平井;打捞;震击器;大位移井

【中图分类号】G676 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）20-0210-01

1 基本概况

从顿钻开始，钻井作业时通常是在较原始设备的情况下，模拟带倒刺矛去打捞落井钢丝绳，至今，打捞作业已发生了根本性的改变。在水平井和大位移井中，每一次打捞作业并不是孤立的，而是考虑实际情况，比如井眼状况、卡钻原因、钻柱极限及设备提升能力等计算机模型。即便如此，水平井和大位移井与常规井打捞作业仍然有很多相同之处，其中包括：①钻柱与采油管柱卡钻;②打捞落物或工具：③提出封隔器及旋塞;④修补套管。

在大多数情況下，常规井眼的打捞工具仍然成功地使用在水平井及大位移井下，例如，卡瓦打捞筒能有效地打捞具有一定外径的工具和仪器，打捞矛继续用于一定内径的工具和仪器的打捞。最主要的不同就是在钻井和打捞中，用于传递打捞工具的管串设计和震击器的位置不同。

在水平井和大位移井中摩阻较高，它极大地影响了沿钻柱的轴向载荷和扭转载荷的传递。另外，在大斜度井段，推动钻柱向下运动的重力作用部分或整个受到削弱。为了弥补这些不利因素，常常采用倒装钻具组合。在倒装钻具组合中，钻铤和加重钻杆在垂直井段，而常规钻具组合的钻铤和加重钻杆是紧靠在钻头之上。在垂直井段中钻铤和加重钻杆有效地推进了下部钻杆的运动。这是因为弯曲井段钻杆式大斜度井段的钻杆可以承受较大的载荷而不产生弯曲变形。

2 震击器的作用

液压震击器通常是对被打捞的工具或仪器的活动部分施加冲击载荷。由于震击器的工作原理是依赖钻柱轴向载荷的发挥和弹性能量释放，所以震击器的使用必须准确地了解钻柱以及钻柱和井眼的相互作用。

震击器是在打捞管柱能够承受拉伸的范围内通过延迟释放拉力工作的，这样它提供了一个瞬间的冲击载荷代替还原缓加载荷提出落鱼。为了使落鱼活动，震击器的冲击载荷必须超过阻卡力。 落鱼活动的长短取决于冲击载荷的持续时间。

冲击载荷和它持续共同作用效果称之为推动力。位置合理的震击器，在冲击力大于阻卡力时，可以产生较大的推动力。因此，打捞作业中震击器的功效不仅与它的设计有关，而且与它在打捞落鱼作业中被安放的位置有关。

3 震击器的位置

震击器安放的位置是否合适可能影响震击器的性能（影响因素可以提高3～4级）。震击器按经验安放的位置常常是不恰当的，特别是在水平井和大位移井中。然而，计算机程序现在可以精确地计算出冲击力和推动力，从而计算出震击器最佳安放位置。该程序必须考虑井斜、曲率半径、摩阻及钻柱设计。一些公司的打捞或钻井震击器位置的计算程序是依据应力波理论计算出冲击力和推动力的。程序也可以使用在管道中固体的冲撞及水锤作用以及在很短时间内产生载荷的其它场合。震击能量来自钻柱被拉伸或压缩的弹力。因此，当震击移动时，瞬间释放的能量并不能马上作用在卡点上，而是在管柱中以声速传递应力波能量，附加的3个因素使能量的传递进一步复杂化。

1）钻柱截面上应力有部分被传递，另一部分因钻柱截面的变化被反射;

2）钻柱和井限的摩阻损耗了应力波能量;

3）有时，震击器仅仅向上或向下活动了几英尺，应力波的增加对落鱼卡点管串就会猛烈的震击力。

震击器位置安放程序考虑以上因素，应用应力波理论分析解决了整个应力波传遍问题，适合于任何截面的改变，同时适合于任意钻柱和井下组合。

4 安放位置准则

虽然上面谈到每次打捞作业都不同，但是在水平共和六位移井中对于震击器的安放位置有一定的实践准则：①由于在弯曲井眼产生的综合轴向应力严重降低了震击器的使用寿命，所以在大曲率15°/30m或更大曲率的井眼中，应避免震击器工作;②在中半径水平井中，如果震击器安放在弯曲井段，必须考虑给出的拉力是否能 有效地传递到震击器，因为在弯曲井段摩阻将损失50%以上轴向载荷;③当震击器安放在弯曲井段以上时，应力波的大小因为摩阻的影响，传递到卡点时会减小，当然，即使在弯曲段以下有很长的水平段，较大的冲击载荷也可到达;④在倒装钻具组合中，震击器安放在加重钻杆和钻铤之中效果更好，这是因为应力波从较大横载面传向较小横截面比从较小横截面传向较大横截面时有更大反射波;⑤安放随钻震击器时，预测卡点的位置是非常重要的。在有些情况下，最好是一只震击器的安放位置适合向上震击，而另一震击器位置又适合向下震击。允许安放两个分开的震击器，一个向下震击一个向上震击比较理想。另外，有些卡点很可能在弯曲段以下或无套管井段，在钻具组合中，安放两个完全独立的震击器是有益的。一个安放在弯曲井段以下，靠近钻头附近的钻具组合上;另一个安放在无套管的弯曲井段中。在这种情况下，必须对震击器进行特殊操作，避免同时启动两个震击器，它将对工具产生严重的损害。

5 举例分析

某水平井卡点大约在2438.4m，造斜率10～12°/30m。钻至90°，套管下至弯曲井段底部。钻至水平段以后，井下动力钻具被卡。

最初的方法是倒开直井段的钻具，用钻铤之间安放的震击器和增强器震击。但是，用震击器安放程序计算表明，该想法的结果是传递到被卡钻具的冲击力很少。

计算机反复模拟计算表明，增强器应安放在套管靠近弯曲井段的底部。加重钻杆放在震击器与增强器之间，结果显示可提高4级的冲击载荷，作业者选择了该方案。

解卡后提出钻具，发现两根钻杆在套管中，打捞钻具组合下入井中，钻具被卡在裸眼井段。开始使用22.70～27.24t震击力，后来增加到36.32～40.86t，钻具解卡。

6 建议

在水平井和大位移井中，钻井技术的发展极大地改善了打捞作业，如本文提及的确定震击器安放位置的计算程序，今后将进一步完善打捞工具和技术在这方面的应用。

打捞井下动力钻具就是一例。如果动力钻具涂有硬质合金涂层的转子掉入井中，有些硬质涂层太硬打捞筒不能吃入捞取。一种方法是改进常规卡瓦打捞使之能够通过中半径曲率井段，并且卡瓦打捞筒能够抓起转子并捞取动力钻具外壳。

由于井下状况使得打捞井下动力钻具变得不实际也不可能，因此建议在使用的井下钻具转子的上端开一孔，以便打捞作业。

在有些水平井和大位移井中，由于摩阻太大，只能通过钻柱连续旋转方可下入井底。目前虽不能解决该问题，但将来的打捞工具和技术是能够允许在这种情况下捞起或松开落鱼的。