管外回接关键工具研制及在南海海域套损井中的应用

陈鹏飞，黄毓祥，李志彬，刘志伟

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津）

南海海域油气田生产过程中，套管损坏较为常见，不考虑套管本体及接箍自身材质、加工工艺方面导致的套管失效，就其外因而言，套管失效主要包含工程方面和地层方面的原因。就工程方面而言，油气田所处海况条件比较恶劣，绝大多数油气田采用导管架平台开采，由于水深普遍较深，导致导管架平台造价较高。为降低开发成本，一般会采取减少平台数量的方式，当单个导管架平台开采多个油气田区块时，井深往往偏深，在施工过程中，无论是新井钻进或老井侧钻作业，亦或是后期完井、修井作业，钻具对套管长时间碾磨，易出现套损情形。另外，在油气田开采过程中，电潜泵的吸入口，由于流体的流动，对套管有较强的冲刷作用，日积月累也易造成套管的磨损[1-4]。

就地层方面而言，部分井的生产套管采用单级双封方式进行固井，套管外某些井段无水泥环，后期该段套管与侵入的地层水直接接触，套管易受地层水的腐蚀，随着生产时间的增长，井筒完整性将遭受破坏。另外，井内的生产流体矿化度高，若存在二氧化碳、硫化氢等腐蚀性流体，将加速对生产套管的腐蚀。

基于上述各种原因，导致目前南海海域部分老井的套管遭到损坏。有效稳妥地处理套损井，将有利于油气安全生产，有利于维持井筒的完整性。为解决套损井的问题，将以管外回接技术为研究中心，围绕工艺与工具开展相关研究，并以现场应用效果进行验证。

1 套损井处理、回接工艺

套管损坏后，井筒完整性遭到破坏，唯有修井才能恢复安全生产。套管损坏部位的确认方法，一般采用逐段试压排除法、超声波测井、触臂测井法等[5-11]，其中，测井法是通过测量套管的壁厚或套管内径的变化，确认套管损坏部位。确认套损部位后，选择套损部位以下壁厚相对完好的井段作为切割点，将切割点以上的套管切割、打捞回收，对切割点进行端部处理后，下入回接管串并套入下部套管，最终实现回接作业。

1.1 起出生产管柱、封隔下部井段

起出井内生产管柱，用封隔器密封下部井段，若生产管柱不能直接提离井底，则需切割生产管柱，再将其提离井底，然后进行临时封井作业，避免后续作业对储层造成损伤（图1）。

1.2 切割、回收套损段

切割套管的工具主要有水力割刀和电驱动割刀等。大尺寸套管一般采用水力割刀，小尺寸套管采用电驱动割刀或化学切割法。

若套损部位以上存在水泥环，需对水泥环进行套铣作业。在双层套管段，若套管贴边严重，则无法套铣，只能进行磨铣作业，见图1。为保护外层套管，套铣和磨铣工具的选择，尽量避免对外层套管造成过大的损伤，否则将降低套管强度，导致无法满足后续作业井控需求。

1.3 处理切割部位

将切割点以上的套管切割打捞后，套管的割口很不平整，割口处常呈外扩型喇叭口，毛刺尖锐。需对割口进行较长时间的磨平操作，并沿套管外沿将其打磨成具有外倒角的结构，便于回接器套入到下部套管，防止损伤回接器的密封部件。

此外，由于所研制的回接器采用的是外回接方式，下部套管外壁的光滑程度直接影响回接器密封部件的密封效果，因此，套管外壁的处理也至关重要。套管外壁一般附着铁锈或其他杂物，需多次对外壁进行刮铣操作，将外壁刮铣干净，有利于保障回接器回接后的密封效果，同时将套管外壁环空的杂物循环出井，为套管回接作业腾挪作业空间。

1.4 回接套管

套管回接时，采用的回接管柱为套管回接器+延长筒+变扣短节+套管串+大小头+钻杆。具体的回接流程如下，回接后效果示意图见图2。

（1）下入管柱，当回接器即将接近下部套管端部时，顶部钻杆连接顶驱，开泵打通循环。停泵，缓慢下探下部套管端部，直至遇阻，标注位置。上提管柱30～50 cm，缓慢旋转管柱，小排量循环，缓慢下放管柱。

（2）当泵压升高时，确认回接器套入下部套管，停泵，停止转动。

（3）连接固井设备，固井。

（4）缓慢下压管柱，直到预定位置。

（5）对管柱进行试压。若压力未能稳住，泄掉压力，再往下调整回接器密封筒的位置，再重新试压。

（6）安装井口，座挂套管头或油管四通卡瓦，座挂设计要求的吨位。

（7）打捞回收井内封堵封隔器。

（8）下入生产管柱。

（9）安装采油树，重新进行生产。

2 回接器及配套工具研制

为实现管外回接相关工艺要求，除常规套铣打捞作业所需工具外，需研制管外回接器与端面打磨工具，其中端面打磨工具包括端口磨铣工具和外壁刮铣工具。

2.1 回接器研制

所研制的回接器采用外回接[12]结构，可保留目标井原有的管柱通过能力，回接器整体呈圆筒状，自上而下包括上接头、延长筒、本体、引鞋，两者之间采用螺纹连接（图3）。本体下部设置有齿状螺旋卡瓦槽，用于放置卡瓦；本体中部置有两道W型密封环，且通过保护套进行挤压保护，可实现双向密封功能。本体底部内侧的控制环，其下端呈锯齿状，有利于在回接作业过程中进一步修整所要回接的管柱。引鞋下部呈正螺旋状导向设计，内侧倒角，端部成尖状，在工具下放到接近目标井套管割口位置，缓慢旋转并下放，引导下部套管进入回接器本体内，在回接过程中也起到一定的扶正作用。

若引鞋上开孔，回接时，先利用引鞋套入下部套管，控制引鞋的位置，留出开孔位置实现管柱内外相通，即可实现回接过程中的注水泥作业；注水泥作业完毕后再进行回接作业，候凝。

2.2 端口磨铣工具

套管端面磨铣工具可对下部套管进行端面磨铣，去除套管端部因切割所产生的外翻断面、毛刺，并形成较为规则的平整断面，并使端面具有特定外斜面导角结构。端面磨铣工具主要由工作筒和变扣接头组成，工作筒内间隔性的均匀布置多组切削块，切削块围成圆圈，每个切削块上安装有多个硬质合金刀片（图4）。

2.3 外壁刮铣工具

套管外壁刮铣工具可对套管进行外表面刮铣，可清除套管外壁上的水泥块、毛刺、锈垢等。套管外壁磨铣工具主要由工作筒、延长筒、变扣接头和短钻杆采用螺纹连接而成（图5），工作筒内均匀布置磨铣核心部件弹性刮刀片，弹性刮刀片经过调质，校直后，经多次实验后形变量稳定且回弹效果良好。刮刀片与套管贴合紧密，试磨铣后效果良好，磨铣力足够大。弹性刮刀片具有连续螺旋沟槽，反向交错布置，360°全覆盖，可实现周向无死角的刮铣作业。

图4 端面磨铣工具示意图Fig. 4 Schematic diagram of face milling tool

图5 外壁刮铣工具示意图Fig. 5 Schematic diagram of external wall scraper tool

3 现场应用

南海某油田 A 井斜深3 370 m，垂深2 339.49 m，完井方式为割缝套管完井，五层套管井身结构 （图6），该井因φ244.5 mm套管腐蚀穿孔存在安全隐患，需修井更换腐蚀穿孔的φ244.5 mm套管，消除安全隐患。

3.1 套损位置检测

采用试压排除法检测，下入φ244.5 mm套管RTTS检查最深套损位置，采用的管柱：φ88.9 mm钻杆20柱+φ244.5 mm RTTS封隔器+φ88.9 mm钻杆，当RTTS封隔器下至1 473.85 m，坐封RTTS封隔器，管柱逐级正打压：500 psi/5 mins，1 000 psi/15 mins，B环空压力与立管压力一致，且稳压不降，监测C环空压力一直为零，确认RTTS封隔器下部仍有套损点。当调整RTTS封隔器深度至1 484 m，坐封RTTS封隔器，管柱逐级正打压：500 psi/5 mins，2 000 psi/15 mins，稳压合格。期间监测B/C环空压力无变化，确认RTTS封隔器下部无套损点。最终确认最深漏点范围在1 473.85～1 484 m。

图6 南海某油田A井井身结构图Fig. 6 Well structure of well A in an oilfield in the South China Sea

3.2 套管回收

套管回收包括套管切割与套管打捞，φ244.5 mm套管切割管串：φ206.4 mm水力割刀（配φ244.5 mm套管单管切割刀片）+变扣+φ88.9 mm短钻杆+φ88.9 mm钻杆，管柱下至1 502 m切割，切割点以上无水泥环，切割后采用打捞管串组合：φ244.5 mm套管捞矛+φ127 mm短钻杆+φ127 mm钻杆，抓住套管，多次在100～135 t之间间歇性尝试活动管串，套管未有明显位移，无法正常拔活φ244.5 mm套管。后因无法正常拔活φ244.5 mm套管，先后在1 013 m、80 m、637 m、1 285 m、1 503 m进行切割；通过φ244.5 mm套管震击捞矛组合：φ244.5 mm套管捞矛+变扣+φ88.9 mm短钻杆+φ119.9 mm机械震击器+φ119.9 mm钻铤7根+φ88.9 mm钻杆进行多次打捞。分段（0～80 m、80～637 m、637～1 013 m、1 013～1 285 m、1 285～1 502 m、1 502～1 503 m）取出套管。

3.3 工具应用

3.3.1 端面磨铣工具应用

组合下入φ244.5 mm套管端面磨铣工具管串：φ244.5 mm套管端面磨铣工具+变扣+φ88.9 mm短钻杆+φ119.9 mm钻铤+φ88.9 mm钻杆。下钻至1 500 m，接方钻杆与水龙带。大排量正循环冲洗鱼顶。停泵下放管柱至1 503.37 m遇阻，启动转盘，控制钻压2～5 t，转速45 rpm，磨铣φ244.5 mm套管鱼顶，累计进尺6 cm后长时间无明显进尺，停转盘。拆甩方钻杆，起磨铣管串，立柱于钻台，起出端面磨铣工具，检查有明显磨痕。

3.3.2 外壁刮铣工具应用

组合下入φ244.5 mm套管外壁刮铣管串：φ244.5 mm套管外壁刮铣器+变扣+φ88.9 mm短钻杆+φ88.9 mm钻杆。下钻至1 500 m，接方钻杆，水龙带。缓慢下放管柱至1 503 m位置遇阻。启动转盘，转速35 rpm，缓慢下放管柱引入鱼顶，转盘多次憋停，引入鱼顶困难。导通反循环洗井流程，启泵，排量：45 m3/h，累计循环20 m3，停泵。

缓慢下放管柱，仍然在1 503 m位置遇阻，尝试多次无法通过。导通正循环流程，启泵：排量20 m3/h，启动转盘，转速35 rpm，缓慢下放管柱引入鱼顶，控制钻压1～3 t，冲洗至1 505.43 m位置遇阻，累计进尺2.43 m，转换不同角度，多次复探深度不变。导通反循环洗井流程，启泵反循环洗井，排量：40～45 m3/h，累计循环130 m3，返出干净，停泵。

上提管柱5 m，静置1 h，复探。下放管串至1 504.93 m位置遇阻，最大下压5 t，无法通过。控制钻压1～2 t，尝试边正转管柱边缓慢下放，顺利下放至1 505.43 m位置遇阻。转换不同的角度，多次复探深度不变。

3.3.3 套管回接工具应用

回接φ244.5 mm套管数据采用磅级79.61 kg/m、钢级L80、扣型3SB的规格，组合下入φ244.5 mm套管回接管串：带孔引鞋+φ244.5 mm回接器+变扣+φ244.5 mm短套管+φ244.5 mm浮箍+φ244.5 mm套管，下入最后一根套管后，连接配长短节及水泥头，缓慢下放管柱至1 503.8 m（φ244.5 mm套管进入套管回接器引鞋0.8 m），留出循环孔，期间无遇阻显示。

进入固井流程，固井泵泵入1.90 g/cm3的水泥浆29 m3，碰压1 000 psi，继续泵入，附加压力500 psi。缓慢下放管串至1 505.45 m至回接器止动位置，下压10 t，回接到位，缓慢过提15 t使回接器卡瓦抓牢套管，固井泵泄压，因水泥浆放热导致少量液体回流。憋压候凝。候凝结束后，套管试压合格，回接作业顺利结束。

4 总结

（1）针对套损井，提出了一套有效解决套损井治理的套管回接工艺流程。

（2）无水泥环套管进行打捞作业时，由于钻井液中泥饼固结成块，易卡阻套管，影响打捞效果，可根据实际情况分段切割打捞。

（3）回接器通过现场应用，其验证结果满足方便套入下部套管，具有较好的密封承压能力，并可承受一定吨位的套管座挂需求。

（4）外壁刮铣工具对回接器回接效果有至关重要的作用，需反复验证，充分循环套管回接作业的环形空间。