高效防偏磨段铣技术在井下事故处理中的应用

王成业.

(中国石油集团长城钻探工程有限公司工程技术研究院，辽宁盘锦 124000)

固井“插旗杆”事故，常规的处理方法是前期通过测卡点、爆炸松扣解卡后倒出上部钻杆，随后采用套铣、磨铣、倒扣打捞的方法处理剩余钻杆[1]。该方法存在的问题是，随着套铣深度的增加，水泥环强度越来越高，加之钻杆接头贴边，套铣越来越困难，且容易磨漏套管。需要在套管段铣技术的基础上，优化磨铣防偏磨设计，控制合理的段铣参数，形成低成本、高效率、高质量高效的防偏磨段铣钻杆的技术。

1 SG-18X井基本情况

SG-18X井是一口定向探井(表1)，该井在固井起钻过程中将283根3-1/2 in钻杆固定在7＂套管内。通过测卡点、爆炸松扣解卡打捞出266根钻杆，套铣倒扣打捞出6根钻杆，井下还剩11根钻杆(表2)。最初套铣较为容易，但是随着套铣深度的增加，套铣越来越困难，事故处理成本不断增加，同时

磨漏套管的风险也越来越高。因为事故发生在尾管完井固井过程中，如果上部套管被磨漏，将严重影响油井后续的投产作业；如果磨漏点过多，可能会导致油井报废。

表1 SG-18X井井身结构Table 1 Casing program of Shugu-18X well

表2 SG-18X井落井钻杆数据Table 2 Drill pipe data of Shugu-18X well

2 高效防偏磨段铣工艺技术

2.1 技术原理

高效防偏磨段铣技术处理“插旗杆”事故的方法是在爆炸松扣倒扣后，使用钻杆铣鞋将固落在套管中的整段钻杆连同水泥环一起磨铣掉，为后续的井筒处置创造条件[2]。与常规套铣倒扣打捞方法相比，磨铣速度比套铣速度快，减少了倒扣、打捞等工序，节约作业时间和成本，同时解决了套铣在钻杆接头处无进尺、磨漏钻杆的问题。

2.2 钻杆铣鞋设计

钻杆铣鞋设计中主要考虑磨铣速度和保护套管：

铣鞋尺寸优化。磨铣过程中要通过同一尺寸的铣鞋磨掉钻杆本体和接头，同时还要注意不要磨损套管，合理的铣鞋尺寸非常重要。利用软件模拟不同外径尺寸的铣鞋在规定转速范围内在7 in套管中的状态，优选出在旋转过程中不偏磨套管的尺寸。

合金焊接优化。事故处理过程中，磨铣速度是评价该技术的重要指标。由于钻杆本体和接头的尺寸与热处理的方式不一样，且接头上焊有耐磨带，所用磨铣比较困难。选择合理硬度的合金块材料并配以不同的焊接方式，通过在钻进模拟器上的实验，选择最优的合金材料和焊接方式。

引子设计。钻杆在套管中的状态是多样的，磨铣过程中铣鞋很难实现和钻杆同轴选择，导致磨铣效率变低。钻杆铣鞋前端设计有一个引子，在磨铣过程中，引子进入钻杆内，在保持铣鞋选择与钻杆的同轴度的同时，防止段铣工具脱离钻杆吃入套管。

(4)防磨设计。虽然对于铣鞋外径尺寸进行了优化，但是井下情况复杂，可能存在铣鞋接触到套管内部的情况。在铣鞋合金块外表面覆盖硬度较低的防磨金属涂层，确保在铣鞋接触到套管内壁的情况下，也不能磨漏套管。

3 高效防偏磨段铣技术应用

利用高效防偏磨段铣技术处理SG-18X井固在井内剩余的11根3-1/2 in钻杆，段铣井段为2 607.82～2 714.00 m，段长为105.64 m，井斜在16.30°～17.75°之间。在段铣前对7 in技套试压15 MPa，稳压10 min，无压降，试压合格后进行施工。

3.1 段铣钻具组合

段铣过程中使用相同的钻具组合，在交替段铣钻杆本体和接头时仅需要调整段铣参数和泥浆性能。

3.2 段铣钻杆[3-6]

(1)段铣钻杆本体。段铣参数：钻压为0～40 kN，转速为70 rpm，排量为20.62～22.90 L/s，返速为1.5 m/s，钻井液密度为1.12 g/cm3，钻井液黏度为80～100 s。段铣开始先用0～5 kN钻压试段铣修刀，试段修刀时间为30 min，井下各种参数无异常时，缓慢施加钻压5～40 kN。段铣的平均速度为1 m/h，最大速度为3 m/h。

段铣钻杆接头。段铣参数：钻压为0～120 kN，转速70为 rpm，排量为20.62～22.90 L/s，返速为1.5 m/s，钻井液密度为1.12 g/cm3，钻井液黏度为100～120 s。钻杆接头的段铣速度为2～3 h/对。

段铣钻杆接箍要比钻杆本体困难，在段铣接箍过程中要注意送钻的均匀和送钻的幅度。根据段铣过程及时调整钻压，最大钻压不超过120 kN，小幅度送钻；当段到钻杆接箍耐磨带时，段铣速度变慢甚至没有进尺，此时应逐步增加钻压至最大钻压，每段铣5～10 min要上提下放活动钻具，防止卡钻。

3.3 段铣铁屑的返出控制

在钻杆段铣过程中，铁屑的返出控制非常重要，如果控制不当，不仅影响段铣速度，还可能增加卡钻的风险。定时对振动筛返出的铁屑进行收集、称重，振动筛铁屑返出量需达到所段铣钻杆重量的75%，并且根据铁屑返出的形状判断段铣参数是否合理、段铣工具的磨损情况，并及时调整段铣参数，防止铁屑堆积卡钻。

(1)合理加压，控制铁屑形状。在段铣过程中，要缓慢增压，并时刻观察返出铁屑的形状，如果返出的铁屑为鱼鳞片状或者短片状，说明钻压合适；如果出现段铣进尺缓慢，可根据返出的铁屑形状来适当逐渐加大钻压；返出的铁屑如果为细丝状，要加大钻压，防止过多的细丝出现后导致后期形成鸟巢造成憋压；如果铁屑过长或者厚度过大，说明钻压过大，适当减小钻压并且调整送钻幅度。SG-18X井段铣过程中产生的铁屑以短片状(5～10 mm)铁屑为主，可有效保证铁屑的返出及井筒干净，如图1所示。

(2)优选适配的钻井液体系是保障。段铣初期为保障有效携带铁屑，钻井液黏度在100 s以上；进入段铣后期，产生的铁屑除了条状以外，大块和细丝状的也逐渐增多，因此需要改变钻井液性能，对黏、切要求更高，将泥浆黏度控制在120 s，同时要加入一些处理剂，改善泥浆流变性，增强其剪切稀释性，确保段铣施工的顺利进行。

图1 SG-18X井段铣产生的铁屑Fig.1 The cuttings of dillpine in SG-18X

4 高效防偏磨段铣技术优势

高效防偏磨段铣技术处理固井“插旗杆”事故相对于常规的磨母接头、套铣、倒扣方法，优势在以下几个方面：

常规方法打捞出一根钻杆要经历3次起下钻，而高效防偏磨段铣技术只要铣鞋条件允许可以连续段铣，大大节约了起下钻的时间。

常规方法在处理一段时间后会发生套铣困难无进尺的问题，导致事故处理无法继续进行；高效防偏磨段铣技术成功解决了这个问题。

常规方法开始阶段2～3 d可套铣打捞出一根钻杆，随着深度的增加，5～7 d套铣打捞出一根，到后来甚至套铣无进尺；高效防偏磨段铣技术20 d成功处理了剩余的11根钻杆，施工效率是常规方法的400%以上。

常规方法在套铣钻杆本体和磨铣钻杆接头的过程中，由于套管环空有限，铣管铣齿落入井内数量的增加，使得在钻杆接头贴套管部位套铣磨漏套管的风险不断增加；高效防偏磨段铣技术通过铣鞋尺寸、引子和防磨的优化设计使得套管磨漏的风险大大降低。

5 结论

(1)高效防偏磨段铣技术在常规磨母接头、套铣、倒扣方法遭遇瓶颈的情况下，仅用20 d就成功处理掉了固入井内的剩余全部11根3-1/2 in钻杆，其中纯段铣时间为8.2 d，为作业方节约了50～60 d的时间，大大节约了事故处理成本，成为处理“插旗杆”事故的最合理选择。

(2)自主研发的钻杆铣鞋钻杆本体段铣的平均速度为1 m/h，最大速度为3 m/h，钻杆接箍段铣速度为2～3 h/对，成功解决了套铣方法憋压和进尺困难的问题。

(3)钻杆贴着套管下边，为保护套管，应该对铣鞋尺寸进行优选，为保证段铣速度，工具应设计引子。

(4)铣鞋刀板合金的材质和焊接方式是影响段铣速度的重要因素。合金外覆盖的防磨材料，有效防止外部套管被磨漏。

(5)段铣中，为了使铁屑尽可能返出，保证段铣安全，钻井液最低安全返速不能低于1.5 m/s，同时在交替段铣钻杆本体和接箍过程中，要及时调整段铣参数和钻井液参数。

(6)段铣过程中必须根据返出的铁屑形状、大小和数量来调整和改变施工参数，放出的铁屑为鱼鳞片状最为合理。