摘要: 随着渤海油田开采时间的延长，油水井腐蚀、地层出砂、防砂失效、注入水沉淀和结垢造成的井下管柱被卡给修井施工带来极大的难度。目前井下管柱解卡方法很多，包括震击解卡、悬吊解卡、大力举升解卡、解卡剂解卡和磨套铣解卡等。其中套铣解卡方法已在现场得到了广泛的应用。但套铣施工也存在施工时间长、卡钻风险高、受井况及落鱼材质影响制约施工效率等缺点。鉴于此，本文针对大港滩海油田井况实际，通过数学建模和室内试验模拟井下套铣作业，对套铣管柱进行力学、水力学和材料学分析计算，得到了适合井眼直径、轨迹及落鱼材质的套铣工具尺寸、钻具组合的选择方法，以及影响套铣时效的钻压、转速和排量等重要参数的优化计算方法。采用该方法对套铣施工进行优化并在现场实施，这对指导海上油田同类型作业及提高此类油田修井效率具有重要意义。
关键词: 大港滩海油田;大修作业;套铣技术
1 套管工具及管柱结构
套铣技术是用以清除井下管柱与套管或井壁之间各种脏物的工艺方法。通过套铣作业可以清除环空间的水泥、坚硬的沉砂、垢质、结晶、落物以及井下工具。套铣工具主要有套铣管和套铣鞋。
1.1套铣管
套铣管一般用高强度合金钢空心管制成，常见的套铣管钢级有N80和P110。套铣管分有接箍套铣管和无接箍套铣管，目前普遍采用无接箍套铣管。无接箍套铣管两端分别加工成FJWP和TSWP双级同步内螺纹和外螺纹，其特点是管内、外部均无台肩，具有抗拉、抗扭强度高及容易上、卸扣等优点。
1.2套铣鞋
套铣鞋是连接在套铣管下端进行套铣钻进的工具，其作用主要是套铣管柱周围的脏物或修理落鱼外径。铣鞋上端由双极螺纹与套铣管连接，下端焊接硬质合金。根据用途不同又可分为铣齿型铣鞋和研磨性铣鞋。对碎屑堵塞物、沉砂、垢质进行套铣或在软地层中套铣，一般选用铣齿型铣鞋，并在铣齿上堆焊或镶嵌硬质合金。修理落鱼外径时，应选研磨性铣鞋，并在铣鞋的底部和内侧堆焊或镶硬质合金。套铣防砂管扶正器时，应选用底部堆焊，外部侧面
都镶有保齿的铣鞋。在套管内套铣时，为了防止伤害套管，要求套铣鞋没有外铣齿。如果套铣封隔器或大尺寸变螺纹，建议使用带底齿和内齿的铣鞋；如果是套铣防砂管柱，除防砂管柱的扶正片外，其余都小于铣鞋内径，建议只使用带底齿的铣鞋，扶正片可以被底齿套铣掉，或被底齿打弯、一块块打掉，从而套铣通过扶正片。
1.3套铣钻具组合
常见套铣钻具组合：铣鞋+套铣管+顶部接头+变螺纹接头十打捞杯+变螺纹接头+随钻震击器+钻铤+钻杆+方钻杆。套铣工具尺寸一般根据落鱼尺寸和套管尺寸来确定。为了能够很好地将井下铣屑和沉砂携带出井口，要求有比较合理的环空间隙。
套铣是一项风险较大的作业，尤其是在大尺寸套管中套铣，套铣管外径与套管内径相差很小，很容易砂卡，钻杆和套管的环空较大，泵的排量不足，导致环空返速不足，砂子返不干净，极易砂卡 。砂卡后安全接头可以确保其上部管柱能被安全从井内起出。
2套铣施工参数
2.1转速参数
落鱼被切削部分在刀具的切削刃及前刀面的挤压和剪切作用下产生剪切滑动面,落鱼沿铣刀面部流动,在铣刀前部产生摩擦力。室内试验结果表明，当铣刀转速不高于某一特定值时，转速与摩擦力成正比；当转速高于特定值时，摩擦力与转速成反比。
当落鱼材质为塑性金属且转速为中级和高级时，铣刀的性能随转速升高而下降，这是因为转速升高会使工作温度升高，摩擦力下降。而在低转速情况下，刀具产生的切削力随转速的升高而减小，到极小值后又慢慢变大，到达峰值后又慢慢变小。这种现象是刀具前面积累了大量碎屑造成的。
由于更换套铣鞋需要起下钻柱，所以现场也更加关注工具的有效工作时间。套铣鞋的工作寿命随转速的升高而延长，当转速达到一定值后，随着转速的升高，套铣鞋的使用寿命也会大幅缩短。套铣切削时，套铣鞋的各种运动参数可以用套铣速度、套铣机械速度和切削深度表示。
2.2钻压与转速的参数
在套铣解卡施工中， 套铣效率由现场工程师对钻机设定的钻压合转速决定。经过室内试验及理论计算，得到不同材质落鱼的优质套铣钻压和转速，
表1 套铣施工参数
2.3套铣时排量或环空返速
海上修井液通常是过滤海水、地热水或者以它们为载体而配置的液体，因此主要靠返速来携带砂子及其他套铣屑。套铣封隔器和防砂管柱时，通常进行正循环套铣，由于31/2in钻杆与套管的环空较大，实现较高的返速需要较高的泵排量循环，尤其是在95/8in大套管内进行套铣时，由于套铣筒外径较大，环空小，相应的环空返速较高，但是从套铣管顶部接头过渡到31/2in钻杆时，环空突然从小变大，环空返速由高突然变低，砂子极易在管柱尺寸突变段沉降而堆积，造成砂卡。
在作业现场，将砂子携带出井的要求是环空返速是砂子在修井液中自由沉降速度的1.5倍以上，对于40-60目的充填砂，使用过滤海水或地热水进行正循环套铣，要求环空返速达到0.8m/s左右才能将大部分砂子循环出井，这样才能达到较高的井眼清洁度。据此可知，在7in套管中要求排量至少达到43m3/h才能呢个达到的较高的清洁度，在95/8in套管内至少达到90m3/h。因此，正循环套铣对排量要求很高，而反循环套铣对排量要求较小，不同意卡钻，安全性能好。
3 结束语
(1)防砂井、注水井大修施工中，采用分段套铣解卡技术成功率很高，而且对于出砂、结垢和落物等造成的卡钻适用性较强。
(2)套铣施工中所下套铣管柱的数量取决于井况和井下落鱼的状况。通常套铣管数量越多，摩擦阻力越大，对钻机和循环系统要求越高，施工风险也越大。一般现场下入套铣筒数量不能超过10根。在地层漏失严重、产层有流砂及套铣深度较浅的井况更要做好风险识别，采用暂堵剂堵漏及减少套铣筒数量等方法降低施工风险。
(3)在套铣落鱼产生大量钻屑的井况下，套铣液黏度达到45s以上有利于携带钻屑。在套铣管柱中使用打捞杯可以将较大体积的钻屑携带出井筒。在套铣过程中可以分段替入高黏扫砂，这样可将井筒内残余钻屑携带出井筒，防止沉砂卡钻。
(4)套铣施工在修井作业中风险最大，一定要将准备工作完成后再进行施工作业。如果硬件条件有限，一定要有备用设备，如套铣液、钻井泵和液气钳等，在施工中如果遇到突发情况，一定要将套铣管柱起出到生产层段之上，并活动管柱以防止卡钻。
参考文献:
[1]王馨平.高效铣削式套铣头在修套、打捞中的应用[J].中国设备工程，2015,13(1)：142-143．
论文作者:粟建
论文发表刊物:《科技中国》2017年7期
论文发表时间:2017/10/11
标签：管柱论文; 转速论文; 作业论文; 套管论文; 砂子论文; 井下论文; 钻杆论文; 《科技中国》2017年7期论文;