庹濤,馬耀輝,李燁,劉永強(qiáng),楊旭彬 (中石化河南油田分公司第二采油廠,河南 唐河 473400)

丟手式油層保護(hù)管柱的研制與應(yīng)用

庹濤,馬耀輝,李燁,劉永強(qiáng),楊旭彬 (中石化河南油田分公司第二采油廠,河南 唐河 473400)

針對(duì)傳統(tǒng)的井下防污染裝置在生產(chǎn)中會(huì)隨采油管柱產(chǎn)生振動(dòng),導(dǎo)致井下工具易失效、有效使用周期短的問(wèn)題,開(kāi)展了丟手式油層保護(hù)管柱的研究設(shè)計(jì),通過(guò)丟手橋塞對(duì)生產(chǎn)層段進(jìn)行封堵并實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)管柱的分離。室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,該管柱可以解決常規(guī)無(wú)傷害洗井管柱存在的封隔器易失效、使用周期短、費(fèi)用高的問(wèn)題,提升了油田的經(jīng)濟(jì)效益。

油層保護(hù);封隔器;丟手式管柱

目前在油田生產(chǎn)和分層開(kāi)發(fā)過(guò)程中,由于原油黏度大、油井結(jié)蠟嚴(yán)重,需要定期清蠟、降黏以維持生產(chǎn)。在清蠟、降黏的過(guò)程中需注入洗井液,導(dǎo)致在油層保護(hù)方面存在一些問(wèn)題：部分區(qū)塊水敏、速敏情況普遍存在,為防止清蠟過(guò)程污染油層,只能采取將原井產(chǎn)出液經(jīng)超導(dǎo)車(chē)加熱后重新注入井筒,提高井筒溫度實(shí)現(xiàn)清蠟;在低液量(液量小于5t/d)、中深井(井深大于1000m)中,由于液量低,難以建立有效的油套循環(huán),造成清蠟不徹底,頻繁蠟卡作業(yè);傳統(tǒng)的井下防污染裝置和生產(chǎn)管柱相連,在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)隨采油管柱產(chǎn)生振動(dòng),封隔器易失效[1]。上述問(wèn)題的存在影響了油井的正常生產(chǎn)和產(chǎn)能,降低了井下作業(yè)施工的效果,增加了原油生產(chǎn)成本。為此開(kāi)展了丟手式油層保護(hù)管柱的研究及應(yīng)用。

1 丟手橋塞的設(shè)計(jì)

通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)丟手橋塞來(lái)實(shí)現(xiàn)油層保護(hù)管柱與生產(chǎn)管的分離,避免生產(chǎn)過(guò)程中油層保護(hù)管柱隨采油管柱產(chǎn)生振動(dòng)。丟手橋塞主要由丟手封隔器和防砂防落物工作筒兩部分組成。

1.1 丟手封隔器的選型

丟手封隔器的設(shè)計(jì)需著重處理坐封、密封、錨定三者之間的關(guān)系,同時(shí)需實(shí)現(xiàn)防中途坐封和雙向承高壓。按照以下原則設(shè)計(jì)：坐封機(jī)構(gòu)采用獨(dú)立的液壓強(qiáng)制坐卡坐封機(jī)構(gòu),在能保障足夠坐封力和壓縮距的同時(shí),具備防中途坐封和防碰撞結(jié)構(gòu)功能,增強(qiáng)橋塞下入及丟手的可靠性[2];優(yōu)化封隔器錨定機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)及平衡機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),通過(guò)密封件的鎖緊機(jī)構(gòu)使作用在封隔器上的壓差傳遞到套管上,而不作用在芯桿上,保障密封件具有足夠鎖緊力,避免膠筒應(yīng)力松弛,增強(qiáng)其承壓指標(biāo)[3]。

目前常用的封隔器性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 各種封隔器性能對(duì)比

通過(guò)優(yōu)化對(duì)比,優(yōu)選Y445-114封隔器作為丟手封隔器。

1.2 防砂防落物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了防止生產(chǎn)過(guò)程中井下落物、油砂沉積到開(kāi)關(guān)上造成堵塞,在丟手橋塞上設(shè)計(jì)防砂防落物結(jié)構(gòu),即在單流閥球上部設(shè)計(jì)一個(gè)防砂防落物工作筒。防砂防落物工作筒選用外徑60mm、壁厚5mm鋼管,在中心管上部連接一傘狀錐形,在上部開(kāi)40mm×40mm側(cè)窗兩個(gè),作為出油通道[4]。防砂防落物工作筒的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 防砂防落物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2 丟手式油層保護(hù)管柱的結(jié)構(gòu)組成及工作原理

丟手式油層保護(hù)管柱由丟手橋塞、尾管、絲堵相連,按設(shè)計(jì)要求將管柱下入井內(nèi)后打壓丟手實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)層段的封堵,需起出丟手管柱時(shí)下專(zhuān)用打撈工具打撈。

2.1 丟手橋塞

丟手橋塞結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。丟手橋塞全長(zhǎng)2650mm,最大外徑114mm,坐封壓力10MPa,丟手壓力15MPa,工作溫度120℃,上部耐壓35MPa、下壓耐壓25MPa,解封負(fù)荷15～25k N,解封方式采用下?lián)棋^打撈上提;采用27/8 in TBG絲扣連接,適用于直徑124mm的套管。

圖2 丟手橋塞結(jié)構(gòu)示意圖

丟手橋塞工作原理如下：管柱按設(shè)計(jì)要求下到位置后,油管正打壓5MPa,座封剪釘在兩級(jí)液壓缸的作用下被剪斷,壓縮長(zhǎng)膠筒、短膠筒,擠出卡瓦牙。壓力10MPa時(shí),在拉桿活塞的推動(dòng)下鎖爪下行至鎖爪套位置,實(shí)現(xiàn)鎖緊,封隔器坐封完成。繼續(xù)打壓≥15MPa,丟手銷(xiāo)釘被拉斷,上接頭、上缸套、下活塞、上中心管、下缸套、連接套、下中心管、中間套與下部分分開(kāi),壓力突降,完成丟手操作。

圖3 打撈部分結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 打撈部分結(jié)構(gòu)

圖3為打撈部分結(jié)構(gòu)示意圖。打撈部分全長(zhǎng)325mm,最大外徑114mm,采用27/8 in TBG絲扣連接。其工作原理是：打撈作業(yè)時(shí),油管下接專(zhuān)用打撈錨,作用力達(dá)到20k N時(shí),打撈錨撈住打撈筒母扣,剪斷解封剪釘,卡簧松動(dòng)自鎖失效,在膠筒的彈性作用下膠筒中心管上移,封隔器解封,上提油管,工具隨同油管提出井筒。

如遇到打撈不動(dòng)的情況,下壓油管并順時(shí)針旋轉(zhuǎn)油管0.5圈解鎖打撈頭,即可退出打撈作業(yè)。

3 室內(nèi)試驗(yàn)

3.1 坐封壓力測(cè)試

根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)與相關(guān)試驗(yàn)要求,用直徑139.7mm套管模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際井筒進(jìn)行加壓測(cè)試,將測(cè)試壓力升幅設(shè)計(jì)為0.5MPa,初始?jí)毫υO(shè)置為5MPa。在室內(nèi)進(jìn)行14次測(cè)試試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表2。在10MPa后缸套不再移動(dòng),封隔器膠筒已壓縮到位,此時(shí)缸套的實(shí)際行程是125mm,封隔器實(shí)際缸套設(shè)計(jì)行程是140mm。將壓力提升至12MPa,缸套未移動(dòng),封隔器坐封,該封隔器實(shí)際坐封壓力為10MPa?？紤]施工安全和坐封的可靠性,現(xiàn)場(chǎng)施工壓力考慮液柱壓力時(shí)井口控制在8MPa為宜[5]。

表2 封隔器坐封壓力測(cè)試

3.2 解封拉升載荷測(cè)試

解封拉升載荷測(cè)試的目的是測(cè)試解封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理、是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。將測(cè)試?yán)d荷升幅設(shè)計(jì)為2k N,初始力設(shè)置為2k N,在室內(nèi)進(jìn)行了5次拉升載荷測(cè)試,試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。試驗(yàn)表明：拉升載荷加載至14k N后解封銷(xiāo)釘拉斷,封隔器可自由地在試驗(yàn)套管內(nèi)上、下活動(dòng)。設(shè)計(jì)10k N解封銷(xiāo)釘剪斷,考慮施工時(shí)摩擦阻力作用,設(shè)計(jì)最大14k N封隔器完全解封,通過(guò)試驗(yàn)證明符合設(shè)計(jì)要求。

表3 封隔器解封載荷測(cè)試

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)共實(shí)施23口井,實(shí)施前排水期最長(zhǎng)的樓泌110井排水期8d,最短的王61井3d,平均排水期4.8d。實(shí)施丟手式油層保護(hù)管柱后,平均排水期23h后就恢復(fù)正常。工藝成功率100%,有效率96%,應(yīng)用后油井平均排水期23h。

樓泌110井為井樓油礦樓八區(qū)一口常采井。該井1985年8月11日開(kāi)鉆,8月24日完鉆。1987年7月2日投產(chǎn)。生產(chǎn)層核桃園組三段Ⅳ油組53小層,井段570.4～572m,井深597.7m,有效厚度1.4m,日產(chǎn)油3t左右。 該井在清蠟過(guò)程中出現(xiàn)清蠟后排水期較長(zhǎng)的問(wèn)題,影響正常產(chǎn)能的發(fā)揮。在2012年7月22日清蠟后含水率從36%升高至85%,累計(jì)排水12d后才恢復(fù)到正常水平;在2012年9月19日清蠟后含水率從44%升高至65%,油量從6.5t/d下降到1.5t/d,累計(jì)排水8d后才恢復(fù)到正常水平?？紤]到該井在清蠟過(guò)程中易出現(xiàn)排水期長(zhǎng)影響產(chǎn)能的情況,2012年11月8日在檢泵作業(yè)的同時(shí)下入丟手式油層保護(hù)管柱。在11月23日清蠟后排水僅24h后就恢復(fù)正常,減少排水期7d,生產(chǎn)效果好。

5 結(jié)論

丟手式油層保護(hù)管柱解決了清蠟、洗井、作業(yè)過(guò)程中油層污染問(wèn)題,同時(shí)解決了常規(guī)無(wú)傷害洗井管柱存在的封隔器易失效、有效周期短、費(fèi)用高的問(wèn)題,進(jìn)一步提升了經(jīng)濟(jì)、高效開(kāi)發(fā)效果,具有良好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。

[1]吳奇.井下作業(yè)工程師手冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社,2002.

[2]倪紅梅,可取橋塞卡瓦結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].石油機(jī)械,2009,37(3)：32～37.

[3]伍開(kāi)松,翟志茂,古劍飛,等.封隔器膠筒幾何參數(shù)優(yōu)選[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2008,(10)：24～26.

[4]侯宗,毛道華,朱建民,等.封隔器壓縮膠筒“防突”新結(jié)構(gòu)[J].石油機(jī)械,2002,30(9)：21～22.

[5]王當(dāng)芳,黃兆芝,李敏,等.壓縮式封隔器膠筒密封性能的試驗(yàn)研究[J].石油機(jī)械,2009,37(4)：32～33.

[編輯] 黃鸝

TE931

A

1000-9752(2014)11-0228-03

2014-06-20

庹濤(1989-),男,2011年西安石油大學(xué)畢業(yè),助理工程師,現(xiàn)主要從事井下作業(yè)工藝技術(shù)相關(guān)的研究工作。