王思凡，張安康，胡東鋒

（1.中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，陜西西安710018；2.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安710065；3.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018）

氣井井下投放節(jié)流器生產(chǎn)技術(shù)在長慶氣田應(yīng)用廣泛，有近7 000口氣井，隨著生產(chǎn)時(shí)間增長，由于節(jié)流器失效或低壓氣井排水采氣作業(yè)的要求，需要將節(jié)流器打撈出[1-2]，然而在常規(guī)鋼絲打撈作業(yè)過程中經(jīng)常遇到節(jié)流器砂埋致使打撈頭探不到、抓不牢，以及撈砂不徹底致使節(jié)流器上提不解卡、下砸打撈頸偏心和卡瓦變形斷裂等問題，打撈失敗率高達(dá)30%左右，后續(xù)一般采取起管柱作業(yè)進(jìn)行處理，施工成本大幅升高，且目前嘗試的連續(xù)油管磨銑打撈技術(shù)耗時(shí)長、漏失量大、成功率低，尚處于試驗(yàn)階段[3-4]。為此，筆者分析了節(jié)流器砂埋后的打撈技術(shù)難點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)前人相關(guān)的研究成果和經(jīng)驗(yàn)，研究了連續(xù)油管沖砂打撈砂埋節(jié)流器的作業(yè)流程，可在不起管柱且不壓井的情況下，有效打撈砂埋節(jié)流器，不僅施工時(shí)間短、費(fèi)用低，而且現(xiàn)場試驗(yàn)成功率高達(dá)100%，而目前連續(xù)油管處理失效節(jié)流器的成功率只有33%。

1 砂埋節(jié)流器打撈難點(diǎn)分析

卡瓦式節(jié)流器類型多樣，基本結(jié)構(gòu)包括打撈頭、節(jié)流機(jī)構(gòu)、卡瓦錨定機(jī)構(gòu)、密封膠筒和防砂機(jī)構(gòu)等（見圖1）。通常采用鋼絲投放工具進(jìn)行節(jié)流器卡瓦錨定坐封及丟手，卡瓦錨定后，密封膠筒膨脹，封隔節(jié)流器本體與油管環(huán)空，氣流只能從防砂機(jī)構(gòu)進(jìn)入節(jié)流機(jī)構(gòu)，并從打撈頭中心孔流出，以達(dá)到防砂、節(jié)流和降壓的目的。

圖1 卡瓦節(jié)流器結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of a slip-type throttle

然而，節(jié)流器防砂機(jī)構(gòu)對壓裂用石英砂等支撐劑高壓破裂后產(chǎn)生小粒徑砂粒的過濾作用弱，再加上節(jié)流器兩端的節(jié)流壓差較高，小粒徑砂粒在長時(shí)間的沖蝕作用下易隨氣流沿節(jié)流通道上竄至節(jié)流器以上，部分又回落至節(jié)流器上端，逐漸掩埋密封膠筒以上的卡瓦和打撈頸，造成節(jié)流器砂埋，導(dǎo)致后續(xù)打撈復(fù)雜、失敗，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致氣井關(guān)停。

1.1 砂埋判識方法

常規(guī)鋼絲作業(yè)打撈節(jié)流器過程中，首先下鋼絲通井規(guī)通油管，并探測節(jié)流器位置，然后與之前投放的節(jié)流器位置進(jìn)行對比，如果探測位置高于節(jié)流器投放位置，則可能存在砂埋或節(jié)流器上移，可采用鋼絲打鉛印方式判斷節(jié)流器上部是否砂埋，判斷依據(jù)是：鉛印無節(jié)流器打撈頭痕跡，且較大概率附有砂粒。

1.2 打撈難點(diǎn)分析

常規(guī)鋼絲作業(yè)打撈砂埋后的節(jié)流器時(shí)，主要存在以下疑難情況：

1）打撈頸探不到、抓不住。一旦存在砂埋，則表示節(jié)流器的打撈頸與油管環(huán)空已被砂子填滿（見圖2（a）），導(dǎo)致打撈工具探不到、抓不住節(jié)流器打撈頸，且易發(fā)生砂卡，導(dǎo)致節(jié)流器卡瓦不收縮。

圖2 節(jié)流器砂埋和打撈示意Fig.2 Sand burial and fishing of a throttle

2）上提下砸不解卡。常規(guī)鋼絲撈砂難以徹底清除節(jié)流器本體與油管之間的砂粒，導(dǎo)致節(jié)流器上提不動、下砸下滑，下滑到一定位置后上提下砸均不動。起出管柱分析發(fā)現(xiàn)：主要是由于砂卡導(dǎo)致節(jié)流器不能順利解封，下砸錘擊后導(dǎo)致節(jié)流器卡瓦或膠筒變形卡死在油管或接箍內(nèi)。

3）打撈頸偏心。下砸、震擊節(jié)流器過程中，相關(guān)工具錘擊易導(dǎo)致節(jié)流器打撈頸變形偏心，或膠皮破損、上翻偏心。打撈前需要對打撈頸進(jìn)行整形，使其一定程度上回到中心位置。

4）卡瓦變形斷裂。節(jié)流器不解卡，在上提震擊、下砸錘擊過程中易導(dǎo)致卡瓦變形，甚至斷裂，經(jīng)常在起出的生產(chǎn)管柱中發(fā)現(xiàn)此前未撈出的節(jié)流器卡瓦已經(jīng)變形，且部分?jǐn)嗔选?/p>

5）造成井下落物。撈砂后，撈住節(jié)流器不解卡，易導(dǎo)致鋼絲上提斷裂造成井下落物，且在后續(xù)起管柱和鋼絲作業(yè)過程中，時(shí)有遇到之前打撈遺落的井下工具，如通井規(guī)、打撈筒、加重桿和斷落鋼絲等。

綜上所述，目前常規(guī)鋼絲作業(yè)采用撈砂、下砸、震擊解卡方法打撈砂埋節(jié)流器時(shí)，容易因撈砂不徹底、鋼絲上提能力不足和鋼絲震擊力度低等問題造成后續(xù)打撈復(fù)雜。此外，以往的連續(xù)油管井下作業(yè)情況表明[5-8]，采用連續(xù)油管打撈作業(yè)也難以解卡已卡死在接箍中的節(jié)流器，若強(qiáng)行上提易拽斷打撈頸，造成打撈復(fù)雜，后續(xù)采用連續(xù)油管磨銑打撈時(shí)施工周期長，漏失嚴(yán)重，解卡難度大。

2 連續(xù)油管打撈技術(shù)

2.1 技術(shù)思路

連續(xù)油管打撈砂埋節(jié)流器的技術(shù)思路是：節(jié)流器錨定坐封以后，密封膠筒以下為高壓區(qū)，以上為低壓區(qū)，因此下卡瓦座一直存在較大的上頂力頂著卡瓦，迫使卡瓦徑向擴(kuò)張緊咬油管內(nèi)壁，砂埋以后，部分氣井節(jié)流器在膠體、泥砂、藥劑等作用下發(fā)生堵塞，常規(guī)鋼絲撈砂技術(shù)無法清除打撈頸周圍砂粒；且在鋼絲打撈過程中，卡瓦在下卡瓦座上頂力的作用下難以解封。

分析認(rèn)為，采用連續(xù)油管沖砂打撈砂埋節(jié)流器具有以下技術(shù)優(yōu)勢：

一是可以沖砂排除砂埋，露出打撈頸，并盡可能清除卡瓦位置的砂粒。

二是根據(jù)氣井壓力，通過增大沖洗液液柱高度或施工泵壓來平衡節(jié)流器密封膠筒上下的壓差，以消除下卡瓦座作用于卡瓦的上頂力，確保上提卡瓦解卡過程中下卡瓦座不會隨之上移阻礙解卡（見圖2（b））。

三是連續(xù)油管上提能力是鋼絲的10倍以上，該上提力可以使原來變形的卡瓦和變硬膨脹的膠筒一定程度上朝上提的方向拉伸縮小，且連續(xù)油管還能施加較大的下壓力[9]，相比鋼絲工具串的自重及下砸力效果更好，且不易破壞節(jié)流器本體。此外，連續(xù)油管可以邊沖洗、邊震擊、邊打撈，高效清理砂粒，實(shí)現(xiàn)沖洗打撈動態(tài)化，避免靜態(tài)砂卡（見表1）；也可在連續(xù)油管沖砂后，嘗試采用鋼絲作業(yè)進(jìn)行輔助打撈，因?yàn)槠溆型晟频拇驌乒ぞ呦盗?，但并不推薦，因?yàn)槿源嬖谏翱ǖ娘L(fēng)險(xiǎn)。

表1 連續(xù)油管和鋼絲的性能參數(shù)對比Table 1 Comparison of performance parameters of coiled tubing and steel wire

四是沖洗液柱及沖洗泵壓較高，能夠使懸浮在其中的密封膠筒相對縮小，促使密封膠筒解封。

2.2 沖砂打撈作業(yè)流程

首先對前期鋼絲作業(yè)的鉛印位置、形狀和泥砂顆粒等進(jìn)行分析，并根據(jù)油管直徑及H2S含量，選擇合適的連續(xù)油管和沖洗液，計(jì)算施工排量；然后采用連續(xù)油管沖洗油管、并探砂面沖砂，沖砂至遇阻位置后，打鉛印判斷節(jié)流器打撈頸大??；最后在連續(xù)油管上安裝節(jié)流器打撈工具串進(jìn)行打撈，打撈過程中可以邊沖砂邊震擊解卡，以防止卡瓦砂卡。

2.3 沖砂打撈工具組合

沖砂工具串以連續(xù)油管為輸送載體，包括連接器、單流閥、震擊器、安全接頭和沖洗頭，液體從連續(xù)油管內(nèi)部泵入，攜帶砂粒從連續(xù)油管與油管之間環(huán)空返出地面。其中，沖洗頭噴射沖擊力強(qiáng)，能夠沖散固結(jié)砂粒；一旦沖洗頭遇卡，可優(yōu)先通過震擊解卡，必要時(shí)可在安全接頭處丟手。

節(jié)流器打撈工具串包括連續(xù)油管連接器、單流閥、震擊器、安全接頭和打撈工具（見圖3）。其中，打撈工具推薦采用節(jié)流器專用打撈筒，以免造成打撈復(fù)雜；也可考慮采用打撈工具比較完備的鋼絲作業(yè)作為輔助，一般采用鋼絲連接繩帽、加重桿、震擊器和專用打撈工具。

圖3 打撈工具串結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of fishing tool string

打撈工具的中心管為中空結(jié)構(gòu)（見圖4），相比實(shí)心鋼絲打撈工具，具有邊沖砂、邊打撈的優(yōu)勢。其基本工作原理為：下壓打撈工具，迫使節(jié)流器打撈頸推動打撈爪上移徑向張開，伸入打撈爪內(nèi)，此時(shí)矩形彈簧被壓縮；打撈頸入魚后，矩形彈簧在彈力作用下，推動打撈爪下行復(fù)位，此時(shí)打撈爪徑向收縮，之后上提打撈工具，打撈頸抵住打撈爪相對下移，而打撈爪在外筒作用下徑向收縮幅度更大，抱緊打撈頸；當(dāng)節(jié)流器不解卡，需要丟手時(shí)，強(qiáng)行過負(fù)荷上提，迫使剪釘剪斷，此時(shí)彈簧推動外筒下行至滑塊受約束的位置，且外筒下行幅度大于打撈爪，使打撈爪無法向下抵住外筒，確保打撈爪能夠徑向張開，再上提即可退出節(jié)流器打撈頸。

圖4 打撈工具結(jié)構(gòu)組成Fig.4 Structural composition of fishing tool

2.4 施工排量

卡瓦式節(jié)流器投放深度一般為1 300～2 000 m，主要位于直井段，根據(jù)牛頓-雷廷格計(jì)算法[10-11]，砂粒在該井段沖洗液中的沉降末速為：

式中：vm為砂粒在沖洗液中的沉降末速，m/s；d為球形砂粒的直徑，m；ρ為砂粒密度；kg/m3；ρ0為沖洗液密度；kg/m3；g為重力加速度，m/s2。

直井段最小泵入流速取砂粒沉降末速的2倍[11-14]，因此砂粒在直井段上返所需最小排量的計(jì)算公式為：

式中：Qmin為直井段的泵入最小排量，m3/s；r1為環(huán)空外半徑，m；r2為環(huán)空內(nèi)半徑，m。

假設(shè)砂粒為球形，直徑為0.1～2.0 mm，密度為1 800 kg/m3，所有泵入的沖洗液都從連續(xù)油管與油管間的環(huán)空返出井口；沖洗液選用清水，密度為1 000 kg/m3，根據(jù)不同連續(xù)油管與油管的匹配情況，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1）和式（2），計(jì)算得到砂粒直徑與最小排量的關(guān)系（見圖5）。由圖5可知：最小排量隨砂粒直徑增大而增大；砂粒直徑為為2.0 mm時(shí)，φ31.8 mm連續(xù)油管與φ60.3 mm油管、φ38.1 mm連續(xù)油管與φ73.0 mm油管、φ38.1 mm連續(xù)油管與φ88.9 mm油管、φ50.8 mm連續(xù)油管與φ88.9 mm油管、φ50.8 mm連續(xù)油管與φ114.3 mm油管配合時(shí)，沖砂上返所需的最小排量分別為29，46，62，83和132 L/min，而實(shí)際施工時(shí)，排量是最小排量的3～6倍，因此完全可以滿足砂粒上返要求。為了降低泵壓以減少漏失，并提高排量，推薦選用低摩阻的沖洗液來降低環(huán)空壓耗[15-17]。

圖5 最小排量與砂粒直徑的關(guān)系Fig.5 Relationship between minimum displacement and sand diameter

3 現(xiàn)場試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)概況

開展了4口氣井水平井的連續(xù)油管沖砂打撈砂埋類疑難節(jié)流器現(xiàn)場試驗(yàn)，通過對比打鉛印的位置與打撈位置，確定4口井的砂埋深度分別為16.00，0.70，6.00和1.80 m，現(xiàn)場分別選用0.2%胍膠溶液和添加降阻劑的清水作為沖洗液，其中采用φ38.1 mm連續(xù)油管時(shí)的最高排量為320 L/min，最高泵壓為32 MPa；采用φ50.8 mm連續(xù)油管時(shí)的最高排量為380 L/min，最高泵壓為27 MPa，最終4個(gè)砂埋φ88.9 mm節(jié)流器均在沖砂后成功打撈出來（見表2），平均施工時(shí)間小于1.5 d。

表2 沖砂打撈技術(shù)參數(shù)Table 2 Technical parametersof sand washing and fishing

3.2 典型井例

X-1井為φ88.9 mm油管與φ73.0 mm油管組合的七級水力噴射壓裂生產(chǎn)一體化管柱（見圖6），節(jié)流器位于井深1 579.00 m處，采用鋼絲打撈節(jié)流器時(shí)在井深945.00 m遇阻，打鉛印發(fā)現(xiàn)節(jié)流器砂埋；之后采用連續(xù)油管進(jìn)行沖砂打撈技術(shù)試驗(yàn)，沖砂管柱從上至下依次為：φ38.1 mm連續(xù)油管+φ54.0 mm內(nèi)鉚釘連接頭+φ54.0 mm單向閥+φ54.0 mm液壓丟手+φ54.0 mm震擊器+φ60.0 mm沖洗頭；沖砂管柱下至井深945.00 m遇阻，上提5.00 m開泵循環(huán)沖砂，沖砂至井深961.00 m遇阻，遇阻鉆壓9.8 kN，上提下放3次位置不變，分析認(rèn)為節(jié)流器在投放后，因氣井生產(chǎn)過程中節(jié)流前后壓差大、坐封不穩(wěn)導(dǎo)致上移，后循環(huán)沖砂至出口無砂粒，連續(xù)油管起至井口，返出砂粒約0.1 m3。之后探索性地采用常規(guī)鋼絲作業(yè)打撈節(jié)流器，下至井深961.00 m遇阻，多次嘗試震擊打撈，均因上提力不足無法解封節(jié)流器，打撈失敗。

圖6 X-1水平氣井井身結(jié)構(gòu)Fig.6 Casing program of horizontal gas Well X-1

然后采用連續(xù)油管打撈工具串進(jìn)行打撈，從上至下依次為：φ38.1 mm連續(xù)油管+φ54.0 mm內(nèi)鉚釘連接頭+φ54.0 mm單向閥+φ54.0 mm液壓丟手+φ54.0 mm震擊器+φ69.0 mm專用打撈筒。在井深961.00 m處撈住節(jié)流器，上提不解卡，下壓7.8 kN震擊，懸重?zé)o變化；繼續(xù)下壓10.8 kN震擊后，懸重恢復(fù)，連續(xù)油管下壓至井深962.00 m，然后上提連續(xù)油管，上提3.00 m時(shí)懸重先增大11.8 kN、后恢復(fù)正常懸重，繼續(xù)上提連續(xù)油管至井口，成功打撈出節(jié)流器，沖砂打撈施工總共用時(shí)9.0 h。

X-4井 采 用φ50.8 mm連 續(xù) 油 管 連 接φ54.0 mm內(nèi)鉚釘連 接 頭+φ54.0 mm單 向 閥+φ54.0 mm液 壓丟手+φ54.0 mm震擊器+φ60.0 mm沖洗頭，沖洗至井深1 576.30 m遇阻，上提5.00 m開泵沖砂，出口返液正常，再次下壓4.9～9.8 kN，遇阻點(diǎn)下移至井深1 586.40 m，之后提高排量沖洗循環(huán)一周，起出沖洗工具，檢查發(fā)現(xiàn)工具底部有輕微痕跡。更換打撈工具串，打撈筒下至井深1 550.00 m進(jìn)行試?yán)瓬y試正常，打撈筒下至井深1 585.80 m遇阻，進(jìn)行打撈，抓撈一次成功，開泵沖洗，出口返液正常，上提節(jié)流器遇卡，后活動解卡6次，其中震擊器工作4次不能解卡，懸吊解卡2.0 h，然后在正常懸重上加力42.1 kN，大力活動解卡成功，打撈出節(jié)流器，施工用時(shí)2.0 d。

4 結(jié)論與建議

1）處理砂埋節(jié)流器的有效方法是先沖砂、后打撈；連續(xù)油管沖砂打撈技術(shù)的關(guān)健是優(yōu)化沖砂打撈工具組合，優(yōu)選連續(xù)油管、沖洗液和施工排量，在保證高效沖砂的同時(shí)，確保通過震擊實(shí)現(xiàn)砂埋節(jié)流器解卡打撈。

2）現(xiàn)場試驗(yàn)表明，采用連續(xù)油管沖砂后，采用鋼絲作業(yè)存在打撈失敗情況，采用連續(xù)油管打撈全部成功，且效率高，因此推薦采用連續(xù)油管打撈；并且針對φ88.9 mm油管節(jié)流器，推薦采用φ50.8 mm連續(xù)油管進(jìn)行沖砂打撈。

3）針對沖砂液漏失問題，建議研發(fā)適用于低壓氣井的攜砂沖洗液，以減少地層漏失，降低氣舉成本。