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        油水井測卡點技術(shù)研究與應(yīng)用

        2013-03-03 10:24:48冉津津李長健唐義祥
        石油天然氣學(xué)報 2013年5期
        關(guān)鍵詞:卡點摩阻斜井

        冉津津,李長健,唐義祥

        李亞東,廖桃,吉翔 (中石化河南油田井下作業(yè)公司,河南 南陽 474780)

        油水井在完井、生產(chǎn)過程中,會發(fā)生管柱被卡無法取出的情況,例如砂卡、落物卡、井下工具失效等。為了使油水井迅速恢復(fù)生產(chǎn),降低修井時間,需要對井下卡點深度和卡阻情況進行判斷。

        測卡點的方法主要有兩種:一種是使用測卡儀,這種方法對管柱內(nèi)空間條件要求較高,易發(fā)生二次事故,而且費用較高,不宜廣泛使用。另一種方法是公式法,即拉伸法,卡點深度通過現(xiàn)場獲得管柱伸長量后利用公式計算而得。公式法測卡點過程簡單、實用性強,但由于影響因素較多,往往造成卡點深度測不準(zhǔn)的情況。為此,將影響測卡點的各因素考慮在內(nèi),對拉伸法測卡點技術(shù)進行研究是很有必要的。

        1 拉伸法測卡點計算公式

        在材料力學(xué)中虎克定律測伸長量公式[1]如下:

        式中:λ為材料的彈性伸長量,cm;F為拉力,kN;L為管柱長度,m;E為管柱的彈性模量,GPa;A為管柱的橫截面積,cm2。

        以式(1)為基礎(chǔ),可對拉伸法測卡點計算公式[2]進行推導(dǎo)。

        若原井管柱單一,推導(dǎo)結(jié)果為:

        式中:H為卡點深度,m;Δλ為管柱伸長量增量,cm;ΔF為拉力增量,kN。

        兩段管柱推導(dǎo)結(jié)果為:

        式中:Lu為上段管柱長度,m;LL為下段管柱在卡點以上部分長度,m;Au、AL為上、下段管柱的橫截面積,cm2。

        2 影響因素處理方法研究

        影響卡點測量的因素是多方面的,主要包括管柱接頭、材料和摩阻因素。井況不同,影響因素的主次也不同,直井的井斜和摩擦小,影響因素由接頭、材料和摩阻共同作用;而斜井的影響因素主要是摩阻。

        由式 (2)、(3)得,卡點深度H與E、A和Δλ成正比關(guān)系。E和A屬于材料因素,管柱受腐蝕和長期拉伸可導(dǎo)致E和A變?。痪焙湍Σ翆儆谀ψ枰蛩?,主要使Δλ變小;管柱的接頭相當(dāng)于加厚了管柱,也會使Δλ變小。綜合接頭、材料和摩阻因素可知,使用式(2)、(3)所得的計算值會小于真實值。

        2.1 直井影響因素處理方法

        對于直井,管柱的接頭、材料和摩阻因素對卡點測量的影響都很小,單獨處理難度大,所以可用一個接頭、材料和摩阻共同影響系數(shù)a來綜合處理,a值可通過現(xiàn)場試驗測得。加入系數(shù)a后的修正公式如下:

        對單一管柱,先后在雙H6-127井和雙H6-137井進行了多次現(xiàn)場試驗,為舉例說明,選擇了2組測量數(shù)據(jù) (表1)進行計算,計算結(jié)果見表2。

        表1 單一管柱現(xiàn)場試驗取得數(shù)據(jù)

        表2 單一管柱卡點計算所需參數(shù)及計算結(jié)果

        表3 系數(shù)a計算值 (單一管柱)

        雙H6-127井大修施工證實在2076~2084m井段套管破裂變形,第2個封隔器 (2087m)在起管時上行3m后卡在了套損段,卡點真實深度為2084m。雙H6-137井大修施工證實油管結(jié)垢將第1個封隔器(2087.7m)埋住造成封隔器卡,卡點真實深度為2087.7m。

        表2中卡點深度值H和H′是通過式(2)計算而得,對比真實深度可計算出系數(shù)a的值,計算值如表3所示。

        由表3,a值取平均值后得單一管柱的系數(shù)a=1.065,因此可得單一管柱測卡點的修正公式:

        對兩段管柱,先后在雙S2203井和下T5-604井進行現(xiàn)場試驗,數(shù)據(jù)和計算值分別如表4和表5所示。

        表4 兩段管柱現(xiàn)場試驗取得數(shù)據(jù)

        表5 兩段管柱卡點計算所需參數(shù)及計算結(jié)果

        表6 系數(shù)a計算值 (兩段管柱)

        雙S2203井大修施工證實油管結(jié)垢將第1個封隔器 (1461.1m)埋住造成封隔器卡,卡點真實深度為1461.1m。下T5-604井大修施工證實油層返吐物將第1個封隔器 (1449m)埋住造成封隔器卡,卡點真實深度為1449m。

        表5中卡點深度值是通過式 (3)計算而得,對比真實深度可計算出系數(shù)a的值,計算值如表6所示。

        由表6,a值取平均值后得兩段管柱的系數(shù)a=1.04,因此可得兩段管柱測卡點的修正公式:

        現(xiàn)場試驗過程中發(fā)現(xiàn)對卡點的測量過程進行規(guī)范是很有必要的,注意事項如下:①對指重計進行校驗,使指重計的精度達到要求,讀數(shù)時要規(guī)范。②上提拉力必須大于管柱自重,但要小于管柱彈性極限載荷。③上提速度要慢,測量時要剎死剎車不能溜鉆。④每次上提的增量ΔF要盡量相同,不僅可以判斷Δλ是否有效(ΔF相同,Δλ也應(yīng)相同),而且使每次測量時摩阻相對穩(wěn)定。⑤不能為了使每次的ΔF相同而下放管柱,這樣會導(dǎo)致摩阻方向和大小發(fā)生變化。⑥ΔF應(yīng)盡可能大些,相應(yīng)的Δλ也會更大有利于現(xiàn)場的準(zhǔn)確量取,但不能超過管柱的彈性極限載荷。⑦盡可能多測幾組數(shù)據(jù),取平均值來減小誤差。

        2.2 斜井影響因素處理方法

        斜井的摩阻對卡點測量的影響較大,而且不同斜井摩阻差別也較大。研究摩阻性質(zhì)及測卡點過程發(fā)現(xiàn),假設(shè)上提、下放管柱時摩阻大小相同,可通過以下方法處理摩阻問題:①緩慢上提管柱至拉力為F1,并作標(biāo)記為點A。②繼續(xù)緩慢上提至F2,并作標(biāo)記為點B。③繼續(xù)緩慢上提至適當(dāng)拉力F3后穩(wěn)定。④緩慢下放管柱至標(biāo)記點B處,并準(zhǔn)確讀取指重計讀數(shù)F2′。如圖1所示。

        設(shè)摩阻大小為p,管柱所受拉力為F,由于上提和下放均至點B處Δλ(Δλ=AB)不變,所以上提、下放時管柱所受的拉力均為F。

        上提時有:

        下放時有:

        式(8)和式(9)相加得:

        以上方法是通過固定Δλ,將p考慮到ΔF中處理摩阻問題的。同理,也可以固定ΔF,將摩阻p考慮到Δλ中,方法如下:①緩慢上提拉力至F1,并作標(biāo)記為點A。②繼續(xù)緩慢上提至F2,并作標(biāo)記為點B。③繼續(xù)

        所以存在摩阻時的ΔF值應(yīng)為:緩慢上提至F3后穩(wěn)定,且要求F3-F2=F2-F1,并作標(biāo)記為點C,如圖1(b)所示。此過程p的大小和方向不變,所以AB=BC。④緩慢下放管柱至指重計讀數(shù)為F2時停止,并作標(biāo)記為點D,如圖1(c)所示。

        假設(shè)沒有摩阻p時,以上 ①、②、③ 步的標(biāo)記為點A0、B0、C0,如圖1(a)所示,有A0B0=B0C0。由于上提、下放p大小不變,有摩阻時每上提一個ΔF,伸長量就減少一個Δλ′,即圖1(a)、(b)中AA0=2Δλ′,BB0=Δλ′,所以下放p反向后,每下放一個ΔF,伸長量將再減少一個Δλ′,即圖1(c)中BD=Δλ′,由幾何關(guān)系得圖1(c)中A點與圖1(a)中B0點同高,即AD=B0C0。

        此時可量取沒有摩阻影響時的Δλ值應(yīng)為:

        使用以上兩種方法處理摩阻問題時,均假設(shè)上提、下放時的摩阻p大小相等為前提進行研究的。雖實際油水井管柱上提、下放的摩阻不同,但大多數(shù)情況下差異非常小,該方法用于處理摩阻問題是可行的。

        圖1 伸長量幾何關(guān)系圖

        3 應(yīng)用

        王67井套壓突然上升,并返出地層水泥漿,作業(yè)起管柱時遇卡,分析套管破損,測卡點數(shù)據(jù)和計算值 (使用式 (6)計算卡點深度)分別如表7所示。

        表7 王67井測卡點現(xiàn)場取得數(shù)據(jù)、計算參數(shù)和結(jié)果

        由卡點計算值判斷在1123.45m附近套管破裂變形導(dǎo)致管柱遇卡。經(jīng)大修施工證實在1103.6m處套管變形縮徑,套損段在1103.6m及以下,這和卡點測量值相符合。

        4 結(jié)論

        1)通過推導(dǎo)獲得了拉伸法測卡點深度的計算公式。

        2)對直井,將測卡點的影響因素使用修正系數(shù)進行處理,獲得了拉伸法測卡點深度的修正公式,提高了直井卡點的測量準(zhǔn)確度。

        3)對斜井的主要影響因素是摩阻,研究了處理摩阻的方法,提高了斜井卡點的測量準(zhǔn)確度。

        4)現(xiàn)場應(yīng)用表明該技術(shù)提高了卡點測量的準(zhǔn)確度,能為井下情況的判斷提供可靠依據(jù)。

        [1]陳昭怡,吳桂英 .材料力學(xué) [M].北京:中國建材工業(yè)出版社,2005.

        [2]劉琮潔,周祥易,張燕,等 .管柱卡點計算公式及應(yīng)用 [J].江漢石油學(xué)院學(xué)報,2001,23(4):74~76.

        [編輯] 蕭雨

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