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

丟手式油層保護管柱的研制與應用

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

針對傳統(tǒng)的井下防污染裝置在生產(chǎn)中會隨采油管柱產(chǎn)生振動,導致井下工具易失效、有效使用周期短的問題,開展了丟手式油層保護管柱的研究設計,通過丟手橋塞對生產(chǎn)層段進行封堵并實現(xiàn)與生產(chǎn)管柱的分離。室內(nèi)試驗和現(xiàn)場應用表明,該管柱可以解決常規(guī)無傷害洗井管柱存在的封隔器易失效、使用周期短、費用高的問題,提升了油田的經(jīng)濟效益。

油層保護;封隔器;丟手式管柱

目前在油田生產(chǎn)和分層開發(fā)過程中,由于原油黏度大、油井結蠟嚴重,需要定期清蠟、降黏以維持生產(chǎn)。在清蠟、降黏的過程中需注入洗井液,導致在油層保護方面存在一些問題：部分區(qū)塊水敏、速敏情況普遍存在,為防止清蠟過程污染油層,只能采取將原井產(chǎn)出液經(jīng)超導車加熱后重新注入井筒,提高井筒溫度實現(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)過程中會隨采油管柱產(chǎn)生振動,封隔器易失效[1]。上述問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。為此開展了丟手式油層保護管柱的研究及應用。

1 丟手橋塞的設計

通過設計一個丟手橋塞來實現(xiàn)油層保護管柱與生產(chǎn)管的分離,避免生產(chǎn)過程中油層保護管柱隨采油管柱產(chǎn)生振動。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

丟手封隔器的設計需著重處理坐封、密封、錨定三者之間的關系,同時需實現(xiàn)防中途坐封和雙向承高壓。按照以下原則設計：坐封機構采用獨立的液壓強制坐卡坐封機構,在能保障足夠坐封力和壓縮距的同時,具備防中途坐封和防碰撞結構功能,增強橋塞下入及丟手的可靠性[2];優(yōu)化封隔器錨定機構、鎖緊機構及平衡機構的設計,通過密封件的鎖緊機構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,避免膠筒應力松弛,增強其承壓指標[3]。

目前常用的封隔器性能指標見表1。

表1 各種封隔器性能對比

通過優(yōu)化對比,優(yōu)選Y445-114封隔器作為丟手封隔器。

1.2 防砂防落物結構設計

為了防止生產(chǎn)過程中井下落物、油砂沉積到開關上造成堵塞,在丟手橋塞上設計防砂防落物結構,即在單流閥球上部設計一個防砂防落物工作筒。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40mm×40mm側窗兩個,作為出油通道[4]。防砂防落物工作筒的結構如圖1所示。

圖1 防砂防落物結構的設計

2 丟手式油層保護管柱的結構組成及工作原理

丟手式油層保護管柱由丟手橋塞、尾管、絲堵相連,按設計要求將管柱下入井內(nèi)后打壓丟手實現(xiàn)對生產(chǎn)層段的封堵,需起出丟手管柱時下專用打撈工具打撈。

2.1 丟手橋塞

丟手橋塞結構示意圖見圖2。丟手橋塞全長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 丟手橋塞結構示意圖

丟手橋塞工作原理如下：管柱按設計要求下到位置后,油管正打壓5MPa,座封剪釘在兩級液壓缸的作用下被剪斷,壓縮長膠筒、短膠筒,擠出卡瓦牙。壓力10MPa時,在拉桿活塞的推動下鎖爪下行至鎖爪套位置,實現(xiàn)鎖緊,封隔器坐封完成。繼續(xù)打壓≥15MPa,丟手銷釘被拉斷,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,壓力突降,完成丟手操作。

圖3 打撈部分結構示意圖

2.2 打撈部分結構

圖3為打撈部分結構示意圖。打撈部分全長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,油管下接專用打撈錨,作用力達到20k N時,打撈錨撈住打撈筒母扣,剪斷解封剪釘,卡簧松動自鎖失效,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。

如遇到打撈不動的情況,下壓油管并順時針旋轉(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

3.1 坐封壓力測試

根據(jù)設計依據(jù)與相關試驗要求,用直徑139.7mm套管模擬現(xiàn)場實際井筒進行加壓測試,將測試壓力升幅設計為0.5MPa,初始壓力設置為5MPa。在室內(nèi)進行14次測試試驗,結果見表2。在10MPa后缸套不再移動,封隔器膠筒已壓縮到位,此時缸套的實際行程是125mm,封隔器實際缸套設計行程是140mm。將壓力提升至12MPa,缸套未移動,封隔器坐封,該封隔器實際坐封壓力為10MPa?？紤]施工安全和坐封的可靠性,現(xiàn)場施工壓力考慮液柱壓力時井口控制在8MPa為宜[5]。

表2 封隔器坐封壓力測試

3.2 解封拉升載荷測試

解封拉升載荷測試的目的是測試解封結構設計是否合理、是否滿足設計要求。將測試拉升載荷升幅設計為2k N,初始力設置為2k N,在室內(nèi)進行了5次拉升載荷測試,試驗數(shù)據(jù)見表3。試驗表明：拉升載荷加載至14k N后解封銷釘拉斷,封隔器可自由地在試驗套管內(nèi)上、下活動。設計10k N解封銷釘剪斷,考慮施工時摩擦阻力作用,設計最大14k N封隔器完全解封,通過試驗證明符合設計要求。

表3 封隔器解封載荷測試

4 現(xiàn)場試驗

現(xiàn)場共實施23口井,實施前排水期最長的樓泌110井排水期8d,最短的王61井3d,平均排水期4.8d。實施丟手式油層保護管柱后,平均排水期23h后就恢復正常。工藝成功率100%,有效率96%,應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。 該井在清蠟過程中出現(xiàn)清蠟后排水期較長的問題,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%,累計排水12d后才恢復到正常水平;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,累計排水8d后才恢復到正常水平。考慮到該井在清蠟過程中易出現(xiàn)排水期長影響產(chǎn)能的情況,2012年11月8日在檢泵作業(yè)的同時下入丟手式油層保護管柱。在11月23日清蠟后排水僅24h后就恢復正常,減少排水期7d,生產(chǎn)效果好。

5 結論

丟手式油層保護管柱解決了清蠟、洗井、作業(yè)過程中油層污染問題,同時解決了常規(guī)無傷害洗井管柱存在的封隔器易失效、有效周期短、費用高的問題,進一步提升了經(jīng)濟、高效開發(fā)效果,具有良好的現(xiàn)場應用效果。

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

[2]倪紅梅,可取橋塞卡瓦結構優(yōu)化設計[J].石油機械,2009,37(3)：32～37.

[3]伍開松,翟志茂,古劍飛,等.封隔器膠筒幾何參數(shù)優(yōu)選[J].石油礦場機械,2008,(10)：24～26.

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

[5]王當芳,黃兆芝,李敏,等.壓縮式封隔器膠筒密封性能的試驗研究[J].石油機械,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年西安石油大學畢業(yè),助理工程師,現(xiàn)主要從事井下作業(yè)工藝技術相關的研究工作。