淺談BZ34-3WJ油田雙泵機(jī)組落井的處理
龍江橋1,馮碩1,李海弋2,劉玉立2,孫雷2
(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司工程技術(shù)作業(yè)中心,天津 300452;
2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司,天津 300452)
摘要:以BZ34-3WJ油田某單井雙泵井生產(chǎn)管柱落井后的復(fù)雜情況處理為例,使用PRO.E軟件對雙電潛泵管柱卡入尾管掛后進(jìn)行應(yīng)力分析,模擬出雙電泵機(jī)組及管柱落井后的狀態(tài),確定了分段切割、交替打撈的處理思路。在實(shí)際打撈雙電潛泵機(jī)組的過程中,針對上部電潛泵機(jī)組斷裂后3段管柱同時卡在尾管掛處的情況,對落井管柱的相對位置和深度進(jìn)行細(xì)致分析,及時調(diào)整打撈方案,合理選取工作參數(shù)。對于后期遺留的井下落物,結(jié)合海上油田的作業(yè)成本和生產(chǎn)需要,以可控成本的方式恢復(fù)了油井的生產(chǎn)。渤海油田首次完成的雙電潛泵機(jī)組及其生產(chǎn)管柱的落井處理,對雙電潛泵機(jī)組及其生產(chǎn)管柱落井后的分布和受力狀態(tài)有了清晰的認(rèn)識,其經(jīng)驗(yàn)和井下出現(xiàn)的復(fù)雜情況都有重要的借鑒意義,為后續(xù)實(shí)施同類型作業(yè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞:邊際油田;無修井機(jī)平臺;雙電潛泵;機(jī)組落井;管柱打撈
中圖分類號:TE53
作者簡介:第一龍江橋(1976年生),男,工程師,2000年畢業(yè)于西安石油大學(xué),現(xiàn)從事海洋石油井下作業(yè)工作。郵箱:longjq@cnooc.com.cn。
Discussion on Double Pump Unit Falling of BZ34-3WJ Oilfield
Long Jiangqiao1, Feng Shuo1, Li Haiyi2, Liu Yuli2, Sun Lei2
(1.EngineeringTechnologyOperationCenter,CNOOCTianjinBranchCompany,Tianjin300452,China;
2.CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.,Tianjin300452 ,China)
Abstract:Taking the treatment of production string falling of a single well and double pump well in BZ34-3WJ Oilfield as an example, using PRO.E software column card into the tail pipe hanging for stress analysis of the dual electric submersible pump tube. Double electric pump and pipe string falling state was stimulated, and the idea of sub cutting and alternative fishing was confirmed. During fishing dual electric submersible pump unit, three-section pipe column was hung at the tail pipe after upper electric submersible pump set was broken. For this situation, relative position and depth of fallen pipe string were analyzed in details, fishing plan was timely adjusted, and working parameters were selected rationally. For those left downhole at late stage, combined with operation cost and production needs in the offshore oilfield, production of oil wells was restored by means of controllable cost. Falling treatment of dual electric pump unit and its production string in Bohai Oilfield was completed for the first time, and clear cognition of the distribution and stress state of dual electric pump unit and its production string was obtained, which could be important reference for similar operation later.
Key words: marginal oilfields; no workover platform; double pump; set falling into the well; string fishing
1 概述
1.1 技術(shù)背景
近年來我國海上油田發(fā)展迅速,除了開發(fā)海上整裝大型油田外,一些具有經(jīng)濟(jì)價值的小油田和邊際油田的開發(fā)也卓有成效,這些油田運(yùn)用“簡易+低成本”的理念,平臺結(jié)構(gòu)簡單、無修井設(shè)備,無人值守,依托油田現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)施,以一條海底管線、一個平臺和一條海底電纜的模式進(jìn)行日常生產(chǎn)[1]。該類型生產(chǎn)設(shè)施在實(shí)施檢泵作業(yè)過程中存在鉆井和修井船資源緊缺、作業(yè)成本高等諸多問題,因此單井雙泵系統(tǒng)在此類生產(chǎn)設(shè)施中得到廣泛應(yīng)用。
1.2 海上油田生產(chǎn)現(xiàn)狀
2006年5月,首次在BZ34-2EW平臺完成了兩口井單井雙泵系統(tǒng)的安裝應(yīng)用,并取得了成功。兩口井的泵型均為387系列,額定點(diǎn)參數(shù)流量為150m3/d,采用一用一備的工作模式。隨后又在BZ34-4-3WJ和BZ34-4-5WJ兩個邊際油田完成了4口井的安裝應(yīng)用。到目前為止,已有20余口油井使用單井雙泵系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)較長時間的采油,可延長電潛泵的使用壽命,減少油井的作業(yè)次數(shù),經(jīng)濟(jì)效益顯著。
1.3 現(xiàn)場問題及其解決思路
(1)BZ34-3WJ-2D井在2012年7月檢泵作業(yè)中,原井生產(chǎn)管柱的過電纜封隔器在套管回接器處遇卡(該井為探井回接井),處理過程中部分過電纜封隔器及其下部雙泵生產(chǎn)管柱落井,雙泵管柱在7in尾管處卡死。
(2)雙泵機(jī)組落井后,電潛泵機(jī)組連接各部分法蘭的螺栓被摔斷,無法一次性撈出上泵或下泵機(jī)組。只能分段交替打撈上、下泵機(jī)組。因此,對井下落魚狀態(tài),上、下泵機(jī)組組件魚頂高度的判斷尤為重要,直接影響工具的選擇及打撈結(jié)果。
(3)由于雙泵機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜,井下電纜、電纜卡子、護(hù)罩較多,為打撈帶來諸多不便;因此準(zhǔn)確判斷井下魚頂是否有落物,與判斷井下小件落物數(shù)量多少同樣十分重要。
(4)雙泵機(jī)組落井時,造成尾管掛及下泵機(jī)組導(dǎo)流罩變形。后期打撈下泵機(jī)組時,導(dǎo)流罩卡至7in尾管掛處,處理非常困難。
針對于以上復(fù)雜情況,處理思路主要有以下兩個方面:
(1)先對魚頂?shù)男〖湮铩㈦娎|進(jìn)行打撈,保證魚頂干凈。
(2)雙泵管柱落井后卡點(diǎn)較多,情況復(fù)雜,打撈時不必追求一次性全部撈出管柱。應(yīng)根據(jù)卡點(diǎn)不同,采用先套銑再打撈的思路,進(jìn)行分段處理,最終撈出全部落魚。
2 單井雙泵管柱
2.1 技術(shù)原理
單井雙泵系統(tǒng)是在一口井的生產(chǎn)管柱中同時下入兩套電潛泵機(jī)組,這兩套機(jī)組以并聯(lián)的方式安裝在同一油井中的不同層位,共用一根油管采油,可按先后順序啟用,兩套機(jī)組通過Y型換向閥實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)轉(zhuǎn)換(圖1)。Y型換向閥內(nèi)部設(shè)計了轉(zhuǎn)換閥體,當(dāng)啟動一臺電潛泵后,換向閥借助泵的出口壓力將閥體推向另一電潛泵端,并將該旁路密封,阻止了流體向下流動,產(chǎn)出流體被抽至井口,另一臺電潛泵啟動方式相同[2]。
圖1 BZ34-3WJ-2D井生產(chǎn)管柱示意圖 Fig.1 BZ34-3WJ-2D well production pipe column
2.2 結(jié)構(gòu)
BZ34-4-3WJ-2D井雙泵管柱主要采用帶換向閥的Y型接頭形式,Y型接頭以下分別為上、下泵機(jī)組(下泵機(jī)組帶有導(dǎo)流罩)及連接泵機(jī)組的2in EUE油管。
Y型換向閥,即帶換向閥的Y型接頭,其主要結(jié)構(gòu)原理是由中心的鋼球?qū)崿F(xiàn)上、下泵機(jī)組工作的轉(zhuǎn)換,其原理類似于球閥。當(dāng)一端處于打開的工作狀態(tài)時,另一端處于關(guān)閉狀態(tài)[3]。
3 雙泵管柱的落井
3.1 落井狀態(tài)模擬與分析
雙泵管柱落井后逐段處理至Y型換向閥以上深度,使用可退式打撈筒抓住落魚后,使用上提力最大至150t,仍無法拔出管柱。初步分析卡點(diǎn)可能為Y型換向閥或上泵機(jī)組在尾管掛處互擠。由于上泵機(jī)組管柱直徑與下泵機(jī)組油管直徑合計為7.435in(4.56in+2.875in),大于7.3595in(尾管掛處可容納最大直徑),所以管柱互擠處應(yīng)有輕微或更大程度的變形。
3.2 受力分析
落井管柱互擠處相互施加徑向壓力,但管柱具體受力大小和材料參數(shù)無法完全獲得,所以只能對受力方向和力的大小進(jìn)行粗略模擬。根據(jù)簡化后的受力模型,使用PRO.E軟件模擬分析:通過相對較大的應(yīng)力集中區(qū)域(圖2[4]中的黃線部分)可得出受力結(jié)果,分析出落井管柱除互擠處受力較大外,在Y型換向閥下部油管的連接處也是薄弱點(diǎn)(后期打撈Y型換向閥時連接雙泵的2in EUE油管拔脫)。
圖2 受力分析圖 Fig.2 Stress analysis diagram
4 打撈實(shí)例
4.1 第一階段
在處理處上部封隔器及卡瓦等落魚后,開始打撈雙泵機(jī)組管柱,但在打撈過程中發(fā)現(xiàn)落井管柱卡死且卡點(diǎn)不確定,同時井下電纜等小件落物較多,使撈筒無法抓住落魚,給打撈工作帶來較大難度。
4.1.1 處理措施
(1)對落井管柱Y型換向閥以上的油管進(jìn)行化學(xué)切割,減少管柱質(zhì)量,使后期打撈時震擊的作用點(diǎn)更接近于卡點(diǎn),切割后的落魚頂部為3in EUE油管本體,距離Y型換向閥2m左右。
(2)對切割造成的井下落物、電纜等針對性地下入工具進(jìn)行處理,避免撈筒入井后無法撈住落魚。
(3)對落井的Y型換向閥進(jìn)行套銑后再嘗試震擊解卡,撈出落魚[5]。
起出割點(diǎn)以上全部生產(chǎn)管柱后,檢查發(fā)現(xiàn)上泵機(jī)組和下泵機(jī)組電纜均在動力電纜與引接電纜連接處拔脫,上泵機(jī)組動力電纜拔脫點(diǎn)在魚頂以上約30m處,下泵機(jī)組引接電纜拔脫點(diǎn)在Y型換向閥以下約20m處,動力電纜護(hù)罩全部起出。結(jié)合之前作業(yè)期間的落物與落井電纜,分析落魚頂部很可能積有落物。因此,能否把魚頂處落物清理干凈,是后續(xù)打撈成功與否的關(guān)鍵因素。使用開窗內(nèi)鉤撈出團(tuán)狀引接電纜,根據(jù)質(zhì)量折算撈出電纜約20m。
對剩余雙泵管柱進(jìn)行打撈,上下活動與震擊器震擊等方式結(jié)合,其間嘗試上提至180~190t懸吊,均未提活雙泵管柱。隨后進(jìn)行套銑作業(yè),套銑期間,前期進(jìn)尺明顯,后來進(jìn)尺緩慢,套銑失敗。具體參數(shù)見圖3。
圖3 第一階段套銑參數(shù)圖 Fig.3 Milling parameters of the first stage
4.1.2 打撈失敗原因
(1)對卡點(diǎn)的分析判斷不夠準(zhǔn)確。未能明確管柱遇卡是Y型換向閥下的雙泵機(jī)組管柱在尾管掛處互擠造成的,強(qiáng)行過提管柱造成擠壓增加,管柱卡得更死。作業(yè)時沒能及時更換解卡方式,反復(fù)活動管柱過多。
(2)套銑作業(yè)不夠徹底,未能夠套銑全部Y型換向閥與雙泵機(jī)組的連接處,由于卡點(diǎn)在尾管掛處且雙泵機(jī)組與換向閥連接強(qiáng)度較大,無法打撈出落魚。
(3)Y型換向閥材質(zhì)較硬,在套銑過程中,當(dāng)進(jìn)尺明顯變慢時,沒有及時起鉆更換銑鞋,而是加大鉆壓和轉(zhuǎn)速,造成其后16個小時僅進(jìn)尺0.2m,降低了套銑效率。
4.2 第二階段
經(jīng)分析后確認(rèn)Y型換向閥區(qū)域?yàn)榭c(diǎn),由于無法一次撈出整個管柱,且Y型換向閥上部3in油管短節(jié)可能拔脫,所以再次對Y型換向閥進(jìn)行套銑,然后下入合適尺寸的打撈工具進(jìn)行打撈。
4.2.1 工作思路
采取分段打撈的思路:首先,處理Y型換向閥,對雙泵管柱進(jìn)行交替打撈;其次,根據(jù)Y型換向閥結(jié)構(gòu),采取合適的銑鞋,選取原則為[6]:①銑鞋內(nèi)徑要大于換向閥內(nèi)球徑范圍,避免套在球上,造成套銑緩慢或破壞換向閥引起零部件落井;②銑鞋內(nèi)徑可以略小于Y型換向閥下部油管扣之間的最大距離,能使油管扣產(chǎn)生松動,便于拔出Y型換向閥;③套銑深度應(yīng)接近整個Y型換向閥長度,保證換向閥環(huán)空間隙,但要避免傷害下部2in EUE油管。
4.2.2 作業(yè)實(shí)施過程
打撈作業(yè)過程:①到位前,測管柱上提下放懸重58/60t;②探Y(jié)型換向閥以上短節(jié)于2579.76m處,接方鉆桿及水龍頭,探遇阻位置于2583.41m處;③下放鉆具套銑,鉆壓為1~2t,轉(zhuǎn)速為60r/min,扭矩為2.0~5.5kN·m,持續(xù)套銑12小時,累計進(jìn)尺為0.37m(換向閥以下0.1m),返出少量碎鐵屑,整個套銑過程無漏失,相應(yīng)參數(shù)及過程見圖4。
圖4 第二階段套銑參數(shù)圖 Fig.4 Milling parameters of the second stage
打撈作業(yè)過程:①測上提/下放懸重為61t/58t;②下壓2t狀態(tài)下,探遇阻位置于2579.76m處(3in EUE油管本體),方鉆桿正轉(zhuǎn)3圈,通過遇阻位置;③繼續(xù)下壓5t,上提管柱有10t過提顯示,確認(rèn)撈住,在50~110t上下活動震擊,間歇懸吊,懸重突降至61.5t,下壓2t復(fù)探遇阻位置下移0.5m。
4.3 打撈與計算
通過撈出的Y型換向閥及附帶油管,判斷雙電潛泵機(jī)組在7in尾管掛處于相互擠壓狀態(tài),如果選擇震擊打撈下泵機(jī)組,則會對上泵機(jī)組產(chǎn)生擠壓[8]。因此,應(yīng)以打撈上泵機(jī)組為主。上泵機(jī)組撈獲后,下泵機(jī)組將自動解卡;但目前落魚的頂部是下泵機(jī)組一側(cè)的管柱,因此考慮倒扣打撈將下泵機(jī)組一側(cè)的管柱處理至上泵機(jī)組一側(cè)的頂部以下,再對上泵機(jī)組一側(cè)進(jìn)行打撈。與此同時,也要考慮到上泵機(jī)組落井摔散后幾部分管柱堆積在一起的復(fù)雜情況[7]。
打撈作業(yè)過程:下放鉆具探魚頂于2584.21m處,下壓2t,正轉(zhuǎn)引入,再次下壓5t確認(rèn)抓住落魚后進(jìn)行倒扣打撈,復(fù)探遇阻位置上移1.5m。
4.3.2 上泵機(jī)組的打撈
打撈作業(yè)過程:下放鉆具探落魚頂部深度于2591.33m,下壓2~5t抓牢落魚,在60~90t上下活動鉆具約20次后懸重突降,測上提懸重增加0.4t,復(fù)探遇阻位置下移0.55m。
撈獲落魚:上泵機(jī)組的油氣分離器(長度1.01m)、引接電纜3.7m,觀察油氣分離器兩端連接法蘭的螺栓全部斷開,法蘭端面完整[9]。
根據(jù)電潛泵的組合結(jié)構(gòu)分析(自上而下:泵頭、泵體、分離器、保護(hù)器、電機(jī)),撈出的是分離器而不是泵體,說明上電潛泵機(jī)組中的泵體部分落入上下電潛泵機(jī)組之間。
井下情況分析:結(jié)合本次打撈結(jié)果,上部電潛泵分離器的頂部深度為2591.33m,則上部電潛泵保護(hù)器頂部的深度為2592.34m(2591.33m+1.01m),考慮到打撈2in EUE油管時遇阻位置上移至2592.28m,此處深度應(yīng)為打撈上泵機(jī)組油氣分離器之前,電潛泵泵體的頂部深度,本次又被下推了0.55~2592.83m,處于上電潛泵保護(hù)器頂部以下的位置,通過分析,井下管柱相對位置見圖6。
圖5 泵體脫落后井下管柱相對位置圖 Fig.5 The relative position of the underground pipe column after pump body fall-off
4.3.3 對電機(jī)保護(hù)器進(jìn)行打撈
打撈作業(yè)過程:①下放鉆具探落魚頂部深度于2592.34m,下壓2t正轉(zhuǎn)引入,循環(huán)泵壓迅速上漲;②停泵,重復(fù)下壓5t,在60~90t上下活動管柱并間歇懸吊,無法解卡,緩慢上提至100t后進(jìn)行震擊打撈,解卡,復(fù)探遇阻位置上移1.72m,上提懸重增加約0.5t。
圖6 井下管柱相對位置圖 Fig.6 The relative position of underground pipe column
撈獲落魚:上電潛泵機(jī)組的電機(jī)保護(hù)器(2.49m),觀察電機(jī)保護(hù)器兩端連接法蘭的螺栓全部斷開,法蘭端面完整。
井下情況分析:根據(jù)遇阻位置上移高度,可判斷上電潛泵泵體上移至約2593.05m(2592.28m+2.49m-1.72m)處,當(dāng)前井下管柱相對位置見圖6。
根據(jù)當(dāng)前井下管柱相對位置,接下來依次對上泵機(jī)組的電泵成功打撈后,剩余的上部電潛泵機(jī)組的電機(jī)與下電潛泵管柱相對位置明顯,逐段完成打撈即可。在打撈剩余電潛泵生產(chǎn)管柱的過程中發(fā)現(xiàn)電潛泵管柱中帶有地層砂及前期作業(yè)倒入的陶粒。
4.4 下泵機(jī)組導(dǎo)流罩在尾管掛處遇卡處理
在完成下部電潛泵管柱的打撈后,檢查發(fā)現(xiàn)下泵機(jī)組導(dǎo)流罩及大量電纜落井,使用可退式撈矛打撈導(dǎo)流罩過程中,起鉆至尾管掛處遇卡。
4.4.1 原因分析
雙泵機(jī)組落井時,下泵機(jī)組導(dǎo)流罩砸在尾管掛上,造成導(dǎo)流罩變形,甚至尾管掛變形。所以當(dāng)導(dǎo)流罩過尾管掛時,尾管掛縮徑卡在導(dǎo)流罩凹陷處,造成上下雙向卡死。又因?yàn)閷?dǎo)流罩上方堆積有大量電纜,在活動過程中越纏越緊,造成后期脫手困難,下壓時產(chǎn)生憋壓現(xiàn)象[10]。
4.4.2 處理思路
評估導(dǎo)流罩留在井下對后期油井生產(chǎn)的影響情況,即根據(jù)井深結(jié)構(gòu)、導(dǎo)流罩所處深度及后期生產(chǎn)管柱情況,判斷導(dǎo)流罩不影響正常下泵及后期生產(chǎn),故采取暫不處理的思路,避免井下情況進(jìn)一步復(fù)雜。
4.5 后期復(fù)產(chǎn)
BZ34-3WJ-2D井后期下入Y型管合采電泵生產(chǎn)管柱恢復(fù)生產(chǎn),電機(jī)系列為450,電泵額定排量為100m3/d,電泵揚(yáng)程為2434m,電機(jī)功率為67kW,額定電壓為1479V,額定電流為39A,耐溫等級為204℃,泵掛深度為2413m。2014年1月27日恢復(fù)生產(chǎn),油嘴開度為 11mm,油壓為2.5MPa,套壓為2MPa,2月6日計量產(chǎn)液110m3,含油82.5m3,產(chǎn)氣0.8×104m3,滿足油田配產(chǎn)要求。
5 結(jié)束語
(1)對單井雙泵生產(chǎn)管柱落井后狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確分析,明確管柱受力情況和卡點(diǎn)的位置,有效完成落井雙泵管柱的打撈。
(2)對作業(yè)過程中出現(xiàn)的復(fù)雜情況進(jìn)行處理,作業(yè)后及時總結(jié),統(tǒng)計套銑、打撈、磨鞋等參數(shù),為之后雙泵機(jī)組作業(yè)提供依據(jù)。
(3)打撈雙泵生產(chǎn)管柱時,應(yīng)特別注意獲取泥線懸掛器結(jié)構(gòu)、參數(shù)、雙泵機(jī)組最大外徑以及各尺寸套管的磅級及內(nèi)徑,在打撈時做好風(fēng)險預(yù)判,對打撈的每一步驟都要有充分的準(zhǔn)備。
(4)雙泵機(jī)組本身就是一種追求方便、經(jīng)濟(jì)的做法,遭遇復(fù)雜情況,難以打撈時,在打撈至滿足下泵深度要求后,可考慮直接下泵生產(chǎn),節(jié)省成本,使效益最大化。
(5)雙泵生產(chǎn)管柱井下復(fù)雜情況的合理處理,為后續(xù)同類型復(fù)雜情況的處理積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
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