中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦 四川 遂寧 629000

磨高區(qū)塊龍王廟組及燈影組氣藏為高溫、高壓、酸性氣藏,川中油氣礦產(chǎn)量主要來源于磨高區(qū)塊,該區(qū)塊動態(tài)監(jiān)測任務(wù)重,試井裝備不足,傳統(tǒng)試井工藝壓力監(jiān)測時間長,成本費用高,試井裝備長處于高溫、高壓、高含硫環(huán)境,存在較大安全風(fēng)險。因此,有必要針對高壓含硫氣井研制一種新型的利用鋼絲作業(yè)投放和撈出且安全可靠的壓力計電子式脫掛工具,從根本上解決了長時間占用鋼絲試井車,鋼絲腐蝕嚴(yán)重而導(dǎo)致的儀器落井問題,提高了試井裝備的有效利用率,降低試井作業(yè)成本,又大大減輕了現(xiàn)場操作人員的勞動強度,并且杜絕了井口防噴系統(tǒng)漏失的安全隱患。

1 結(jié)構(gòu)及原理

研制電子式脫掛器的初衷是為了試井作業(yè)擺脫鋼絲的束縛,將儀器置于井下,增加鋼絲的使用率,降低下井成本。脫掛器要能夠使用鋼絲順利下至指定位置,使用某種方式觸發(fā)后,脫掛器外徑能夠迅速增大,卡在油管內(nèi)壁,然后將鋼絲起出,脫掛器與測試儀器留在井下。測試完成后使用專用工具用鋼絲進(jìn)行打撈。為適應(yīng)磨高區(qū)塊工況,研制設(shè)計承壓80MPa、耐溫150℃、抗硫化氫、抗二氧化碳的電子式脫掛器。整套工具包括四個部分:(1)電動投放器(2)脫掛器(3)打撈器(4)XGQV100軟件系統(tǒng)。

1.1 電動投放器 使用電池組件供電,依靠電機的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)脫掛器的觸發(fā),使脫掛器懸掛于指定位置。由投放短節(jié)和電池短節(jié)兩部分構(gòu)成,見圖1～3。其特點如下:

(1)電池組件容量大,驅(qū)動力強。電池組采用4節(jié)高溫大容量電池串連,保證電池組的驅(qū)動能力及使用可靠性;(2)動作可靠性高。采用推力軸承平衡外部加在輸出軸上的壓力;(3)密封可靠。電池路通、電路護(hù)筒、傳動軸三處采用雙道膠圈,保證密封的可靠性。

圖1 投放短節(jié)剖面圖

1.2 脫掛器 脫掛器為純機械結(jié)構(gòu),施工時,將脫掛器使用電動投放器下至指定位置后,到達(dá)設(shè)定時間后電動投放器電機動作,使脫掛器觸發(fā),支撐臂張開,脫掛器錨定于油管內(nèi)壁。脫掛器錨定后,上提投放器,由于已解除鎖定塊的限位,鎖定塊可以向上翻轉(zhuǎn),從而使投放器與脫掛器脫離。其特點如下:

(1)結(jié)構(gòu)簡單。脫掛器錨定機構(gòu)采用連桿結(jié)構(gòu),動作迅速,結(jié)構(gòu)緊湊;

(2)雙向錨定。脫掛器支撐臂分為上下兩組,共六個,齒向相反,在圓周方向均布,在扶正的同時,保證儀器能可靠的錨定在油管內(nèi);

(3)可靠性高。支撐臂觸發(fā)后處于機械自鎖狀態(tài),保證錨定的可靠性。

1.3 打撈器 打撈器為純機械結(jié)構(gòu)。打撈器的解卡功能也是依靠彈簧實現(xiàn),初始狀態(tài)下彈簧收縮蓄能,待與懸掛器對接成功后觸發(fā)打撈器,使打撈器上的彈簧釋放,依靠打撈器的外殼下壓懸掛器的固定架體,實現(xiàn)解卡功能。

依靠計算,保證打撈器上彈簧伸長后的最小彈簧力大于懸掛器上彈簧壓縮后的彈簧力,即可保證解卡后懸掛器的支撐爪處于完全收起的狀態(tài)。其特點如下:

(1)打撈器采用純機械結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)緊湊;

(2)打撈器在抓住脫掛器后,使用推力彈簧使脫掛器的支撐臂完全收起,保證脫掛器解除自鎖狀態(tài),順利打撈;

(3)打撈時使脫掛器的支撐臂處于完全收起狀態(tài),可有效保護(hù)支撐臂不受損傷,同時可保護(hù)油管內(nèi)壁不被刮傷。

圖2 脫掛器剖面圖

圖3 脫掛器剖面圖

1.4 XGQV100軟件系統(tǒng) XGQV100軟件用于設(shè)定電動投放器的動作時間,定義完成對脫掛器的觸發(fā)時間。

2 試驗效果

2.1 室內(nèi)試驗

(1)投放器承壓性能測試。在打壓筒對投放器打壓80 MPa,進(jìn)行儀器承壓性能測試,密封面無漏水現(xiàn)象。試驗結(jié)論:投放器的電路護(hù)筒及電池護(hù)筒的密封性能及承壓性能滿足80 MPa以內(nèi)要求。

(2)投放器高溫性能試驗。投放器整體進(jìn)行烘高溫150℃,保溫1小時后,在高溫狀態(tài)下驗證儀器是否可以正常動作。實驗結(jié)論:在150℃環(huán)境下,電池可驅(qū)動投放器電機正常動作,可順利觸發(fā)脫掛器,使脫掛器支撐臂打開。

(3)投放器的定時誤差測試。設(shè)置不同的觸發(fā)時間,上電后測定相對應(yīng)的實際觸發(fā)時間。實驗結(jié)論:投放器的定時誤差與電機動作持續(xù)時間誤差均在10s內(nèi)。

(4)投放器的抗振動、抗沖擊性能測試。在加速度為29.4m/s2,頻率為10～200 Hz,掃頻頻率1oct/min,時間為30min參數(shù)下,投放器仍可以正常動作,滿足要求;“儀器沖擊性能試驗”項,將儀器提離地面25cm左右,使投放器進(jìn)行自由落體運動,重復(fù)五次后,投放器仍可以正常動作,滿足要求。

2.2 現(xiàn)場試驗 電子式壓力計脫掛器研制完成后,首先在高磨區(qū)塊磨溪18井進(jìn)行現(xiàn)場試驗。磨溪18井生產(chǎn)套壓20.5 MPa,油8.7 MPa,日產(chǎn)氣1.1×104m3,日產(chǎn)水21m3,天然氣甲烷含量95.98%,相對密度0.5864,硫化氫含量8.71g/m3,二氧化碳44.96g/m3。

試驗過程如下:

(1)通井:井口、通徑工具串及防噴管準(zhǔn)備,通徑規(guī)φ59.5mm,通徑至4020m;

(2)投放脫掛器:設(shè)定電機啟動時間,接電池組件,安裝好電池短節(jié),將裝配好的脫掛器用鋼絲下入到試驗井油管中,待設(shè)定時間到,電池驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動觸發(fā)機構(gòu)動作,卡爪張開并鎖定,完成座掛;緩慢下放鋼絲,驗證脫掛器座掛情況,緩慢上提鋼絲使投放器與脫掛器分離,完成丟手,收回投放工具串。

(3)打撈脫掛器:更換投放器為打撈工具,利用鋼絲下入打撈工具串,待到達(dá)脫掛器座掛位置上方10米左右,向下微振擊打撈脫掛器將脫掛器從井內(nèi)起出。

試驗結(jié)論:分別在磨溪18井3000m、4000m處進(jìn)行2次投放、錨定、打撈試驗,并驗證其錨定后的可靠性,本次投放、錨定、打撈試驗成功

2.3 試驗效果評價 通過室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗證明該投放器電池組件容量大,電機驅(qū)動力強,能夠順利投放。脫掛器采用連桿機構(gòu),動作迅速、結(jié)構(gòu)緊湊、雙向錨定、機械自鎖、可靠性高。打撈器采用純機械結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)緊湊、卡瓦完全收回,順利打撈。

以目前開展為期1個月的連續(xù)壓力監(jiān)測為例,如果采用常規(guī)壓力監(jiān)測工藝需要費用112.8萬元,其中試井費用93.0萬元(包含人員費用),每天3.1萬元;吊車費用19.8萬元,每小時275元。采用電子式脫掛器進(jìn)行壓力監(jiān)測僅需動用試井裝備和吊車2天,共計7.52萬元,其中試井費用6.2萬元,吊車費1.32萬元,為期1月壓力監(jiān)測節(jié)省費用105.28萬元。磨溪龍王廟氣藏觀察井3口,根據(jù)觀察井壓力監(jiān)測需要,每口井每年至少監(jiān)測3個月計算,全部推廣電子式脫掛器進(jìn)行壓力監(jiān)測,每年可以節(jié)省壓力監(jiān)測費947.52萬元,經(jīng)濟效益顯著。

3 結(jié)論

(1)該工藝技術(shù)可在較短時間內(nèi)完成多口井的試井作業(yè),提高試井設(shè)備的利用率和試井作業(yè)效率。

(2)電子式脫掛器下至指定位置,使用電動方式觸發(fā)后,脫掛器外徑能夠迅速增大,卡瓦采用上下雙向卡瓦,滿足在扶正的同時,保證脫掛器能可靠的錨定在油管內(nèi)。

(3)通過新型電子式脫掛器的研制,形成一種新的井底壓力長期測試方式,達(dá)到削減三高氣井測試風(fēng)險,降低測試費用的目的。