王思凡，張安康，胡東鋒

（1.中國(guó)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(guó)石油長(zhǎng)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(kāi)發(fā)國(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)，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(guò)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(wèn)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(zhǎng)、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(chǎng)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(jiàn)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(duì)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(guò)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(zhǎng)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(shí)方法

常規(guī)鋼絲作業(yè)打撈節(jié)流器過(guò)程中，首先下鋼絲通井規(guī)通油管，并探測(cè)節(jié)流器位置，然后與之前投放的節(jié)流器位置進(jìn)行對(duì)比，如果探測(cè)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(wú)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(jiàn)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(dòng)、下砸下滑，下滑到一定位置后上提下砸均不動(dòng)。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?jī)?nèi)。

3）打撈頸偏心。下砸、震擊節(jié)流器過(guò)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(duì)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(guò)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(guò)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(wèn)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(zhǎng)，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(wú)法清除打撈頸周圍砂粒；且在鋼絲打撈過(guò)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(shì)：

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(guò)增大沖洗液液柱高度或施工泵壓來(lái)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(guò)程中下卡瓦座不會(huì)隨之上移阻礙解卡（見(jiàn)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(lái)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(dòng)態(tài)化，避免靜態(tài)砂卡（見(jiàn)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(duì)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(duì)縮小，促使密封膠筒解封。

2.2 沖砂打撈作業(yè)流程

首先對(duì)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?。蛔詈笤谶B續(xù)油管上安裝節(jié)流器打撈工具串進(jìn)行打撈，打撈過(guò)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(guò)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(jiàn)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(jiàn)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(shì)。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(dòng)打撈爪上移徑向張開(kāi)，伸入打撈爪內(nèi)，此時(shí)矩形彈簧被壓縮；打撈頸入魚(yú)后，矩形彈簧在彈力作用下，推動(dòng)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(duì)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(guò)負(fù)荷上提，迫使剪釘剪斷，此時(shí)彈簧推動(dòng)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(wú)法向下抵住外筒，確保打撈爪能夠徑向張開(kāi)，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(jiàn)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(lái)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(chǎng)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)概況

開(kāi)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(chǎng)試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)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(chǎng)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(lái)（見(jiàn)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(jí)水力噴射壓裂生產(chǎn)一體化管柱（見(jiàn)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(kāi)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(guò)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(wú)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(wú)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(kāi)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(cè)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(kāi)泵沖洗，出口返液正常，上提節(jié)流器遇卡，后活動(dòng)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(dòng)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(guò)震擊實(shí)現(xiàn)砂埋節(jié)流器解卡打撈。

2）現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(duì)沖砂液漏失問(wèn)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。