孫厚俊

中國石油大慶油田有限責任公司 井下作業(yè)分公司（黑龍江 大慶 163112）

連續(xù)油管作業(yè)技術以其獨特的優(yōu)勢，已廣泛地應用于油氣井勘探開發(fā)生產的各領域。隨著油氣井勘探開發(fā)的深入，大角度位移井、水平井等特殊結構井數(shù)量的不斷增加，井下作業(yè)施工難度不斷增大，對連續(xù)油管裝備的性能提出了更高的要求[1-3]。連續(xù)油管的損傷直接影響其使用壽命，易造成斷裂，增加作業(yè)的安全風險。

1 連續(xù)油管損傷情況

自2021年開始施工以來，連續(xù)油管隊伍進行底封拖動大規(guī)模壓裂作業(yè)施工，單支隊伍每月可施工3～4口井。施工進行45 d的時間，共出現(xiàn)了3次連續(xù)油管損傷的情況。2021年1月4日施工的Z12-P3井在第84層壓裂施工結束后，上提連續(xù)油管準備施工第85層，當上提到1 862.2 m處發(fā)現(xiàn)管柱有損傷（圖1）。2月6日施工的GF7-058井在第13層施工結束后，上提連續(xù)油管至第14層施工時，反復坐封失敗。準備更換工具重新施工，當上提至1 825.0 m時發(fā)現(xiàn)連續(xù)油管損傷（圖2）。2月20日施工的Z12-P4井在下壓裂工具的過程中，當連續(xù)油管下至2 775.2 m時發(fā)現(xiàn)連續(xù)油管本體損傷有刺漏現(xiàn)象（圖3）。

圖1 施工Z12-P3井時的損傷處

圖2 施工GF7-058井時的損傷處

圖3 施工Z12-P4井時的損傷處

三次連續(xù)油管損傷處的形態(tài)均為邊長約15 mm的三角狀，且一條印痕較明顯，油管損傷處變形，最小外徑55 mm，最大外徑64 mm。其中施工Z12-P4井的連續(xù)油管損傷處為焊縫位置，是管體較為薄弱的部位，損傷導致焊縫開裂、刺漏。

2 原因分析

2.1 施工工藝

井下作業(yè)施工現(xiàn)場在底封拖動壓裂作業(yè)時，每段施工井下工具串均需要坐封，現(xiàn)場操作人員操作設備使注入頭提供30~40 kN的下壓力，此時連續(xù)油管在井下呈微螺旋狀，模擬示意圖如圖4所示。井口位置也存在一定彎曲。由于連續(xù)油管自身應力原因，其在井控閘板防噴器中靠向防噴器通徑的邊緣。

圖4 連續(xù)油管在井下彎曲示意圖

2.2 注入頭

注入頭作為連續(xù)油管裝置最為重要組成之一，其正常工作時，夾持裝置直接夾緊連續(xù)油管，并均勻控制其提升和下放速度。注入頭在現(xiàn)場使用過程中，可能會導致連續(xù)油管擠壓變形。損傷的連續(xù)油管也發(fā)現(xiàn)了注入頭卡瓦的壓痕（圖5），與造成刺漏的損傷痕跡不符，檢查注入頭與夾持塊未發(fā)現(xiàn)異常。

圖5 連續(xù)油管卡瓦壓痕

2.3 井控防噴器

井控防噴器的工作原理是利用液壓推動活塞、活塞桿帶動閘板沿滑軌動作，使井控防噴器的閘板關閉或打開[4]。從連續(xù)油管損傷所形成的印痕判斷，損傷管柱的物體應為相同物體。根據對油管損傷位置的長度估算，所有油管損傷處，均在封隔器坐封后半封閘板關閉位置。由此判斷連續(xù)油管損傷為井控防噴器半封閘板導向塊所致。

連續(xù)油管井控閘板防噴器每塊半封閘板上有一個導向塊（圖6），用來將不居中的連續(xù)油管引入至井控防噴器半封閘板中心密封段中[5-6]。井下作業(yè)施工過程中在管柱不居中的情況下關閉井控防噴器半封閘板，這兩個導向塊都會與連續(xù)油管本體發(fā)生摩擦和相互作用，正常情況不會對管柱造成損傷。

圖6 井控防噴器半封閘板示意圖

井控防噴器閘板開關的控制使用連續(xù)油管設備動力，由兩個液壓油缸進行控制，半封閘板的關閉存在不同步情況。如圖7所示，井控防噴器半封閘板正常情況下同時關閉。即使井控防噴器一側半封閘板先行關閉，在導向塊有效且管柱可以進行水平移動的情況下，連續(xù)油管將順利引入閘板密封段中。

圖7 井控防噴器半封閘板關閉示意圖

連續(xù)油管在注入頭30~40 kN壓力作用下，位置緊貼井控防噴器通徑邊緣，且在半封閘板關閉位置（圖8）。連續(xù)油管所受的橫向推力f1=fsinθ，橫向推力為3.9~5.2 kN。

圖8 連續(xù)油管受力分析示意圖

在此情況下關閉閘板，當閘板體導向塊接觸連續(xù)油管實施導向功能時，由于連續(xù)油管在水平方向無法產生位移[7-8]。此時導向塊與連續(xù)油管接觸力F=P/S，閘板開關的壓力強度21 MPa，導向塊與連續(xù)油管接觸面積S=9.7×10-5m2，最大接觸力F為2.2×108kN。這時即使接觸力增大也無法使連續(xù)油管引入閘板密封段中。半封閘板在液壓力的作用下繼續(xù)關閉，導向塊前端面與連續(xù)油管進一步接觸、擠壓，在超過連續(xù)油管抗外擠壓力5.5×107kN時導致其損傷。

3 應對措施

3.1 更換井控防噴器閘板

事件發(fā)生后，連續(xù)油管井控防噴器送回井控車間進行檢查，井控防噴器閘板經井控車間拆解后發(fā)現(xiàn)兩塊半封閘板導向塊均有堆積，密封膠件有破損。從閘板防噴器拆解后可以看出，經過擠壓后的閘板體導向塊前端面局部已經變形，導向角已經破壞，繼續(xù)使用會影響其導向作用（圖9）。需更換閘板體并進行檢修，恢復其導向功能。

圖9 井控防噴器半封閘板導向塊

3.2 加裝扶正防噴器

在連續(xù)油管現(xiàn)有的井控防噴器下部加裝單閘板扶正防噴器[9-10]（圖10）。扶正防噴器通徑與原井控防噴器一致，扶正防噴器閘板前端安裝半圓形耐磨扶正塊，在閘板打開狀態(tài)下，不影響工具串通過。坐封井下工具時，先關閉扶正防噴器，現(xiàn)場操作人員再操作設備使注入頭提供下壓力，工具坐封。

圖10 扶正防噴器意圖

3.3 嚴格施工操作

底封拖動壓裂工藝所使用的工具，在下壓力作用下就可實現(xiàn)坐封。工具坐封的載荷與管柱的自重有關，施工操作時嚴格控制坐封載荷，根據管柱自重調整注入頭下壓力，而不是固定在30~40 kN。較小的下壓力使連續(xù)油管的彎曲度減小，即使連續(xù)油管在井控閘板防噴器中靠向內通徑的邊緣，在導向塊的作用下，連續(xù)油管進行水平移動，可將連續(xù)油管順利引入閘板密封段中。

4 現(xiàn)場應用

連續(xù)油管設備在現(xiàn)有的井控防噴器下部加裝單閘板扶正防噴器后，施工時先關閉扶正防噴器后再下壓管柱使工具坐封。扶正防噴器直接與連續(xù)油管井控防噴器相連接，連續(xù)油管在井控防噴器通徑內基本居中，關閉半封閘板時不會損傷連續(xù)油管。

加裝單閘板扶正防噴器的連續(xù)油管設備在L4A隊伍試驗施工4口井，歷時29 d，平均每口井施工32層，實施下壓65~70次，未發(fā)生連續(xù)油管損傷的情況。在之后的底封拖動壓裂工藝施工過程中一直按照關閉扶正防噴器→下壓管柱→關閉井控防噴器的操作步驟進行。

5 結論

1）加裝扶正防噴器后，進行底封拖動壓裂工藝施工時，扶正防噴器作為工作防噴器，允許在閘板關閉的情況下上提或下放連續(xù)油管。施工時在連續(xù)油管自由狀態(tài)下（油管基本居中）關閉扶正防噴器閘板，再下放連續(xù)油管，避免井控防噴器閘板對連續(xù)油管的損傷。

2）加裝扶正防噴器后，在關閉井控防噴器半封閘板時，閘板導向塊可完全發(fā)揮其導向功能，無需進行優(yōu)化設計導向塊結構，更換半封閘板，原連續(xù)油管井控防噴器半封閘板可繼續(xù)使用，節(jié)約生產成本。

3）繼續(xù)對扶正防噴器進行改進，如使其能代替壓裂井口，原連續(xù)油管井控防噴器僅用于緊急情況下關閉井口使用，將更加符合井控技術要求。同時也應減少壓裂施工過程中，井控防噴器閘板上下壓力不平衡時打開閘板對井控防噴器的損壞。