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        防噴器閘板導向塊損傷連續(xù)油管案例及應對措施

        2022-05-27 04:24:48孫厚俊
        石油工業(yè)技術監(jiān)督 2022年5期
        關鍵詞:作業(yè)施工

        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。

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