可控式套銑打撈一體化工具研制與應(yīng)用

張成江

(中石化江蘇油田分公司，江蘇 江都 225265)

可控式套銑打撈一體化工具研制與應(yīng)用

張成江

(中石化江蘇油田分公司，江蘇 江都 225265)

在油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，管柱砂卡、水泥卡是比較常見(jiàn)的井下故障，排除該類(lèi)井下故障的傳統(tǒng)做法是分別下入專(zhuān)門(mén)的套銑和倒扣打撈解卡管柱進(jìn)行處理，施工效率很低。為此，通過(guò)將套銑與打撈倒扣工具巧妙組合設(shè)計(jì)，采用投球打壓推動(dòng)活塞原理，研制出可控式套銑打撈一體化工具，實(shí)現(xiàn)一趟管柱同時(shí)兼有套銑、打撈功能，且由套銑向打撈狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程可控。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該工具具有結(jié)構(gòu)合理、性能可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，為解決長(zhǎng)井段砂卡、水泥卡傳統(tǒng)處理方法效率低下問(wèn)題，提供了安全有效的技術(shù)手段。該項(xiàng)技術(shù)獲國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利，專(zhuān)利號(hào)為201020100201.6。

解卡處理;套銑打撈;一體化工具;現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

引 言

油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入中后期，由于分層壓裂、擠水泥堵漏封串等技術(shù)措施應(yīng)用較頻繁，長(zhǎng)井段(大于20 m)管柱砂埋、水泥固卡事故時(shí)有發(fā)生，如何經(jīng)濟(jì)、高效地處理這類(lèi)井下事故，是石油工程技術(shù)人員需要研究解決的修井技術(shù)之一。

1 傳統(tǒng)處理方法存在的主要問(wèn)題

在諸多井下事故中，管柱砂卡和水泥卡是比較常見(jiàn)的1種，處理該類(lèi)井下事故的傳統(tǒng)的做法:先下管柱套銑環(huán)空致卡物，然后起出套銑管柱，下專(zhuān)門(mén)的管柱進(jìn)行打撈、解卡操作。采用該方法處理時(shí)，考慮施工安全，一般每次只套銑1根油管(10 m左右)，每倒扣取出1根油管，起、下管柱各2趟，工作效率很低。該處理方法在管柱砂卡或水泥卡的井段較短小于30 m)情況下，是一種行之有效的方法，但如果砂卡或水泥卡的井段較長(zhǎng)(大于30 m)，有時(shí)達(dá)到100 m以上，上述處理方法表現(xiàn)出明顯的不足，主要表現(xiàn)在事故處理效率低、修井周期長(zhǎng)。

2 套銑打撈一體化工具設(shè)計(jì)原則和思路

2.1 設(shè)計(jì)原則

處理長(zhǎng)井段管柱砂卡和水泥卡的傳統(tǒng)方法存在的主要問(wèn)題是工作效率低、修井周期長(zhǎng)。解決該問(wèn)題的技術(shù)思路:將傳統(tǒng)的套銑、打撈分2趟管柱完成，改為1趟管柱完成，即1趟管柱同時(shí)兼有套銑、打撈功能。套銑打撈一體化工具的設(shè)計(jì)原則［1－2］為:①不影響套銑管柱正常起下和循環(huán)洗井作業(yè)，保證工藝管柱的安全;②能進(jìn)行正常套銑，達(dá)到常規(guī)套銑效果;③具備可靠的落魚(yú)打撈功能;④具有較高的抗拉、抗扭強(qiáng)度，撈獲落魚(yú)后，能進(jìn)行活動(dòng)解卡操作;⑤在活動(dòng)解卡無(wú)效的情況下，能進(jìn)行有效的倒扣解卡操作;⑥在落魚(yú)無(wú)法倒開(kāi)時(shí)，可進(jìn)行退魚(yú)操作;⑦能重復(fù)使用，制造、維修成本低。

2.2 設(shè)計(jì)思路

實(shí)現(xiàn)1趟管柱同時(shí)具備套銑、打撈功能，關(guān)鍵要解決2個(gè)方面的技術(shù)問(wèn)題［3－4］:一是如何實(shí)現(xiàn)套銑、打撈工具的組合式連接;二是如何實(shí)現(xiàn)套銑、打撈分階段地面控制。在設(shè)計(jì)研究過(guò)程中，總結(jié)常規(guī)套銑、打撈作業(yè)技術(shù)要點(diǎn)，參照國(guó)內(nèi)外油田的經(jīng)驗(yàn)做法，確定了套銑、打撈一體化工具的設(shè)計(jì)思路:將常規(guī)打撈工具改進(jìn)后，連接于特制的筒體內(nèi)，利用液壓驅(qū)動(dòng)活塞原理，通過(guò)地面投球、打壓，使打撈工具由筒體內(nèi)運(yùn)動(dòng)至筒體外，即井下套銑管柱由套銑狀態(tài)轉(zhuǎn)換為打撈狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)一趟管柱既可正常套銑作業(yè)，又可安全地進(jìn)行倒扣打撈。

3 可控式套銑打撈一體化工具研制

3.1 工具結(jié)構(gòu)

可控式套銑打撈一體化工具結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。整體結(jié)構(gòu)由控制機(jī)構(gòu)和打撈機(jī)構(gòu)組成，其中控制機(jī)構(gòu)由上接頭、密封圈、活塞、上筒體、中間接頭、限位銷(xiāo)釘、內(nèi)接頭、下筒體、擋環(huán)、剪斷銷(xiāo)釘、鋼球組成;打撈機(jī)構(gòu)由加長(zhǎng)桿、矛桿背帽、撈矛矛桿、撈矛卡瓦組成。

圖1 可控式套銑打撈一體化工具結(jié)構(gòu)示意圖

上接頭作用是實(shí)現(xiàn)修井鉆桿與工具之間的連接;活塞是將液體壓力轉(zhuǎn)換為剪切力的主體部件;上筒體作用是套銑時(shí)傳遞扭矩并建立循環(huán)通道;中間接頭橫截面為內(nèi)六方形，與活塞桿正六方形相吻合，用于連接上、下筒體，傳遞套銑和倒扣扭矩;限位銷(xiāo)釘是限制活塞桿與內(nèi)接頭之間的周向運(yùn)動(dòng)，便于工具起至地面后退出落魚(yú)(此功能針對(duì)使用不可退式打撈工具時(shí));內(nèi)接頭作用是實(shí)現(xiàn)控制機(jī)構(gòu)與打撈機(jī)構(gòu)(工具)之間的可靠連接。下筒體作用是套銑時(shí)傳遞扭矩并建立循環(huán)通道;擋環(huán)是限制落魚(yú)進(jìn)入筒體內(nèi)，保證套銑、沖砂操作安全，為方便拆卸，將其斷面設(shè)計(jì)為內(nèi)“十”字形。

打撈機(jī)構(gòu):是1套內(nèi)藏式打撈工具，作用是抓取落物并可實(shí)施倒扣操作。圖1中由加長(zhǎng)桿、矛桿背帽、撈矛矛桿、撈矛卡瓦組成的打撈工具，是具有可退功能的倒扣撈矛，其結(jié)構(gòu)、工作原理與常規(guī)倒扣撈矛相似，主要區(qū)別是矛桿進(jìn)行了加長(zhǎng)，上端連接形式有所改變。打撈機(jī)構(gòu)除選擇圖1中由零件撈矛矛桿、撈矛卡瓦、下筒體、擋環(huán)組成的倒扣撈矛，亦可選擇其他類(lèi)型的打撈工具，如滑塊撈矛等［5－8］。

3.2 工作原理及操作方法

用鉆桿連接工具上接頭，工具下端連接常規(guī)套銑筒1～2根，下至距魚(yú)頂3～4 m位置(此時(shí)管柱處于套銑狀態(tài))，開(kāi)泵循環(huán)正常后，按規(guī)范要求進(jìn)行沖砂、套銑作業(yè);當(dāng)沖砂或套銑無(wú)進(jìn)尺時(shí)，結(jié)合實(shí)際進(jìn)尺情況綜合分析，確認(rèn)已沖砂或套銑至預(yù)計(jì)深度，充分循環(huán)至返出液清潔，從鉆桿內(nèi)投入鋼球，送球入座(活塞頂部中心孔);上提管柱距魚(yú)頂約1.0 m，緩慢憋壓12.0 MPa以上，液壓推動(dòng)活塞剪斷銷(xiāo)釘，當(dāng)活塞下行至中間接頭部位時(shí)，處于內(nèi)腔的打撈工具已通過(guò)擋環(huán)進(jìn)入套銑筒(管柱由套銑狀態(tài)轉(zhuǎn)換為打撈狀態(tài));在保持泵壓情況下，下放管柱，按常規(guī)打撈、解卡、倒扣規(guī)范要求進(jìn)行相應(yīng)操作。根據(jù)指重表指示變化判斷是否撈獲落魚(yú)和倒開(kāi)落魚(yú)，確認(rèn)已抓獲落魚(yú)，即可泄去泵壓;當(dāng)證實(shí)落魚(yú)已解卡或被倒開(kāi)，便可正常起鉆。若內(nèi)接打撈工具是采用圖1所示的倒扣撈矛，一旦出現(xiàn)落魚(yú)無(wú)法倒開(kāi)現(xiàn)象，可通過(guò)打壓、下放、正轉(zhuǎn)管柱方法退出落魚(yú)。

倒扣時(shí)井口施加在鉆桿上的倒扣扭矩，通過(guò)中間接頭與活塞桿之間的六方配合傳遞給內(nèi)接頭，又依次通過(guò)加長(zhǎng)桿、撈矛矛桿、撈矛卡瓦傳遞至落魚(yú)。工具起出地面，退掉落魚(yú)，現(xiàn)場(chǎng)檢查密封圈完好情況、更換剪斷銷(xiāo)釘，即可重復(fù)下井使用。圖2為可控式套銑打撈一體化工具下井工作原理示意圖。

3.3 主要技術(shù)參數(shù)和適用范圍

可控式套銑打撈一體化工具(KTD－116)主要技術(shù)參數(shù):最大外徑為116 mm，總長(zhǎng)為2 392 mm，活塞最大行程為800 mm，剪斷銷(xiāo)釘壓力為 12.0 MPa，許用拉力為420 kN，許用扭矩為7 600 N·m。適用于?139.7 mm套管內(nèi)對(duì)?73 mm油管進(jìn)行套銑(或沖砂)與倒扣打撈一體化作業(yè)。

圖2 下井工作原理示意圖

3.4 地面測(cè)試情況

2009年11月進(jìn)行地面測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容:工具密封性、銷(xiāo)釘剪斷壓力、活塞及內(nèi)置打撈工具運(yùn)動(dòng)靈活性、打撈桿最大出腔長(zhǎng)度及打撈工具工作可靠性等。測(cè)試情況:用試壓泵打壓，當(dāng)泵壓上升至12.0 MPa時(shí)，銷(xiāo)釘全部剪斷;活塞運(yùn)動(dòng)順暢;工具出腔順利，無(wú)刮阻現(xiàn)象;打撈桿最大出腔長(zhǎng)度為780 mm;模擬打撈靈活可靠;測(cè)試過(guò)程中筒體各部位密封良好。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果分析

可控式套銑打撈一體化工具(KTD－116)，已在B1－7、S23－2等4口井解卡處理中應(yīng)用，共下井15次，套銑打撈一次成功14次，成功率為93.3%;累計(jì)套銑進(jìn)尺173.4 m;累計(jì)倒扣打撈出油管16根×152.6 m;單次下入最長(zhǎng)套銑筒為22.4 m;單次最大套銑長(zhǎng)度為22.4 m;單次最多倒出油管2根×19.1 m;最深套銑井段為2 612.1～2 650.3 m。應(yīng)用的4口井中，砂卡3口，水泥卡1口，應(yīng)用井統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 可控式套銑打撈一體化工具應(yīng)用井統(tǒng)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，該工具具有以下優(yōu)點(diǎn):①能將傳統(tǒng)的套銑、打撈分2趟管柱完成，變?yōu)?趟管柱完成，提高工作效率;②實(shí)現(xiàn)套銑、打撈分階段地面控制，可控性強(qiáng)，安全性好;③不影響正常起下管柱和套銑作業(yè)，增加現(xiàn)場(chǎng)工作量很小;④可使同類(lèi)型大修作業(yè)修井周期縮短30%左右，費(fèi)用降低20%左右;⑤減輕現(xiàn)場(chǎng)工人勞動(dòng)強(qiáng)度;⑥工具可重復(fù)使用。

5 結(jié)論

(1)可控式套銑打撈一體化工具集套銑與打撈功能為一體，并對(duì)功能轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)行地面有效控制，確保施工安全，這既是該工具的技術(shù)創(chuàng)新之處，也是同類(lèi)技術(shù)首創(chuàng)。

(2)該工具具有結(jié)構(gòu)合理、性能可靠、安全性好、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。

(3)該工具研制成功，為解決長(zhǎng)井段砂卡、水泥卡傳統(tǒng)處理方法效率低下問(wèn)題，提供了安全、有效的技術(shù)手段。

［1］吳奇.井下作業(yè)大修技術(shù)交流會(huì)論文集［C］.北京:石油工業(yè)出版社，2009:118－123.

［2］吳奇.井下作業(yè)工程師手冊(cè)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2002:215－260.

［3］韓國(guó)慶.修井工程［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2005:134－146.

［4］宋德良，湯建華，等.采用套銑母錐實(shí)現(xiàn)套銑打撈一體化［J］.今日科苑，2008，12(14):46－47.

［5］管志川，夏焱，等.底部鉆具組合的參數(shù)設(shè)計(jì)及優(yōu)化方法［J］.石油鉆采工藝，2006，28(4):10－13.

［6］萬(wàn)仁溥，羅英俊.采油技術(shù)手冊(cè)(第5分冊(cè))［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1989:6－27，255－269.

［7］安東尼，埃斯波西托.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.何元庚編譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1986:6－117.

［8］陳達(dá)秀，吳京祥.普通螺紋量規(guī)［M］.西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1989:33－35.

Research and application of a controllable integrated tool for casing milling and fishing operation

ZHANG Cheng－jiang
(Jiangsu Oilfield Company，SINOPEC，Jiangdu，Jiangsu225265，China)

Pipe string stuck by sand or cement is a common downhole failure in the development process of oil and gas fields．Tradiional method to solve such problem is to respectively run in special casing－milling string and back－off fishing string，which has ery low operation efficiency．Therefore，a tactical combination of milling and back－off fishing tools has been designed based on the principle of injecting balls to pressurize and push piston，thus developed a controllable integrated tool for milling and fishing operaion，realized milling and fishing operations being implemented in one trip and controllable conversion from milling to fishing process．Field applications indicate that this tool is reasonable in structure，reliable in performance，practical and economical，proides a safe and effective means for solving the problem of low efficiency when using traditional method to remove stuck by sand or ement from long interval．This technology has won a national utility model patent by the patent number of No．201020100201.6．

back－off treatment;milling and fishing;integrated tool;field application

TE358

A

1006－6535(2011)04－0132－03

20110128;改回日期20110410

中石化江蘇油田分公司井下作業(yè)處科技攻關(guān)項(xiàng)目“套銑打撈一體化技術(shù)研究與應(yīng)用”(JX09－08)

張成江(1961－)，男，工程師，1981年畢業(yè)于江蘇石油學(xué)校鉆井專(zhuān)業(yè)，2000年畢業(yè)于南京經(jīng)濟(jì)學(xué)院企業(yè)管理專(zhuān)業(yè)(專(zhuān)科)，現(xiàn)從事井下作業(yè)工藝技術(shù)研究與應(yīng)用工作。

編輯 王 昱