油水井測(cè)卡點(diǎn)技術(shù)研究與應(yīng)用

冉津津，李長(zhǎng)健，唐義祥

李亞?wèn)|，廖桃，吉翔 （中石化河南油田井下作業(yè)公司，河南 南陽(yáng) 474780）

油水井在完井、生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)發(fā)生管柱被卡無(wú)法取出的情況，例如砂卡、落物卡、井下工具失效等。為了使油水井迅速恢復(fù)生產(chǎn)，降低修井時(shí)間，需要對(duì)井下卡點(diǎn)深度和卡阻情況進(jìn)行判斷。

測(cè)卡點(diǎn)的方法主要有兩種：一種是使用測(cè)卡儀，這種方法對(duì)管柱內(nèi)空間條件要求較高，易發(fā)生二次事故，而且費(fèi)用較高，不宜廣泛使用。另一種方法是公式法，即拉伸法，卡點(diǎn)深度通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)獲得管柱伸長(zhǎng)量后利用公式計(jì)算而得。公式法測(cè)卡點(diǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)，但由于影響因素較多，往往造成卡點(diǎn)深度測(cè)不準(zhǔn)的情況。為此，將影響測(cè)卡點(diǎn)的各因素考慮在內(nèi)，對(duì)拉伸法測(cè)卡點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行研究是很有必要的。

1 拉伸法測(cè)卡點(diǎn)計(jì)算公式

在材料力學(xué)中虎克定律測(cè)伸長(zhǎng)量公式［1］如下：

式中：λ為材料的彈性伸長(zhǎng)量，cm；F為拉力，kN；L為管柱長(zhǎng)度，m；E為管柱的彈性模量，GPa；A為管柱的橫截面積，cm2。

以式（1）為基礎(chǔ)，可對(duì)拉伸法測(cè)卡點(diǎn)計(jì)算公式［2］進(jìn)行推導(dǎo)。

若原井管柱單一，推導(dǎo)結(jié)果為：

式中：H為卡點(diǎn)深度，m；Δλ為管柱伸長(zhǎng)量增量，cm；ΔF為拉力增量，kN。

兩段管柱推導(dǎo)結(jié)果為：

式中：Lu為上段管柱長(zhǎng)度，m；LL為下段管柱在卡點(diǎn)以上部分長(zhǎng)度，m；Au、AL為上、下段管柱的橫截面積，cm2。

2 影響因素處理方法研究

影響卡點(diǎn)測(cè)量的因素是多方面的，主要包括管柱接頭、材料和摩阻因素。井況不同，影響因素的主次也不同，直井的井斜和摩擦小，影響因素由接頭、材料和摩阻共同作用；而斜井的影響因素主要是摩阻。

由式 （2）、（3）得，卡點(diǎn)深度H與E、A和Δλ成正比關(guān)系。E和A屬于材料因素，管柱受腐蝕和長(zhǎng)期拉伸可導(dǎo)致E和A變??；井斜和摩擦屬于摩阻因素，主要使Δλ變?。还苤慕宇^相當(dāng)于加厚了管柱，也會(huì)使Δλ變小。綜合接頭、材料和摩阻因素可知，使用式（2）、（3）所得的計(jì)算值會(huì)小于真實(shí)值。

2.1 直井影響因素處理方法

對(duì)于直井，管柱的接頭、材料和摩阻因素對(duì)卡點(diǎn)測(cè)量的影響都很小，單獨(dú)處理難度大，所以可用一個(gè)接頭、材料和摩阻共同影響系數(shù)a來(lái)綜合處理，a值可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)得。加入系數(shù)a后的修正公式如下：

對(duì)單一管柱，先后在雙H6－127井和雙H6－137井進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，為舉例說(shuō)明，選擇了2組測(cè)量數(shù)據(jù) （表1）進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 單一管柱現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得數(shù)據(jù)

表2 單一管柱卡點(diǎn)計(jì)算所需參數(shù)及計(jì)算結(jié)果

表3 系數(shù)a計(jì)算值 （單一管柱）

雙H6－127井大修施工證實(shí)在2076～2084m井段套管破裂變形，第2個(gè)封隔器 （2087m）在起管時(shí)上行3m后卡在了套損段，卡點(diǎn)真實(shí)深度為2084m。雙H6－137井大修施工證實(shí)油管結(jié)垢將第1個(gè)封隔器（2087.7m）埋住造成封隔器卡，卡點(diǎn)真實(shí)深度為2087.7m。

表2中卡點(diǎn)深度值H和H′是通過(guò)式（2）計(jì)算而得，對(duì)比真實(shí)深度可計(jì)算出系數(shù)a的值，計(jì)算值如表3所示。

由表3，a值取平均值后得單一管柱的系數(shù)a＝1.065，因此可得單一管柱測(cè)卡點(diǎn)的修正公式：

對(duì)兩段管柱，先后在雙S2203井和下T5－604井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，數(shù)據(jù)和計(jì)算值分別如表4和表5所示。

表4 兩段管柱現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得數(shù)據(jù)

表5 兩段管柱卡點(diǎn)計(jì)算所需參數(shù)及計(jì)算結(jié)果

表6 系數(shù)a計(jì)算值 （兩段管柱）

雙S2203井大修施工證實(shí)油管結(jié)垢將第1個(gè)封隔器 （1461.1m）埋住造成封隔器卡，卡點(diǎn)真實(shí)深度為1461.1m。下T5－604井大修施工證實(shí)油層返吐物將第1個(gè)封隔器 （1449m）埋住造成封隔器卡，卡點(diǎn)真實(shí)深度為1449m。

表5中卡點(diǎn)深度值是通過(guò)式 （3）計(jì)算而得，對(duì)比真實(shí)深度可計(jì)算出系數(shù)a的值，計(jì)算值如表6所示。

由表6，a值取平均值后得兩段管柱的系數(shù)a＝1.04，因此可得兩段管柱測(cè)卡點(diǎn)的修正公式：

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)對(duì)卡點(diǎn)的測(cè)量過(guò)程進(jìn)行規(guī)范是很有必要的，注意事項(xiàng)如下：①對(duì)指重計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)，使指重計(jì)的精度達(dá)到要求，讀數(shù)時(shí)要規(guī)范。②上提拉力必須大于管柱自重，但要小于管柱彈性極限載荷。③上提速度要慢，測(cè)量時(shí)要?jiǎng)x死剎車不能溜鉆。④每次上提的增量ΔF要盡量相同，不僅可以判斷Δλ是否有效（ΔF相同，Δλ也應(yīng)相同），而且使每次測(cè)量時(shí)摩阻相對(duì)穩(wěn)定。⑤不能為了使每次的ΔF相同而下放管柱，這樣會(huì)導(dǎo)致摩阻方向和大小發(fā)生變化。⑥ΔF應(yīng)盡可能大些，相應(yīng)的Δλ也會(huì)更大有利于現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)確量取，但不能超過(guò)管柱的彈性極限載荷。⑦盡可能多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，取平均值來(lái)減小誤差。

2.2 斜井影響因素處理方法

斜井的摩阻對(duì)卡點(diǎn)測(cè)量的影響較大，而且不同斜井摩阻差別也較大。研究摩阻性質(zhì)及測(cè)卡點(diǎn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，假設(shè)上提、下放管柱時(shí)摩阻大小相同，可通過(guò)以下方法處理摩阻問(wèn)題：①緩慢上提管柱至拉力為F1，并作標(biāo)記為點(diǎn)A。②繼續(xù)緩慢上提至F2，并作標(biāo)記為點(diǎn)B。③繼續(xù)緩慢上提至適當(dāng)拉力F3后穩(wěn)定。④緩慢下放管柱至標(biāo)記點(diǎn)B處，并準(zhǔn)確讀取指重計(jì)讀數(shù)F2′。如圖1所示。

設(shè)摩阻大小為p，管柱所受拉力為F，由于上提和下放均至點(diǎn)B處Δλ（Δλ＝AB）不變，所以上提、下放時(shí)管柱所受的拉力均為F。

上提時(shí)有：

下放時(shí)有：

式（8）和式（9）相加得：

以上方法是通過(guò)固定Δλ，將p考慮到ΔF中處理摩阻問(wèn)題的。同理，也可以固定ΔF，將摩阻p考慮到Δλ中，方法如下：①緩慢上提拉力至F1，并作標(biāo)記為點(diǎn)A。②繼續(xù)緩慢上提至F2，并作標(biāo)記為點(diǎn)B。③繼續(xù)

所以存在摩阻時(shí)的ΔF值應(yīng)為：緩慢上提至F3后穩(wěn)定，且要求F3－F2＝F2－F1，并作標(biāo)記為點(diǎn)C，如圖1（b）所示。此過(guò)程p的大小和方向不變，所以AB＝BC。④緩慢下放管柱至指重計(jì)讀數(shù)為F2時(shí)停止，并作標(biāo)記為點(diǎn)D，如圖1（c）所示。

假設(shè)沒(méi)有摩阻p時(shí)，以上 ①、②、③ 步的標(biāo)記為點(diǎn)A0、B0、C0，如圖1（a）所示，有A0B0＝B0C0。由于上提、下放p大小不變，有摩阻時(shí)每上提一個(gè)ΔF，伸長(zhǎng)量就減少一個(gè)Δλ′，即圖1（a）、（b）中AA0＝2Δλ′，BB0＝Δλ′，所以下放p反向后，每下放一個(gè)ΔF，伸長(zhǎng)量將再減少一個(gè)Δλ′，即圖1（c）中BD＝Δλ′，由幾何關(guān)系得圖1（c）中A點(diǎn)與圖1（a）中B0點(diǎn)同高，即AD＝B0C0。

此時(shí)可量取沒(méi)有摩阻影響時(shí)的Δλ值應(yīng)為：

使用以上兩種方法處理摩阻問(wèn)題時(shí)，均假設(shè)上提、下放時(shí)的摩阻p大小相等為前提進(jìn)行研究的。雖實(shí)際油水井管柱上提、下放的摩阻不同，但大多數(shù)情況下差異非常小，該方法用于處理摩阻問(wèn)題是可行的。

圖1 伸長(zhǎng)量幾何關(guān)系圖

3 應(yīng)用

王67井套壓突然上升，并返出地層水泥漿，作業(yè)起管柱時(shí)遇卡，分析套管破損，測(cè)卡點(diǎn)數(shù)據(jù)和計(jì)算值 （使用式 （6）計(jì)算卡點(diǎn)深度）分別如表7所示。

表7 王67井測(cè)卡點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)取得數(shù)據(jù)、計(jì)算參數(shù)和結(jié)果

由卡點(diǎn)計(jì)算值判斷在1123.45m附近套管破裂變形導(dǎo)致管柱遇卡。經(jīng)大修施工證實(shí)在1103.6m處套管變形縮徑，套損段在1103.6m及以下，這和卡點(diǎn)測(cè)量值相符合。

4 結(jié)論

1）通過(guò)推導(dǎo)獲得了拉伸法測(cè)卡點(diǎn)深度的計(jì)算公式。

2）對(duì)直井，將測(cè)卡點(diǎn)的影響因素使用修正系數(shù)進(jìn)行處理，獲得了拉伸法測(cè)卡點(diǎn)深度的修正公式，提高了直井卡點(diǎn)的測(cè)量準(zhǔn)確度。

3）對(duì)斜井的主要影響因素是摩阻，研究了處理摩阻的方法，提高了斜井卡點(diǎn)的測(cè)量準(zhǔn)確度。

4）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明該技術(shù)提高了卡點(diǎn)測(cè)量的準(zhǔn)確度，能為井下情況的判斷提供可靠依據(jù)。

［1］陳昭怡，吳桂英 .材料力學(xué) ［M］.北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2005.

［2］劉琮潔，周祥易，張燕，等 .管柱卡點(diǎn)計(jì)算公式及應(yīng)用 ［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，23（4）：74～76.

［編輯］ 蕭雨