新型活動式井下節(jié)流器的研制及應(yīng)用

胡 丹 侯治民 滕汶江 陳 勇

（1.中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川德陽 618000；2.華北油田公司采油二廠，河北霸州 065700）

截至2012年12月底，在川西氣田已實施51口井井下節(jié)流工藝試驗，其中定向井20口，直井25口，水平井6口。由于目前川西中淺層氣田絕大多數(shù)井后期都需進行多層壓裂施工，大規(guī)模的壓裂施工對固定式井下節(jié)流器的工作筒會造成嚴重沖蝕從而影響節(jié)流器坐封，因此大多數(shù)井采用活動式井下節(jié)流器［1-2］。2007—2008年，對 CX452井 和 MJ102井進行了兩次活動式井下節(jié)流器打撈作業(yè)，均未成功。打撈工具僅將打撈頸打撈出井，節(jié)流器打撈頸已與節(jié)流器本體脫落，打撈作業(yè)失敗。

通過對活動式井下節(jié)流器的結(jié)構(gòu)原理和現(xiàn)場打撈情況分析，認為主要存在以下兩方面的原因：（1）卡瓦結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。前期使用的活動式井下節(jié)流器固定卡瓦的卡瓦環(huán)采用金屬薄片進行焊接，由于卡瓦環(huán)焊接工藝較差或長期在井下腐蝕，導(dǎo)致焊點強度過低，在斜井中打撈時，卡瓦受力不均，卡瓦環(huán)就容易被拉斷，節(jié)流器打撈頸與節(jié)流器本體脫落，打撈工具僅將打撈頸打撈出井 。（2）膠筒系統(tǒng)打撈時無分離機構(gòu)。前期使用的節(jié)流器的膠筒系統(tǒng)未設(shè)計分離結(jié)構(gòu)，打撈時，膠筒與膠筒座之間，兩個膠筒之間無法脫離，打撈困難。為保障川西氣田低成本開發(fā)，同時為了井下節(jié)流技術(shù)更好地在川西氣田推廣應(yīng)用，研制了新型活動式井下節(jié)流器。

1 新型活動式井下節(jié)流器

1.1 結(jié)構(gòu)

新型活動式井下節(jié)流器結(jié)構(gòu)見圖1 。

圖1 新型活動式井下節(jié)流器示意圖

1.2 技術(shù)原理

活動式井下節(jié)流器的工作過程，主要分投放、坐封和打撈三個環(huán)節(jié)。

（1）投放：通過銷釘連接送放工具和節(jié)流器，送放工具的頂絲推動節(jié)流器中心桿給彈簧預(yù)壓力，然后依次連接震擊器、加重桿、鋼絲繩帽。通過絞車連接鋼絲將節(jié)流器下放至預(yù)定位置。

（2）坐封：節(jié)流器下放到預(yù)定位置后，緩慢上提鋼絲，卡瓦受摩擦力的作用坐掛在油管內(nèi)壁；反復(fù)上提下放鋼絲，震擊器向上震擊，剪斷銷釘，彈簧釋放能量，推動膠筒座上行壓縮膠筒，密封油管和節(jié)流器之間的空間。

（3）打撈：通過向下震擊，推動中心管下行，向下壓縮彈簧，膠筒座下行，膠筒回收；繼續(xù)往下震擊，卡瓦回收。

1.3 技術(shù)特點

（1）整體式卡瓦系統(tǒng)設(shè)計。針對前期卡瓦結(jié)構(gòu)問題，設(shè)計了新型整體式卡瓦系統(tǒng)，滿足了卡瓦在油管內(nèi)壁上的錨定，避免了應(yīng)用焊接薄片，從結(jié)構(gòu)上克服了打撈過程中卡瓦與錐體易脫落的問題，大幅提高了井下節(jié)流器的整體可靠性［3］。

（2）膠筒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。常用節(jié)流器膠筒結(jié)構(gòu)為活動式錐形雙膠筒， 打壓后膠筒錐體撐開膠筒密封油管，上提打撈時無法分開，導(dǎo)致打撈困難。為降低打撈難度，在滿足當前井況條件下簡化雙膠筒為單膠筒；為提高單膠筒的可靠性，膠筒密封端采用裙邊式設(shè)計提高密封接觸面積；為提高打撈可靠性，設(shè)計膠筒錐體復(fù)位機構(gòu)，打撈過程中打撈工具推動中心桿帶動膠筒錐體復(fù)位，強行將膠筒錐體與膠筒分開。

（3）彈簧系統(tǒng)整體優(yōu)化。針對川西氣田部分已投產(chǎn)井管柱內(nèi)徑不規(guī)范問題，為降低工具下入難度，綜合考慮承壓、加工及裝配等因素，進行了井下節(jié)流器結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化設(shè)計，進行了內(nèi)藏彈簧設(shè)計，將井下節(jié)流器長度從680 mm縮短為480 mm，外徑縮小為57 mm。

1.4 技術(shù)指標

（1）外徑：57 mm；

（2）內(nèi)徑：1.4～8 mm；

（3）長度：490 mm；

（4）節(jié)流壓差：≤ 50 MPa；

（5）適用油管外徑： 73 mm；

（6）適用油管內(nèi)通徑： ≥ 59 mm；

（7）工作溫度：≤100 ℃；

（8）工作介質(zhì)：油、氣、水混合液，不含H2S。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

在室內(nèi)及地面評價試驗成功的基礎(chǔ)上，開展了3井次入井評價及8井次現(xiàn)場應(yīng)用試驗、3井次現(xiàn)場打撈試驗。

2.1 入井功能性評價試驗

為評價新型井下節(jié)流器在不同井筒條件下的作業(yè)可靠性，在MP71井開展了下入、丟手及打撈可靠性評價（見表1）。試驗結(jié)果表明：新型井下節(jié)流器坐掛、丟手可靠，打撈成功率高。

表1 MP71井節(jié)流器試驗情況

2.2 生產(chǎn)應(yīng)用試驗

為評價新型活動式井下節(jié)流器在實際應(yīng)用中的工作可靠性，在XS2井、CX632井等8口井進行了生產(chǎn)應(yīng)用試驗（見表2），結(jié)果表明，節(jié)流器下入順利，下入后油壓顯著降低，產(chǎn)量穩(wěn)定。

2.3 生產(chǎn)打撈試驗

新型活動式井下節(jié)流器共進行3井次生產(chǎn)打撈試驗（見表3），打撈順利。XS21-29HF井在前期生產(chǎn)過程中出砂嚴重，多次損壞地面油嘴，同時該井壓力、產(chǎn)量均屬目前下入井下節(jié)流器的生產(chǎn)井較高者，在壓差10 MPa、產(chǎn)量9×104m3/d、節(jié)流器卡瓦系統(tǒng)損壞嚴重的情況下節(jié)流器順利打撈，說明新型活動式井下節(jié)流器打撈可靠性高。

表2 新型井下節(jié)流器生產(chǎn)應(yīng)用試驗情況

表3 新型井下節(jié)流器打撈試驗情況

CX632井為新型活動式井下節(jié)流器最早生產(chǎn)現(xiàn)場試驗井。該井從2012年12月下入節(jié)流器至今已有7個月，生產(chǎn)情況穩(wěn)定，產(chǎn)量下降緩慢，說明下入節(jié)流器對保護氣井生產(chǎn)起到良好效果。該井節(jié)流器順利打撈成功，打撈出來的節(jié)流器外觀完好、油嘴無沖蝕、膠筒無損壞（見圖2），表明新型活動式井下節(jié)流器現(xiàn)場應(yīng)用良好。

圖2 CX632井節(jié)流器打撈出井圖

3 結(jié)論

（1）新型活動式井下節(jié)流器工具長度短、外徑小，丟手順利，高低壓密封可靠，節(jié)流效果好。

（2）采用整體式卡瓦系統(tǒng)、帶膠筒復(fù)位功能的活動式井下節(jié)流器解決了現(xiàn)場打撈困難的問題，打撈可靠性高。

［1］ 喻成剛，張華禮，鄧友超.新型井下節(jié)流器研制及應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2008，31（4）：91-93.

［2］ 佘朝毅.井下節(jié)流工藝技術(shù)在氣田開發(fā)中的應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2003，26（SO）：52-56.

［3］ 曾中強，王春生，譚刻明.井下節(jié)流技術(shù)應(yīng)用［J］.油氣井測試，2007，16（S0）：78-80.