連續(xù)油管接箍定位器的研制與應(yīng)用

艾白布·阿不力米提，王建磊，劉　江，麥爾耶姆古麗·安外爾，吳光勇，趙　簽，吳警宇，侯啟太，王新盟

（新疆油田公司，新疆克拉瑪依8340002）

連續(xù)油管接箍定位器的研制與應(yīng)用

艾白布·阿不力米提，王建磊，劉江，麥爾耶姆古麗·安外爾，吳光勇，趙簽，吳警宇，侯啟太，王新盟

（新疆油田公司，新疆克拉瑪依8340002）

隨著連續(xù)油管作業(yè)機的發(fā)展，連續(xù)油管拖動噴砂射孔環(huán)空壓裂工藝已經(jīng)在現(xiàn)場施工中獲得成功。由于井下工藝管柱及地面工藝流程等原因，該技術(shù)在國內(nèi)沒能實現(xiàn)大范圍的推廣應(yīng)用。對目的層的高精度定點噴砂射孔要求，在一定程度上制約了該工藝的大范圍推廣應(yīng)用。為了解決上述問題，研制了一套用于連續(xù)油管的無線套管接箍定位器。該接箍定位器采用模塊化設(shè)計，維修及通用性強。通過接箍定位器過套管接箍時產(chǎn)生的懸重變化能夠精確判斷工藝管柱在井內(nèi)的實際位置。通過實際入井試驗及現(xiàn)場應(yīng)用，證明該接箍定位器能夠滿足施工要求。

連續(xù)油管；接箍定位器；噴砂射孔壓裂

隨著我國石油天然氣勘探開發(fā)逐漸向非常規(guī)油氣藏深入，提高單井油氣產(chǎn)量成為開發(fā)的首要目標(biāo)。多級壓力技術(shù)作為一種有針對性的壓力技術(shù)成為致密砂巖油氣藏、頁巖油氣藏等非常規(guī)油氣藏增產(chǎn)的有效手段。目前，國內(nèi)外較新的分段壓裂工藝有裸眼封隔器分段壓裂、連續(xù)油管噴砂射孔多層環(huán)空加沙壓裂、不動管柱水力噴射分段壓裂、連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空填砂壓裂及電纜橋塞分段壓裂等［13］。

連續(xù)油管噴砂射孔多層環(huán)空加砂壓裂技術(shù)是定點水力噴砂射孔、環(huán)空加砂壓裂、機械封隔一體化的新型油氣藏增產(chǎn)措施，適用于多種完井方式的油氣井增產(chǎn)，施工周期短，安全可靠，作業(yè)成本低，是目前有效改造儲層、提高單井產(chǎn)量的有效措施。與常規(guī)壓裂技術(shù)相比，連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空多層壓裂工藝技術(shù)通過套管接箍定位器準(zhǔn)確定位，提高儲層改造的準(zhǔn)確度和有效率，對水平井分段壓裂和直井多層定點分段壓裂有著廣泛的應(yīng)用前景［45］。

1　結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1總體結(jié)構(gòu)

圖1為連續(xù)油管接箍定位器結(jié)構(gòu)示意圖。接箍定位器外筒外圍均勻設(shè)計有6個凹槽，用來安裝定位器卡瓦和壓縮彈簧片。定位器外筒兩端設(shè)計有螺紋用來安裝定位器上下蓋。將安裝好的外筒、卡瓦、壓縮彈簧片和上下蓋從內(nèi)筒上端插入，再安裝接箍。

圖1　連續(xù)油管接箍定位器結(jié)構(gòu)

1.2定位器卡瓦

接箍定位器的卡瓦結(jié)構(gòu)如圖2所示，定位器卡瓦是整個定位器中最為關(guān)鍵的零部件。定位器卡瓦上部設(shè)計有凸面，為了定位器入井狀態(tài)不產(chǎn)生較大的阻力，凸面前端斜面與上平面之間的角度大于凸面后端斜面的夾角。

圖2　定位器卡瓦結(jié)構(gòu)

1.3主要技術(shù)指標(biāo)

定位器總長467 mm；自由外徑130 mm；剛體外徑110 mm；內(nèi)通徑40 mm。

1.4工作原理

接箍定位器在井筒內(nèi)的實際狀態(tài)如圖3所示，井筒內(nèi)卡瓦在井筒內(nèi)壁反力的作用下壓縮彈簧片處于縮緊狀態(tài)下。為了定位器在入井時不與套管接箍之間產(chǎn)生較大的阻力，與凸面夾角較小的斜面朝下方。在上提管柱進行校深作業(yè)時，當(dāng)定位器卡瓦上提至套管接箍變徑處時，在壓縮彈簧片的作用下，卡瓦凸面上端被推入變徑處，這時卡瓦凸面上端套管下端面接觸，產(chǎn)生約為25～30 k N的阻力，這時通過顯示表盤準(zhǔn)確判斷定位器卡瓦過套管接箍時的懸重變化，再根據(jù)完井時的套管接箍數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確判斷接箍定位器在井內(nèi)的實際位置。

圖3　接箍定位器工作示意

2　受力分析

設(shè)計接箍定位器卡瓦和壓縮彈簧片是整個設(shè)計工作中最為關(guān)鍵步驟。卡瓦凸面的夾角角度和壓縮彈簧片的設(shè)計直接影響定位器工作性能，通過工程計算方法對定位器卡瓦進行了受力分析。

2.1定位器卡瓦受力分析

定位器在井筒內(nèi)受力情況如圖4～5所示。

圖4　定位器受力示意

圖5　定位塊靜態(tài)時受力分析

圖4～5中：Fl為管柱上提力，F(xiàn)l=30 k N；Ft為壓縮彈簧彈力，N；f為卡瓦斜面與套管接箍的摩擦力，N；FN為套管接箍縫隙給予的支持力，N。

2.2彈簧力計算

通過定位器處于靜止?fàn)顟B(tài)及卡瓦還沒有開始移動狀態(tài)時的受力分析可得：

由式（1）可求得

式中：α為卡瓦前端與凸面之間的夾角。

當(dāng)α=50°時，μ=0.643。

通過定位器開始上移及卡瓦與套管接箍之間產(chǎn)生摩擦?xí)r的受力分析可得：

式中：Fl=30 k N；μ=0.643。

求得：Ft=3 760 N

接箍定位器共有6個定位塊，所以每個定位塊所受彈力F：

通過受力分析可知，接箍定位器卡瓦斜面角度和彈簧片的壓縮系數(shù)對上提力的影響很大。合理設(shè)計定位器卡瓦可提高定位器的工作性能。

3　現(xiàn)場應(yīng)用

接箍定位器于2014年秋季進行了組裝調(diào)試。并于201411在新疆油田進行了現(xiàn)場試驗及應(yīng)用。圖6為定位器使用情況，根據(jù)定位器的入井試驗數(shù)據(jù)分析，定位器的各項性能指標(biāo)滿足現(xiàn)場施工條件。圖7所示為定位器探接箍現(xiàn)狀變化曲線，定位器在過每一個套管接箍時懸重有明顯的變化，在施工過程中可以通過懸重的變化和井身完井套管數(shù)據(jù)表，準(zhǔn)確判斷定位器在井內(nèi)的實際位置，從而實現(xiàn)準(zhǔn)確定位的目的。

圖6　定位器現(xiàn)場入井情況

圖7　定位器探接箍懸重變化曲線

4　結(jié)論

1） 采用模塊化設(shè)計方法設(shè)計了一套油氣井套管接箍定位，安裝簡單，后期維修保養(yǎng)方便。

2） 該接箍定位器可用于連續(xù)油管需要定位的各項工藝中。

3） 對定位器卡瓦進行了工程力學(xué)分析，為定位器的設(shè)計提供了依據(jù)。

［1］寧，鄒剛，蔣友誼，等.連續(xù)管噴砂射孔分段壓裂工具的研究與應(yīng)用［J］.石油機械，2012（11）：94-98.

［2］蘇新亮，李根生，沈忠厚，等.連續(xù)油管鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用進展［J］.天然氣工業(yè)，2008（8）：55-57.

［3］田守贈，李根生，黃中偉，等.連續(xù)油管水力噴射壓裂技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2008（8）：61-63.

［4］任國富，姜勇，桂捷，等.液壓式連續(xù)油管定位器研制［J］.石油礦場機械，2013，42（8）：52-54.

［5］伊西鋒，李玉寶，李明，等.勝利油田管內(nèi)分段壓裂技術(shù)及應(yīng)用［J］.石油礦場機械，2015，44（4）：86-90.

Development and Application of Coiled Tubing Coupling Locator

Aibaibu·Abulimiti，WANG Jianlei，LIU Jiang，Maieryemuguli·Anwaier，WU Guangyong，ZHAO Qian，WU Jingyu，HOU Qitai，WANG Xinmeng
（PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay 834000，China）

With the development of the coiled tubing operation machine，the coiled tubing drag abrasive perforating and annulus fracturing technique was used successfully in fields.Because of the disadvantages of downhole tools and ground process，the technology can not achieve a widerange popularization and application in the domestic.High accuracy requirements of drag abrasive perforating of target layer restricted the large scale promotion application of the technology.Thus，a set of wireless coupling locator used in coiled tubing drag abrasive perforation of multistage fracturing was designed.It was modular designed，easilyrepaired，and for general purpose.According to suspending weight change generated when the coupling locator go through the casing coupling can accurately judge the actual location of the downhole tool within the well.The well test and field application showed that the coupling locator can meet the construction requirements.

coiled tubing；coupling locator；abrasive perforating fracturing

TE931.207

B

10.3969／j.issn.10013482.2015.11.020

1001-3482（2015）11-0079-03

2015-03-30

艾白布·阿不力米提（1984），男，維吾爾族，新疆托克遜人，碩士，主要從事井下工具的研究，E-mial：aibaibu163.com。