埕島海上油田分層注水井電動(dòng)通井打撈技術(shù)改進(jìn)及應(yīng)用

李　敢（勝利油田采油工藝研究院，山東東營(yíng)　257000）

埕島海上油田分層注水井電動(dòng)通井打撈技術(shù)改進(jìn)及應(yīng)用

李敢
（勝利油田采油工藝研究院，山東東營(yíng)257000）

針對(duì)井下注水管柱腐蝕結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)遇阻、遇卡和儀器落井等問(wèn)題，研制了電動(dòng)刮垢通井和打撈技術(shù)，該技術(shù)集機(jī)電一體化于一體，通過(guò)測(cè)井電纜直接控制電動(dòng)刮垢或打撈儀下井對(duì)井壁進(jìn)行刮垢清潔或?qū)β渚畠x器進(jìn)行打撈，具有刮垢扭矩大、作業(yè)效率高、打撈覆蓋率大等特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用4口井，施工成功率100%，取得了良好的應(yīng)用效果，推動(dòng)了海上分層注水技術(shù)的發(fā)展，為油田的穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)提供了一種技術(shù)手段。

通井打撈技術(shù)；電動(dòng)；分層注水井；海上油田

埕島海上油田包括埕島和新北兩個(gè)油田，目前處于中高含水開(kāi)發(fā)階段，可采儲(chǔ)量采出程度64.5%，綜合含水70.2%［1］。隨著注水井生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，井下管柱腐蝕結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)遇阻、遇卡和儀器落井等問(wèn)題［2］。目前油田采用的通井工作方式為被動(dòng)沖擊式，主要是利用刮刀的沖擊力清除井壁結(jié)垢等硬性物質(zhì)，利用鋼絲刷清除井內(nèi)比較松軟的油污或聚合物，實(shí)現(xiàn)對(duì)井壁結(jié)垢的刮除。該方式通井成功率偏低，而且受配水器內(nèi)徑的限制，只能依靠增加通井規(guī)質(zhì)量和改進(jìn)儀器結(jié)構(gòu)來(lái)提高通井成功率，通井過(guò)程中易造成垢污的堆積，存在一定的局限性，而且該通井方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)密閉通井，對(duì)溢流大的遇阻井無(wú)法進(jìn)行通井。鑒于常規(guī)通井工藝存在的問(wèn)題，為進(jìn)一步提高通井工藝施工的成功率，減少作業(yè)井?dāng)?shù)，在常規(guī)電動(dòng)刮垢通井技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了鉆進(jìn)式電動(dòng)通井裝置。

1　鉆進(jìn)式電動(dòng)通井裝置

1.1結(jié)構(gòu)

該裝置主要由電纜繩帽、扶正器、主防旋器、偏心凸輪軸、直流電機(jī)及減速器、電機(jī)護(hù)筒、鉆進(jìn)鉆頭組成（圖1）。旋轉(zhuǎn)馬籠頭與電纜連接，內(nèi)部有可以轉(zhuǎn)動(dòng)密封塞，防止電纜打扭；扶正器不僅起到扶正的作用，而且能夠輔助定卡主體；主防旋器、偏心凸輪軸是定卡的主要部分，固定主體部分防止轉(zhuǎn)動(dòng)；直流電機(jī)及減速器是驅(qū)動(dòng)鉆進(jìn)鉆頭的動(dòng)力來(lái)源；電機(jī)護(hù)筒固定電機(jī)和保護(hù)電機(jī)，鉆進(jìn)鉆頭清除井壁結(jié)硬垢和比較松軟的油污、管銹或聚合物。

圖1　井下鉆進(jìn)式電動(dòng)刮垢通井裝置

1.1.1扶正卡定裝置

鉆進(jìn)鉆頭旋轉(zhuǎn)刮垢時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反作用力，鉆進(jìn)式通井裝置主體部分就會(huì)反向旋轉(zhuǎn)，鉆進(jìn)鉆頭無(wú)法鉆進(jìn)，主體部分必須卡在油管上，鉆進(jìn)鉆頭才能順利鉆進(jìn)。

扶正卡定裝置的作用是鉆進(jìn)鉆頭遇到硬垢時(shí)有效防止主體部分的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)鉆進(jìn)鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)對(duì)電機(jī)護(hù)筒產(chǎn)生反向作用力，電機(jī)護(hù)筒與偏心凸輪軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)凸輪將鋼球擠向兩邊，鋼球迫使防旋臂撐開(kāi)，導(dǎo)向輪靠在油管壁上（圖2、圖3）。防旋臂撐開(kāi)時(shí)導(dǎo)向輪外沿最大直徑68 mm。偏心凸輪軸正常情況下，在扭簧的作用下處于關(guān)閉狀態(tài)；偏心凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)撐開(kāi)，導(dǎo)向輪靠在油管壁上，鉆進(jìn)鉆頭產(chǎn)生的反作用力越大，導(dǎo)向輪靠在油管壁上力越大，能有效防止主體部分的轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖2　扶正定卡裝置工作示意圖

圖3　扶正定卡裝置

1.1.2鉆進(jìn)鉆頭

鉆進(jìn)鉆頭是清除井壁結(jié)硬垢和比較松軟的油污、管銹或聚合物的器具。必須滿(mǎn)足以下要求：強(qiáng)度高、耐磨，具備鉆頭鉆進(jìn)的功能和排垢能力。根據(jù)以上條件，鉆進(jìn)鉆頭設(shè)計(jì)為螺旋式，前端鉆唇角為30°，采用硬質(zhì)合金材料（圖4）。

圖4　鉆進(jìn)式刮刀

1.1.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

由原來(lái)的37 W直流電機(jī)更換為52 W直流電機(jī)，功率提高接近一倍，外徑34 mm，轉(zhuǎn)速6 000 r/s。減速器四級(jí)減速，外徑37 mm，減速比240∶1，將電機(jī)輸出小扭力通過(guò)減速器增大，同時(shí)將扭矩增力器傳導(dǎo)絲杠由原來(lái)的普通絲杠更換為滾珠絲杠，提高了扭矩傳遞效率，轉(zhuǎn)速更加平穩(wěn)。

1.1.4地面控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要由電源部分、電流電壓顯示、信號(hào)處理電路、單片機(jī)系統(tǒng)等部分組成。選擇精度相對(duì)較高的電子控制系統(tǒng)，通過(guò)電纜將地面信號(hào)順利傳輸?shù)骄?，控制井下鉆頭的工作時(shí)間、轉(zhuǎn)速和卡定裝置的自如收放（圖5）。

圖5　控制系統(tǒng)的原理框圖

地面供電儀器輸出的電壓、電流輸出范圍寬、調(diào)整方便，在一固定電壓值上穩(wěn)定。電壓輸出有正反向選擇。

1.2工作原理

電動(dòng)通井裝置的鉆頭下至遇阻位置后，由地面供電箱通過(guò)電纜給鉆進(jìn)通井裝置的直流電機(jī)供電，直流電機(jī)帶動(dòng)鉆進(jìn)鉆頭旋轉(zhuǎn)，刮削油管壁上的硬性物質(zhì)及比較松軟的油污或聚合物；如果鉆進(jìn)鉆頭能夠順利刮削，鉆進(jìn)通井裝置的主體部分必須卡在油管上不動(dòng)，否則，鉆進(jìn)鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)的反作用力，將會(huì)造成鉆進(jìn)式通井裝置的主體部分旋轉(zhuǎn)，利用扶正器、主防旋臂的卡定作用，即偏心凸輪、鋼球、主防旋臂和鉆進(jìn)鉆頭旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反作用力，主防旋臂撐開(kāi)導(dǎo)向輪卡在油管內(nèi)壁上，鉆進(jìn)通井裝置主體部分不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，與鉆進(jìn)通井裝置連接的上部電纜不會(huì)打扭，鉆頭也能夠順利旋轉(zhuǎn)，利用旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的力量，將井壁上頑固的油污和結(jié)垢進(jìn)行鉆削和刮除。

1.3技術(shù)指標(biāo)

井下儀器技術(shù)指標(biāo)：儀器外徑43 mm；供電電壓120 V；供電電流0.3～0.9 A；輸出轉(zhuǎn)速25 r/min；輸出扭矩25 N·m。

地面供電儀器技術(shù)參數(shù)：輸入電壓0～220 V，60 Hz；輸出電壓0～400 V可調(diào)；輸出電流0～5 A；輸出電壓正反向可調(diào)。

2　電動(dòng)打撈器

2.1結(jié)構(gòu)及工作原理

電動(dòng)打撈器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。當(dāng)電動(dòng)打撈器通過(guò)鎧裝鋼絲電纜從井口下到井下落物之前，先啟動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，減速器將微電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)減速為低速旋轉(zhuǎn)，增加扭力，減速器轉(zhuǎn)出軸帶動(dòng)扭力套筒、絲杠旋轉(zhuǎn)，通過(guò)絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，變?yōu)檫B接器的上下運(yùn)動(dòng)，連接套帶動(dòng)撐桿上下運(yùn)動(dòng)，由于撐桿上帶有斜面，通過(guò)斜面迫使打撈卡爪的收縮與張開(kāi)。下井時(shí)一般先將打撈卡爪收縮，卡爪在張開(kāi)時(shí)靠壓簧頂開(kāi)，當(dāng)需要收縮時(shí)需用電機(jī)帶動(dòng)，并抓緊被撈物體。打撈時(shí)先將電機(jī)反轉(zhuǎn)，使之卡爪張開(kāi)，使打撈頭的圓形面積增大，有利于一次打撈成功。當(dāng)繼續(xù)下放打撈器到被打撈物體時(shí)，收攏打撈爪，即可將被打撈物抓住，通過(guò)地面觀查電機(jī)電流的變化，便可知道被打撈物是否被撈住。

圖6　井下電動(dòng)打撈器結(jié)構(gòu)示意圖

2.2技術(shù)特點(diǎn)

（1）下井直徑小，打撈時(shí)可變大打撈面積，具有很高的成功率；

（2）通過(guò)供電電流的變化，可判斷是否打撈成功；

（3）如果打撈住被打撈物體時(shí)，遇卡嚴(yán)重時(shí)，可通過(guò)電機(jī)反轉(zhuǎn)釋放被打撈物，避免造成電纜被拉斷事故；

（4）直讀可觀，提高了工作效率，減少事故；

（5）操作簡(jiǎn)單方便。

2.3技術(shù)參數(shù)

最大外徑40 mm；最大打撈可變外徑52 mm；最大可撈拉力20 kN；安全銷(xiāo)剪斷力18000 N。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2013年埕島海上油田共完成測(cè)試調(diào)配施工42井次，其中4井次測(cè)調(diào)不成功，3口井因油管內(nèi)結(jié)垢儀器下不到位，因此在洗井船配合井下電動(dòng)刮垢通井后，成功完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)調(diào)，1口井因儀器遇卡斷脫落井，利用井下電動(dòng)式打撈器成功打撈井下儀器。

4　結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)電動(dòng)通井及打撈工藝的改進(jìn)和完善，解決了大部分測(cè)試儀器遇卡落井等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了通井和打撈技術(shù)的自動(dòng)化作業(yè)程度，降低了作業(yè)工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了作業(yè)費(fèi)用和時(shí)間，同時(shí)也減少了因放壓、作業(yè)對(duì)油層和環(huán)境的污染。

（2）電動(dòng)通井及打撈技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得良好的應(yīng)用效果，推動(dòng)了海上分層注水技術(shù)的發(fā)展，為油田的穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)提供了一種技術(shù)手段。

［1］王增林，辛林濤，崔玉海，等.埕島淺海油田注水管柱及配套工藝技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2001，23（3）：64-67.

［2］王花枝.注水井通井工藝技術(shù)應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2011，21（9）：109.

［3］孫德榮，謝生泉，楊萬(wàn)峰，等. 注水井通井打撈工藝在孤東油田的應(yīng)用［J］.油氣井測(cè)試，2001，5（4）：43-44.

（修改稿收到日期2014-12-15）

〔編輯景暖〕

Improvement and application of electric drifting and fishing technique in separate layer water injection wells of Chengdao Offshore Oilfield

LI Gan
（Research Institute of Oil Production Technology of Shengli Oilfield Company, SINOPEC, Dongying 257000, China）

In view of severe corrosion and scale-building in downhole water injection pipe string, which leads to tight hole, stuck pipe and instrument lost in hole during logging, the electric scale-scraping drifting and fishing technique was developed, which integrates mechanical and electrical instruments, and directly controls the electric scraper and fishing tools to scrape the wellbore or fish the lost instrument through logging wireline; it is characterized by large scraping torque, high operation efficiency and large fishing coverage. It has been used in four wells at site with a success rate of 100%. It works effectively, has promoted the development of separate layer water injection technology in offshore wells and provides a technical means for steady production and increase in production of offshore oilfields.

drifting and fishing technique; electric; separate layer water injection well; offshore oilfield

TE935

B

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0079 – 03

10.13639/j.odpt.2015.02.021

勝利油田公司科技項(xiàng)目“海上注水井一體化測(cè)調(diào)技術(shù)研究”（編號(hào)：YKC0905）。

李敢，1964年生。2000年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）化工設(shè)備與機(jī)械專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事修井與完井技術(shù)研究工作。電話(huà):0546-8778564。E-mail：ligan372.slyt@sinopec.com。

引用格式：李敢.埕島海上油田分層注水井電動(dòng)通井打撈技術(shù)改進(jìn)及應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2015，37（2）：79-81.