在S22水平井解封R封隔器的實(shí)踐

鄭明學(xué)　羅　冰　韋海濤（中國石化國際勘探開發(fā)有限公司，北京　100083）

在S22水平井解封R封隔器的實(shí)踐

鄭明學(xué)羅冰韋海濤
（中國石化國際勘探開發(fā)有限公司，北京100083）

針對R封隔器在伊朗Y油田S22水平井中的使用情況及解封時遇到的困難，分析了封隔器剪切銷釘個數(shù)設(shè)計(jì)、各種解封工況下的解封力計(jì)算。查找該類封隔器難解封的原因，進(jìn)而找到了切實(shí)可行的解封方案，不但成功地解決了S22水平井R封隔器解封難的問題，而且，提出了一套R封隔器在水平井中使用的優(yōu)化方案，為今后該類封隔器在該區(qū)塊其他水平井中使用提供了借鑒。同時，為已完成水平井在今后修井時的解封提供了可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

水平井；R封隔器；工況分析；解封封隔器；解封力；實(shí)踐

S22水平井完鉆井深4 096 m，完鉆垂深2940.45 m。造斜點(diǎn)深2 562.02 m，造斜率4.42°/30 m，最大井斜角90.89°，閉合距1 317.10 m。本井在完井酸化施工中，發(fā)生CTU噴嘴“硬卡”故障，先后采取上下活動、開泵沖等手段解卡均無效果，最后采用連續(xù)油管內(nèi)打壓的“膨脹法”，將連續(xù)油管噴嘴打落在?114.3 mm尾管內(nèi)，這才順利將連續(xù)油管起出地面。為了處理井下落魚，需要解封R封隔器。

1　R封隔器在S22水平井中的工況

考慮到油藏含有H2S，在套管程序設(shè)計(jì)時，?177.8 mm尾管下部采用了CRA合金管，生產(chǎn)封隔器盡可能下深，坐封在?114.3 mm篩管懸掛器之上約100 m的?177.8 mm合金尾管內(nèi)，以防止地層腐蝕性流體與封隔封隔器之上的生產(chǎn)套管及油管外壁接觸，達(dá)到保護(hù)的作用。S22水平井套管程序見表1。

R封隔器是一種液壓坐封、上提解封的可回收式生產(chǎn)封隔器。該類封隔器的設(shè)計(jì)解封方案是靠上提完井管串，剪斷封隔器上的剪切銷釘，使得封隔器中心管與外筒發(fā)生相對位移，筒式卡瓦回縮與生產(chǎn)套管分離，達(dá)到解封的目的。

R封隔器在S22水平井中下入深度為3 109 m，坐封位置為井斜角80o的大斜度井段。而且，油藏主體開發(fā)方案采用的是氣舉采油，地層流體中含有腐蝕性氣體H2S、瀝青質(zhì)等，所以，完井管串中設(shè)計(jì)了5級氣舉工作筒、2級化學(xué)劑注入閥（1個注入瀝青質(zhì)溶解劑，1個注入抗H2S腐蝕劑）、防管柱在生產(chǎn)過程中的縱向蠕動的伸縮短節(jié)等完井工具，生產(chǎn)管串結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上提下放管串的摩阻非常大。

表1　S22水平井套管程序

2　R封隔器解封銷釘個數(shù)設(shè)計(jì)

2.1解封特點(diǎn)

根據(jù)所裝剪切銷釘數(shù)量及單個銷釘?shù)念~定剪切力，可調(diào)R封隔器的解封力。該種封隔器為生產(chǎn)封隔器，可用于封隔多層、單層、單管柱、電泵完井等多種完井管柱。設(shè)計(jì)的筒式卡瓦，能抵抗上下雙向的作用力，同時可有效保護(hù)油層套管。伊朗S油藏使用的R封隔器的材質(zhì)為耐腐蝕合金，能夠有效防止H2S的腐蝕，同時具有耐高溫高壓的特點(diǎn)。

2.2解封銷釘個數(shù)設(shè)計(jì)考慮的因素

對于S22水平井來說，最嚴(yán)酷工況就是在氣舉生產(chǎn)過程中油管被瀝青質(zhì)堵塞，突然斷氣停產(chǎn)，環(huán)空套壓降為0，環(huán)空中僅有的壓力為封隔器之上到最下一級氣舉工作筒之間的液體高度產(chǎn)生的液柱壓力。而封隔器之下是地層壓力，封隔器上下的巨大壓差將作用在封隔器解封機(jī)構(gòu)上，導(dǎo)致封隔器自動解封。為防止這一情況的發(fā)生，在封隔器入井前，就要根據(jù)其在井下可能遇到的最嚴(yán)酷工況，優(yōu)化設(shè)計(jì)剪切銷釘個數(shù)。表2是S22井R封隔器的設(shè)計(jì)規(guī)范。

表2?177.8 mm，43.16 kg/m R封隔器設(shè)計(jì)規(guī)范

2.3解封銷釘個數(shù)設(shè)計(jì)

R封隔器在井下最嚴(yán)酷工況下的受力如圖1。

圖1　封隔器坐封后，油管底部堵塞工況示意圖

剪切銷釘受力方程式如下

式中，x為最小銷釘個數(shù)；F為作用在剪切銷釘上的力，F(xiàn)= 封隔器心軸外徑截面積×壓差；f為每個銷釘承受的剪切力；0.75為溫度變化的安全系數(shù)。

對于S22水平井來說，在最嚴(yán)酷工況下，封隔器以上的柴油柱高度只有641 m，折算靜液柱壓力為5.28 MPa。地層壓力35.16 MPa，所以，R封隔器上、下的環(huán)空壓差為29.88 MPa。封隔器芯軸外徑為117.73 mm，那么，作用在銷釘上的剪切力為

最少銷釘個數(shù)為

按照個數(shù)取整原則，設(shè)計(jì)銷釘數(shù)為10個，剪斷10個銷釘需要的合力為45 459.7 kg。

3　解封R封隔器不成功方案的受力計(jì)算

3.1直接上提油管串剪切銷釘解封

S22水平井井內(nèi)油管懸重420 kN（拉開伸縮短節(jié)時的懸重），R封隔器設(shè)計(jì)的解封力為454.6 kN，?88.9 mm、14.76 kg/m的L80油管額定抗拉負(fù)荷為922 kN，理論上過提500 kN力應(yīng)該解封。用WellCat對S22水平井完井生產(chǎn)管串進(jìn)行受力計(jì)算，當(dāng)過提500 kN時，已達(dá)到油管的額定抗拉強(qiáng)度，但傳遞到封隔器軸向的解封力僅為320 kN，不足以克服設(shè)計(jì)解封力值454.6 kN。

3.2環(huán)空加壓上提解封封隔器

由于環(huán)空打壓要相對降低油管抗拉強(qiáng)度，用Wellcat對各壓力級別下的上提管柱井口最大拉力進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，并對環(huán)空打壓產(chǎn)生的等效解封力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表3。

表3　環(huán)空打壓上提解封等效解封力計(jì)算結(jié)果

3.3油管內(nèi)加壓上提解封

用水泥車向油管內(nèi)打壓至27.58 MPa，緩慢上提管柱，上提懸重參考下表數(shù)據(jù)，期間仔細(xì)觀察懸重變化判斷封隔器是否解封。計(jì)算結(jié)果如表4。

表4　油管內(nèi)打壓上提解封等效解封力計(jì)算結(jié)果

3.4油管內(nèi)、外加壓上提解封

這一方案是綜合了方案2和方案3，油管內(nèi)加壓27.58 MPa，環(huán)空打壓20.68 MPa，上提解封封隔器。按照理論計(jì)算，這一方案應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)封隔器的解封。但是，由于生產(chǎn)管串太復(fù)雜，完井工具及化學(xué)劑注入管線及保護(hù)套的摩阻影響，實(shí)際傳遞到封隔器銷釘上的剪切力還是不夠把銷釘剪斷。

4　成功解封R封隔器的方案分析

上述各種解封方案沒能實(shí)現(xiàn)R封隔器的解封，根本原因就是剪切解封銷釘?shù)牧Σ蛔阋约魯噤N釘。針對這一問題，按照R封隔器的設(shè)計(jì)思路，提出“井口提拉輔以掏空”的方案。

這一方案的基本思路是模擬R封隔器銷釘個數(shù)設(shè)計(jì)的最嚴(yán)酷工況，下入井下堵塞器將管柱底部堵住，打開滑套，利用氮?dú)馀e升掏空油管和環(huán)空內(nèi)的完井液，利用封隔器上、下產(chǎn)生的壓力差作用的向上推力，輔助井口提拉剪斷封隔器銷釘，以實(shí)現(xiàn)封隔器解封。

4.1掏空產(chǎn)生的負(fù)壓

式中，p為掏空產(chǎn)生的負(fù)壓，即作用在封隔器銷釘上的剪切壓差，MPa；ρ為壓井液密度，g/cm3，本井ρ= 1.20 g/cm3；H為掏空垂深，m。

4.2掏空負(fù)壓產(chǎn)生的剪切力

式中，F(xiàn)為掏空負(fù)壓作用在銷釘上的剪切力，kN；Do為封隔器芯軸外徑，?117.73 mm。

表5是掏空提拉解封的各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算結(jié)果。

表5　掏空提拉解封各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)以上計(jì)算，井口上提懸重增至78 kN（在1.20 g/cm3鹽水中拉開伸縮節(jié)時的穩(wěn)定懸重為420 kN，掏空1 730 m，懸重約為454.6 kN，即過提拉力為325.4 kN）時，懸重突然降為420 kN，初步判斷為封隔器成功解封。隨后用密度1.20 g/cm3的鹽水正循環(huán)壓井，通過節(jié)流分離導(dǎo)入循環(huán)罐，出口見大量油氣排出，分離點(diǎn)火一次成功，證實(shí)成功解封封隔器。

5　認(rèn)識和建議

（1）液壓坐封提拉解封的可回收式R型生產(chǎn)封割器用于水平井，國內(nèi)外還沒有成功的資料介紹。S22水平井試探摸索出了一套R封隔器在水平井使用中的解封方案，經(jīng)過理論計(jì)算和現(xiàn)場實(shí)踐，證明在水平井中“掏空輔助提拉”這一方案對R封隔器的解封成功有效，為今后S油藏其他水平井在修井時解封該類封隔器探索出了一條行之有效的途徑。

（2）R封隔器坐封位置的優(yōu)化，是今后修井解封該類封隔器的基礎(chǔ)。通過受力計(jì)算分析，結(jié)合S22水平井的解封經(jīng)驗(yàn)，不建議R型可回收式封隔器下入大斜度井段，坐封位置的井斜角不建議大于60o。

（3）在滿足油井正常生產(chǎn)條件下，盡可能簡化生產(chǎn)管柱結(jié)構(gòu)，減少摩阻。

（4）對于確實(shí)需要下入大斜度井段的復(fù)雜管柱完井，做好管柱受力分析，優(yōu)化R封隔器剪切銷釘數(shù)量，減少今后解封作業(yè)的風(fēng)險。

［1］孫樹強(qiáng).井下作業(yè)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2013-02.

［2］ 萬仁溥.現(xiàn)代完井工程（第三版）［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.

（修改稿收到日期2014-10-09）

〔編輯付麗霞〕

Practice of Releasing R Packer in S22 horizontal well

ZHENG Mingxue, LUO Bing, WEI Haitao
（SINOPEC International Petroleum E&P Corporation, Beijing 100083, China）

Based on understanding the technical parameters, using and operating conditions of R Packer, and focuing on the working condition and difficulties encountered when releasing this packer in the S22 horizontal well of the Y Oilfield in Iran, we analyzed the amount of shear pin design for R packer and all kinds of operating conditions of releasing force calculation. to study the obscure reasons to unset this kind of packer, finally, a practical solution to unset this kind of packer is founded. Not only successfully solved the R Packer releasing problem in S22 horizontal well, but also put forward a set of optimized plan for using of R Packer in horizontal well. In the future, it provides a useful reference for this kind of packer using in the other horizontal wells in the S reservoir. Meanwhile, for the horizontal wells which had been completed in this oilfield, it provides a useful experience draw from the lessons learnt of releasing the packer for the workover operation in the future.

horizontal well; R Packer; operating condition; releasing packer; releasing force; practice

TE931.2

B

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0117 – 03

10.13639/j.odpt.2015.02.031

鄭明學(xué)，1968年生。1991年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東）鉆井工程專業(yè)，現(xiàn)任中石化國勘鉆井高級專家，高級工程師。電話：18801357981。E-mail：mxzheng@petroyada.com。

引用格式：鄭明學(xué)，羅冰，韋海濤. 在S22水平井解封R封隔器的實(shí)踐［J］.石油鉆采工藝，2015，37（2）：117-119,123.