大斜度井連續(xù)油管生產(chǎn)測(cè)試用堵塞器研制

劉　鵬，李瑞豐，沈　瓊，張成富，羅建偉

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300452)①

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大斜度井連續(xù)油管生產(chǎn)測(cè)試用堵塞器研制

劉鵬，李瑞豐，沈瓊，張成富，羅建偉

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300452)①

為監(jiān)測(cè)大斜度井的生產(chǎn)情況，原應(yīng)用的爬行器生產(chǎn)測(cè)試工藝對(duì)測(cè)試儀器的輸送動(dòng)力相對(duì)較小、對(duì)井筒技術(shù)條件要求較高、施工風(fēng)險(xiǎn)較大；連續(xù)油管生產(chǎn)測(cè)試工藝施工簡(jiǎn)單、對(duì)井筒條件要求較低，但使用的堵塞器僅國(guó)外公司擁有，其配套的密封筒和連續(xù)油管尺寸以及堵塞器功能實(shí)現(xiàn)方式均不適合國(guó)內(nèi)油田。為完善國(guó)內(nèi)連續(xù)油管生產(chǎn)測(cè)試工藝，研制了適用于國(guó)內(nèi)油田密封筒尺寸的生產(chǎn)測(cè)試用堵塞器?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：該堵塞器可為外徑31.75 mm的連續(xù)油管配套，采用依次上提的方式，成功實(shí)現(xiàn)與連續(xù)油管的脫離和錨定機(jī)構(gòu)的解鎖，解決了小直徑連續(xù)油管無(wú)法有效傳遞下壓力的問(wèn)題。該堵塞器配套的密封筒內(nèi)徑為61.0 mm和58.75 mm，滿足國(guó)內(nèi)連續(xù)油管生產(chǎn)測(cè)試工藝要求。

大斜度井；連續(xù)油管；堵塞器；生產(chǎn)測(cè)試；密封筒

為監(jiān)測(cè)大斜度井的生產(chǎn)情況，需下入測(cè)試儀器測(cè)取生產(chǎn)過(guò)程中地層壓力、溫度、產(chǎn)液剖面及分層生產(chǎn)數(shù)據(jù)等各項(xiàng)參數(shù)[1-2]，國(guó)內(nèi)曾應(yīng)用過(guò)爬行器生產(chǎn)測(cè)試工藝，該工藝成本較低，使用的堵塞器是常規(guī)堵塞器，缺點(diǎn)是對(duì)測(cè)試儀器的輸送動(dòng)力相對(duì)較小、對(duì)井筒技術(shù)條件要求較高(例如套管內(nèi)徑需較規(guī)則、井筒內(nèi)無(wú)雜物)、施工風(fēng)險(xiǎn)較大[3-4]。連續(xù)油管生產(chǎn)測(cè)試工藝可解決該問(wèn)題，其施工簡(jiǎn)單，對(duì)井筒條件要求較低[5]；但使用的堵塞器比常規(guī)堵塞器復(fù)雜，僅國(guó)外公司擁有該類產(chǎn)品，該類堵塞器主要通過(guò)下壓連續(xù)油管剪斷剪釘?shù)姆绞浇獬c連續(xù)油管的脫離和錨定機(jī)構(gòu)的解鎖[6]。國(guó)外該工藝施工所用的連續(xù)油管最小外徑為38.1 mm，配套的工作筒最小密封尺寸為69.85 mm，而國(guó)內(nèi)油田密封筒尺寸大部分為61.0 mm和58.75 mm，需使用外徑不大于31.75 mm的連續(xù)油管進(jìn)行施工。國(guó)內(nèi)曾對(duì)國(guó)外堵塞器進(jìn)行過(guò)改進(jìn)，用外徑為31.75 mm的連續(xù)油管進(jìn)行測(cè)試，施工時(shí)由于井斜和連續(xù)油管撓度等因素，下壓無(wú)法剪斷剪釘，將剪釘尺寸減小，剪釘在下井過(guò)程被阻力提前剪斷。為完善國(guó)內(nèi)連續(xù)油管生產(chǎn)測(cè)試工藝，研制了適用于國(guó)內(nèi)油田密封筒尺寸的生產(chǎn)測(cè)試用堵塞器，該堵塞器可配套外徑為31.75 mm的連續(xù)油管，采用依次上提的方式，實(shí)現(xiàn)與連續(xù)油管的脫離和錨定機(jī)構(gòu)的解鎖，解決了小直徑連續(xù)油管無(wú)法有效傳遞下壓力的問(wèn)題，滿足國(guó)內(nèi)連續(xù)油管生產(chǎn)測(cè)試工藝要求。

1　技術(shù)分析

1.1結(jié)構(gòu)

連續(xù)油管生產(chǎn)測(cè)試用堵塞器結(jié)構(gòu)如圖1所示。 該堵塞器隨連續(xù)油管下入到與油管連接的密封筒中，與常規(guī)堵塞器相比，該堵塞器除了具有通用的密封打撈部分，還需要在測(cè)試前與連續(xù)油管脫離，并在測(cè)試期間鎖定在密封筒內(nèi)，不隨連續(xù)油管上下移動(dòng)。因此該堵塞器設(shè)計(jì)有脫離部分、錨定部分和鎖定部分，通過(guò)用鎖塊鎖定彈簧外筒，防止其向下移動(dòng)而使錨定功能失效，錨定完成后通過(guò)上提連續(xù)油管，使下連接頭與導(dǎo)向筒發(fā)生相對(duì)位移，從而剪斷脫離剪釘，堵塞器與連續(xù)油管脫離，連續(xù)油管和測(cè)試儀器繼續(xù)下入井下預(yù)定深度進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試。測(cè)試結(jié)束后堵塞器需要進(jìn)行解鎖，隨連續(xù)油管被提出井口，因而設(shè)計(jì)了解鎖部分，該部分通過(guò)上提連續(xù)油管，定位接頭上移剪斷解鎖剪釘，彈簧外筒失去對(duì)鎖塊的定位，錨定機(jī)構(gòu)失效，最終堵塞器被連續(xù)油管下方的定位接頭帶出密封筒。

1—連續(xù)油管；2—密封組件；3—密封套；4—O型圈；5—密封套；6—錨塊；7—錨塊座；8—彈簧外筒；9—彈簧；10—鎖塊座；11—鎖塊；12—移動(dòng)套；13—解鎖剪釘；14—剪切套；15—導(dǎo)向筒；16—定位接頭；17—下連接頭；18—脫離剪釘；A—Y接頭；B—密封筒；C—油管；D—測(cè)試儀器連接筒。

1.2工作原理

將內(nèi)插有多芯電纜的連續(xù)油管穿越該堵塞器，裝配脫離剪釘使二者固定，連續(xù)油管下方連接測(cè)試儀器并下入井中。

1)堵塞器的錨定。當(dāng)堵塞器經(jīng)過(guò)與生產(chǎn)管柱中的密封筒時(shí)，在管柱重力作用下，錨塊相對(duì)于密封套向上移動(dòng)，錨塊進(jìn)入密封套的凹槽里，并通過(guò)彈簧外筒壓縮彈簧，當(dāng)錨塊經(jīng)過(guò)密封筒的擴(kuò)徑時(shí)，在彈簧回復(fù)力的作用下，錨塊恢復(fù)原位并錨定在密封筒的擴(kuò)徑處，狀態(tài)如圖1。

2)連續(xù)油管與堵塞器的脫離和測(cè)試過(guò)程。上提連續(xù)油管，堵塞器由于錨定機(jī)構(gòu)相對(duì)于密封筒靜止。隨著上提力的增加，脫離剪釘被剪斷，連續(xù)油管脫離錨定在密封筒內(nèi)的堵塞器，然后帶著測(cè)試儀器向下移動(dòng)，直至井底預(yù)定深度。接著開泵生產(chǎn)，在生產(chǎn)過(guò)程中，上下移動(dòng)連續(xù)油管，使測(cè)試儀器完成地層相關(guān)參數(shù)的錄取。

3)堵塞器的解鎖。生產(chǎn)測(cè)試結(jié)束后停泵，上提連續(xù)油管，定位接頭向上移動(dòng)剪斷解鎖剪釘，移動(dòng)套上移使其縮徑部分與鎖塊配合，解除鎖塊對(duì)彈簧外筒的軸向鎖定，隨著移動(dòng)套與鎖塊座的上移，彈簧在預(yù)緊力的作用下使錨塊進(jìn)入密封套的下凹槽，錨塊失去對(duì)密封筒的錨定，最終堵塞器與測(cè)試儀器一起被提出井口。

1.3技術(shù)特點(diǎn)

1)該堵塞器在生產(chǎn)測(cè)試期間封隔測(cè)試通道和采油通道，且在測(cè)試過(guò)程中錨定在密封筒中，不影響連續(xù)油管和測(cè)試儀器在井下的上下移動(dòng)，保證參數(shù)準(zhǔn)確錄取。

2)在實(shí)現(xiàn)與連續(xù)油管脫離和自身解鎖方面，該堵塞器采用依次上提的方式，解決了外徑較小的連續(xù)油管無(wú)法有效傳遞下壓力的問(wèn)題，同時(shí)為了防止一次性剪斷所有剪釘。該堵塞器設(shè)計(jì)了具有1.5 m緩沖長(zhǎng)度的導(dǎo)向筒，且脫離剪釘?shù)募羟辛π∮诮怄i剪釘，保證脫離過(guò)程和解鎖過(guò)程的可靠性。

3)連續(xù)油管表面有鐵銹，且較粗糙，易對(duì)堵塞器的動(dòng)密封件造成磨損，因此動(dòng)密封件的材質(zhì)選用了具有自潤(rùn)滑功能的聚四氟乙烯；并設(shè)計(jì)了2組雙向密封組合，如圖2。該組合對(duì)稱排列，保證連續(xù)油管在上下兩方向移動(dòng)過(guò)程中保證密封良好。

圖2　雙向密封組合結(jié)構(gòu)

2　主要技術(shù)參數(shù)

堵塞器主要技術(shù)參數(shù)如表1。

表1　技術(shù)參數(shù)

3　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

試驗(yàn)過(guò)程：①下入生產(chǎn)管柱，其中密封筒處井深為825 m，井斜為46°；②將連續(xù)油管穿越堵塞器并用脫離剪釘將其固定，在連續(xù)油管下方連接測(cè)試儀器；③將測(cè)試管柱下入生產(chǎn)管柱并下壓，確保堵塞器進(jìn)入密封筒；④上提連續(xù)油管630 kN，剪斷脫離剪釘，使連續(xù)油管與堵塞器脫離；⑤繼續(xù)下入測(cè)試管柱至測(cè)試位置，并向生產(chǎn)管柱與連續(xù)油管環(huán)空加壓15 MPa，模擬真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境；⑥保持15 MPa壓力下，分別以10～15、15～20、25～30和30～35 m/min 4種速度上下移動(dòng)連續(xù)油管進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試，同時(shí)觀察壓力變化情況；⑦測(cè)試完畢，上提連續(xù)油管730 kN，剪斷解鎖剪釘，使堵塞器解鎖；⑧繼續(xù)上提連續(xù)油管，將測(cè)試管柱整體提出井口。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中連續(xù)油管堵塞器成功實(shí)現(xiàn)密封筒錨定、與連續(xù)油管脫離和最終的解鎖上提，在生產(chǎn)測(cè)試期間發(fā)現(xiàn)連續(xù)油管移動(dòng)速度越大，生產(chǎn)管柱與連續(xù)油管間的密封壓力越低，當(dāng)移動(dòng)速度為10～15 m/min時(shí)，密封壓力長(zhǎng)時(shí)間保持在15 MPa；當(dāng)移動(dòng)速度達(dá)到30～35 m/min時(shí)，密封壓力從15 MPa降至不足10 MPa。因此測(cè)試時(shí)連續(xù)油管移動(dòng)速度定為10～15 m/min。

4　結(jié)論

1)該連續(xù)油管生產(chǎn)測(cè)試用堵塞器可代替常規(guī)堵塞器，配合連續(xù)油管進(jìn)行大斜度井的生產(chǎn)測(cè)試，為國(guó)內(nèi)大斜度井的生產(chǎn)測(cè)試提供一種新工藝。

2)該連續(xù)油管用堵塞器采用外徑為31.75 mm的小直徑連續(xù)油管，通過(guò)依次上提的方式，實(shí)現(xiàn)與連續(xù)油管的脫離和自身解鎖，解決了小直徑連續(xù)油管無(wú)法有效傳遞下壓力的問(wèn)題，同時(shí)該堵塞器配套的密封筒內(nèi)徑為61.0和58.75 mm，適合國(guó)內(nèi)油田大斜度井。

3)連續(xù)油管的下入和上提速度對(duì)堵塞器的密封性能有較大影響，速度越大，密封性能越差，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，建議生產(chǎn)測(cè)試時(shí)下入和上提速度控制在10～15 m/min。

4)需根據(jù)不同井深和井斜確定脫離剪釘和解鎖剪釘?shù)募羟辛?，確保堵塞器的成功脫離和解鎖。

[1]周立果，姜紅軍.電泵井生產(chǎn)測(cè)試配套技術(shù)在塔河油田的應(yīng)用[J].油氣井測(cè)試，2004，13(4)：64-65.

[2]鄭金中，張成富，程心平，等.用于?177.8mm套管井的Y形生產(chǎn)管柱及配套工具[J].石油機(jī)械，2012，40(9)：62-64.

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[4]楊永剛，張鐸，劉建成，等.水平井生產(chǎn)測(cè)井爬行器設(shè)計(jì)[J].石油儀器，2009，23(4).5-7.

[5]魯明春.水平井連續(xù)管存儲(chǔ)式測(cè)井技術(shù)在澀北氣田的試驗(yàn)應(yīng)用[J].焊管，2014，37(11)：27-29.

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Development of Plugging Device for Production Testing of Coiled Tubing in Highly Deviated Wells

LIU Peng，LI Ruifeng，SHEN Qiong，ZHANG Chengfu，LUO Jianwei

(EnerTech-Drilling & Production Co.，CNOOC，Tianjin 300452，China)

Crawler production test process had been used in China for monitoring high inclination well production.However，the transmission power for testing instrument of this process is relatively small.This process requires a higher quality well bore conditions along with the large construction risks.Coiled tubing production test technology can solve the problems above.The construction is simple and requires the low well bore condition，but only foreign companies can provide plug we use.The supporting sealed tube and coiled tubing size and plug function realization method are not suitable for domestic oilfield as well.In order to improve the testing process of coiled tubing in China，a plug for production test is developed，which is suitable for the size of sealed chamber of domestic oilfield.Three field experiments show that the plug is capable of matching coiled tubing，of which the outer diameter is 31.75 mm and the separation with the coiled tubing and the unlocking of the anchoring mechanism are realized by using the method of successively lifting.The problem that the small diameter coiled tubing can't transfer pressure effectively is solved.The plugging device developed meets the requirements of domestic coiled tubing production test process well.

highly deviated wells；coiled tubing；plugging device；production test；sealed chamber

1001-3482(2016)10-0072-03

2016-04-10

中海油能源發(fā)展股份有限公司科研基金“連續(xù)油管水平井找水控水工藝管柱研究”(HFXMLZ-GJ2014002)

劉鵬(1982-)，男，工程師，主要從事鉆完井工具的研發(fā)工作，E-mail：liupeng4@cnooc.com.cn。

TE931.2

Bdoi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.10.017