濾砂管分段切割打撈一體化技術研究與應用

王繼強 田啟忠

(中石化勝利油田分公司樁西采油廠，山東 東營 257237) (中石化勝利油田分公司石油工程技術研究院， 山東 東營 257000)

?

濾砂管分段切割打撈一體化技術研究與應用

王繼強 田啟忠

(中石化勝利油田分公司樁西采油廠，山東 東營 257237) (中石化勝利油田分公司石油工程技術研究院， 山東 東營 257000)

當生產(chǎn)井濾砂管防砂失效時，需要打撈濾砂管重新防砂。若井下濾砂管較長且砂卡嚴重，加上腐蝕等因素使濾砂管機械強度下降，一次性整體打撈的成功率低，現(xiàn)有的技術是先用內(nèi)割刀將濾砂管分段切割，再下入打撈管柱進行分段打撈，可減小施工難度，但完成一次切割打撈需要分別起下一趟切割管柱和一趟打撈管柱，要將其全部打撈出來需反復進行多次施工，作業(yè)效率低。為提高作業(yè)效率，通過研制提放式油管內(nèi)割刀和一體化撈矛形成了切割打撈一體化管柱，由割刀割斷井下管柱后，直接下放管柱通過一體化撈矛將割斷的油管撈出，切割打撈一趟管柱完成，可簡化施工步驟。經(jīng)過中間試驗及現(xiàn)場應用，證明施工工藝簡單可靠，能提高作業(yè)效率，節(jié)約作業(yè)成本，具有極大的推廣應用價值。

防砂；濾砂管；切割；打撈；一體化技術

隨著油田開發(fā)的深入，水平井特別是熱采水平井的套管損壞(以下簡稱“套損”)問題日益突顯，部分水平井濾砂管出現(xiàn)堵塞、破損、變形等，造成防砂失效，需要打撈并更換濾砂管重新防砂[1]。若濾砂管串較長，并且砂卡嚴重；另外受流體沖蝕及化學腐蝕等因素影響造成機械強度降低，打撈過程中打撈力過高、濾砂管易拔斷，一次性整體打撈成功率不到20%。

為了解決這一問題，開發(fā)了井下管柱分段切割打撈技術，先用內(nèi)割刀將管柱切斷一段，然后下入水平井增力打撈管柱進行打撈，大大減少了施工難度。但是，完成一次切割打撈需要分別起下一趟切割管柱和一趟增力打撈管柱，欲將濾砂管全部打撈出來，需要反復進行多次施工，大大延長了施工時間，降低了作業(yè)效率。

1 問題分析

要縮短施工周期，提高作業(yè)效率，最有效的辦法就是采用切割打撈一體化工具及工藝，而現(xiàn)有的切割管柱及打撈管柱無法實現(xiàn)這一要求。因為現(xiàn)有切割管柱的內(nèi)割刀為旋轉(zhuǎn)坐封式油管內(nèi)割刀[2]，這種旋轉(zhuǎn)坐封式油管內(nèi)割刀的結(jié)構存在以下缺陷：①用于稠油井時，井壁死油多，靠扶正機構的摩擦塊來完成旋轉(zhuǎn)坐封動作比較困難[3]，費時費力；②旋轉(zhuǎn)坐封式油管內(nèi)割刀一旦坐封，切割作業(yè)完成后，上提管柱即可解封，但卡瓦及扶正機構仍處于自由狀態(tài)，只能上提管柱，不能下放管柱，顯然這一缺點滿足不了切割打撈一體化施工工藝的要求。現(xiàn)有的撈矛也存在技術缺陷：只能放置于打撈管柱的最下端起打撈作用，撈矛下部不能連接其他工具或管柱。

2 方案設計

2.1 設計思路

通過對問題分析研究結(jié)合現(xiàn)場施工要求，形成以下設計思路：①把油管內(nèi)割刀由管柱旋轉(zhuǎn)坐封設計為提放管柱坐封；②優(yōu)選撈矛種類，改進撈矛結(jié)構，使其滿足切割打撈一體化施工工藝要求；③將新型油管內(nèi)割刀和改進型撈矛組合成切割打撈一體化管柱。圖1為切割打撈一體化管柱示意圖。

圖1 切割打撈一體化管柱示意圖

2.2 內(nèi)割刀結(jié)構設計

提放式油管內(nèi)割刀主要包括切割機構、扶正機構和中心桿(圖2)，切割機構和扶正機構均安裝在中心桿上，中心桿上設有坐封解封換向軌道，在切割機構與扶正機構之間還裝有坐封機構，該坐封機構與切割機構通過卡瓦連接。

圖2 提放式油管內(nèi)割刀結(jié)構示意圖

坐封機構包括卡瓦套、卡瓦、坐封套和活塞，卡瓦套下部的鎖球孔中裝有鎖球，該鎖球卡在中心桿上的鎖球槽中，實現(xiàn)坐封機構和中心桿的相對固定；卡瓦通過T型頭與卡瓦套的T型槽連接，卡瓦內(nèi)表面與支撐套是燕尾槽軌配合；切割機構主要由頂?shù)?、切割刀和限位塊組成，在中心桿上部開有3條凹槽，放置切割刀和限位塊，由銷釘固定在凹槽內(nèi)的定位圓孔內(nèi)，切割刀可以繞銷釘向外旋轉(zhuǎn)，中心桿轉(zhuǎn)動時能帶動切割刀沿管柱周線旋轉(zhuǎn)完成切割動作。

扶正機構主要包括扶正套，設有3個凹槽放置摩擦塊，摩擦塊和凹槽之間安裝彈簧，摩擦塊的最大外徑大于濾砂管的內(nèi)徑，能使扶正套總是撐在濾砂管內(nèi)壁上。另外扶正套上部有鎖球槽，下部內(nèi)圓的旋轉(zhuǎn)凹槽放置轉(zhuǎn)環(huán)和定位銷，中心桿在軸向上有長、短2個換向軌道，當扶正套上下活動時，定位銷在換向軌道內(nèi)變換，此時轉(zhuǎn)環(huán)可以自由轉(zhuǎn)動，保證扶正套和中心桿徑向的相對固定。

2.3 一體化撈矛設計

一體化撈矛在這套切割打撈工藝中承擔連接傳扭和打撈落魚的作用，既要把切割工具和打撈管柱連接并整合在一起，還要具有較高的打撈強度，因此起著至關重要的作用。

從一體化打撈工藝的要求來分析，首先是切割位置的精確定位，濾砂管過濾部分是由多層濾網(wǎng)構成，強度不高，但厚度較大，如果選擇這一部分進行切割，當濾砂管基管被切斷后，濾網(wǎng)極難被完全切斷，打撈時，濾網(wǎng)會被不規(guī)則地扯斷，給第二次打撈造成極大困難[4]。因此，切割位置要精確地定位在濾砂管的盲管或接箍部分[5]。管柱在井下處于伸長狀態(tài)，如果用整個管柱的長度進行定位，誤差較大，因為割刀和一體化撈矛之間的距離較短，伸長變形可忽略，因此可利用一體化撈矛對割刀實施定位[6]。

定位時，先將管柱最下面的割刀引入魚腔，繼續(xù)下探管柱，直至撈矛探到魚頂，再根據(jù)設計切割位置上提管柱調(diào)整割刀位置，然而此時撈矛極有可能已經(jīng)撈住落魚，這就需要撈矛能夠順利退出[7]。因此，一體化撈矛必須采用可退式結(jié)構；現(xiàn)場作業(yè)時，若要旋轉(zhuǎn)管柱退出撈矛，就要換方鉆桿，操作較麻煩[8]。因此，決定采用提放式可退結(jié)構進行一體化撈矛設計。

圖3 一體化撈矛結(jié)構示意圖

一體化撈矛主要由上接頭、彈簧、轉(zhuǎn)環(huán)、定位銷、矛爪套、打撈桿組成。打撈桿上部與上接頭連接，下部設計有斜坡脹頭，斜坡脹頭下部設計有螺紋，可以連接其他工具或管柱。打撈桿中部有坐封解封換向軌道[9]；矛爪套下部外圓開有數(shù)條豎槽，使其成瓣狀并具有彈性，套裝在打撈桿上，其上部的內(nèi)凹槽中安裝有轉(zhuǎn)環(huán)和定位銷，可將矛爪套固定在打撈桿的換向軌道內(nèi)，上接頭和矛爪套之間安裝彈簧，其作用是提高坐封軌道與解封軌道換向的可靠性[10]。

2.4 工作原理

參考圖1對切割打撈一體化管柱的工作原理進行詳細闡述。

1)確定撈矛的具體位置 首先確定定位油管的長度，將撈矛、定位油管和油管內(nèi)割刀順次連接在管柱底部，下至魚頂，將油管內(nèi)割刀引入濾砂管基管內(nèi)，直至撈矛的矛爪套探至魚頂；輕加壓再上提管柱，此時撈矛已經(jīng)撈住落魚，確定管柱到位。

2)確定切割位置 再次下放管柱，使撈矛的軌道換向進入解封狀態(tài)，根據(jù)定位油管長度上提管柱，使割刀處于設計的切割位置；此時油管內(nèi)割刀的扶正機構的定位銷已進入中心桿的坐封軌道內(nèi)。

3)坐封機構坐封 再次下放管柱，使油管內(nèi)割刀的卡瓦撐出坐封在濾砂管內(nèi)壁上。

4)油管內(nèi)割刀就位 繼續(xù)下放管柱，由于支撐套已經(jīng)通過卡瓦支撐住，頂?shù)渡享斍懈畹?，使切割刀撐出并咬入濾砂管內(nèi)壁。

5)切割濾砂管 通過地面驅(qū)動裝置旋轉(zhuǎn)管柱，油管內(nèi)割刀的中心桿帶動切割刀作圓周運動切割濾砂管。

6)坐封機構回位 切割完成后，上提管柱使切割刀收回，當中心桿的鎖球槽到達鎖球的位置后，扶正套上沿將鎖球推入中心桿的鎖球槽內(nèi)，活塞在彈簧作用下將鎖球頂緊在中心桿的鎖球槽內(nèi)，實現(xiàn)坐封機構和中心桿的相對固定。

7)打撈準備 繼續(xù)上提管柱，使扶正機構中的定位銷由中心桿的坐封軌道換入解封軌道。

8)打撈切割后的濾砂管 再次下放管柱，直至撈矛的矛爪套進入魚腔內(nèi)，撈住割斷的上部濾砂管，將其打撈出井筒外，完成一次切割打撈一體化施工。

3 室內(nèi)試驗

配套工具研制完成后，裝配形成了切割打撈一體化管柱，并在試驗井進行了井下模擬試驗。

3.1 試驗目的

檢驗切割打撈一體化管柱的整體性能。

3.2 試驗過程

1)連接切割打撈一體化管柱。管柱組合(自下而上)為：提放式油管內(nèi)割刀+1根油管+一體化撈矛+油管短節(jié)。

3)再次下放管柱加壓30kN，上提管柱2m，無負荷，證明撈矛退出；再次下放0.3m，遇阻加壓50kN，證明油管內(nèi)割刀坐封良好；將壓力載荷減為10kN，正轉(zhuǎn)管柱50圈，壓力載荷略有下降；再次將載荷加至10kN，正轉(zhuǎn)管柱50圈，上提管柱解封油管內(nèi)割刀；再次下放管柱直至有遇阻顯示，加壓到30kN，撈矛軌道換向后上提管柱撈住落魚；當載荷上升至35kN時突降，上提管柱無阻力，打撈出的管柱下部切口均勻，證明切割、打撈均已成功。

3.3 試驗結(jié)論

切割打撈一體化管柱在整個試驗過程打撈、釋放、坐封以及切割動作均正常，完全滿足設計要求。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)確定了切割打撈一體化管柱的技術參數(shù)，結(jié)果見表1。

表1 切割打撈一體化技術參數(shù)

4 現(xiàn)場試驗

表2 落魚管柱數(shù)據(jù)表

表3 草27更平2井實施效果統(tǒng)計表

切割打撈一體化管柱經(jīng)過室內(nèi)模擬試驗后，正式投入現(xiàn)場試驗。以草27更平2井為例介紹該管柱現(xiàn)場應用效果。

該井采用懸掛器懸掛濾砂管、高壓擠填石英砂防砂完井。在后期生產(chǎn)過程中出砂，嚴重影響了正常生產(chǎn)。因此，決定打撈井內(nèi)濾砂管，重新進行防砂。打撈施工方案采用濾砂管分段切割配合液壓增力打撈技術，降低打撈提升力，提高打撈成功率。該井防砂管柱結(jié)構如表2所示。

2014年7月底該井開始施工，前4次施工采用切割和增力打撈獨立作業(yè)，后12次采用切割打撈一次管柱作業(yè)?，F(xiàn)場施工情況對比見表3。

由表3可知，前4次施工作業(yè)平均時間28.75h,后12次采用切割打撈一體化施工平均時間12.58h。通過現(xiàn)場施工效果對比分析可以得知：研制的切割打撈一體化管柱，施工工藝簡單可靠，施工成功率100%，在800～1100m井深范圍內(nèi)單次切割打撈施工周期平均縮短16.17h。

5 結(jié)論

1)現(xiàn)場試驗表明，形成的切割打撈一體化管柱工藝簡單可靠，能顯著提高作業(yè)效率，應用前景廣闊。

2)通過提放式坐封機構設計，形成的新式油管內(nèi)割刀，滿足了稠油水平井濾砂管切割、打撈一體化工藝的現(xiàn)場需要。

3)切割打撈一體化技術的應用，能顯著縮短施工周期，加快問題井的產(chǎn)能恢復，同時能大幅節(jié)約作業(yè)成本，在低油價的國際市場環(huán)境下具有極大的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]吳奇.井下作業(yè)工程師手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社，2002.

[2] 李如強，劉練，孟莉，等.哈里伯頓油管切割工藝在塔河油田的應用[J].新疆石油科技，2011，21(1)：48～51.

[3] 馬昌慶，余東合，王濤，等.AE3平26井砂卡管柱打撈處理工藝[J].石油鉆采工藝，2014，36(3)：66～67.

[4] 黃華祥，胡春勤，章桂庭，等.水平裸眼井打撈鉆柱優(yōu)化研究與應用[J].石油鉆采工藝，2013，35(5)：38～41.

[5] 馮志軍，古光平，王華平，等.龍114井高摩阻長落魚事故處理[J].石油鉆采工藝，2013，35(5)：88～90.

[6] 胡素芹.新型井底落物與沉砂清理打撈裝置研究[J].石油機械，2013，41(9)：24～35.

[7] 張成江.可控式套銑打撈一體化工具研制與應用[J].特種油氣藏，2011，18(4)：28～31.

[8] 鄒峰梅，王木樂，綦興龍，等.實體膨脹管切割和打撈一體化管柱研制與應用[J].石油礦場機械，2013，0(10)：81～83.

[9] 張曉濤，何兵，朱大偉.打撈與切割技術在渤海油田大斜度井中的應用[J].中國化工貿(mào)易，2013，5(8)：252～252.

[10] 李貴川，章桂庭，寇聯(lián)星，等.水平井裸眼段防砂管柱水力內(nèi)切割技術探討[J].石油礦場機械，2011，40(8)：68～71.

[編輯] 黃鸝

2016-06-12

王繼強(1985-)，男，工程師，現(xiàn)從事采油及井下作業(yè)工作，1048618100@qq.com。

TE358.1

A

1673-1409(2016)35-0057-04

[引著格式]王繼強，田啟忠.濾砂管分段切割打撈一體化技術研究與應用[J].長江大學學報(自科版), 2016,13(35):57～60.