海上速度管柱工具的研制與應(yīng)用

萬宏春，劉信雄

中海油能源發(fā)展股份有限公司 上海工程技術(shù)公司 （上海 200335）

0 引言

海上氣井?dāng)y液能力不足時，速度管柱是一種良好的應(yīng)對措施[1]。速度管柱排液采氣工藝是采用在原有生產(chǎn)管柱內(nèi)下入小直徑管[2]，作為生產(chǎn)管柱，提高氣流速度，提高排液能力。

根據(jù)海上油氣井管柱自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，設(shè)計了一套適用于海上油氣井的速度管柱技術(shù)方案，該方案包括油管內(nèi)懸掛器、懸掛器座封工具、旋轉(zhuǎn)接頭、連接工具、回收工具等關(guān)鍵工具，解決了速度管柱懸掛、速度管柱與懸掛器連接等核心問題[3]，且不影響井下安全閥的正常開關(guān)作業(yè)。

1 速度管柱設(shè)計

1.1 速度管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計

整個速度管柱結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，自下而上分別為：剪切底座、適配接頭、Φ50.8 mm速度管柱、適配接頭、旋轉(zhuǎn)接頭、油管內(nèi)懸掛器、連接工具、座封工具、馬達(dá)頭、旋轉(zhuǎn)接頭、適配接頭、速度管柱，各工具的參數(shù)見表1。

圖1 速度管柱結(jié)構(gòu)示意

表1 速度管柱的具體技術(shù)參數(shù)及主要特點(diǎn)

1.2 工具設(shè)計要點(diǎn)

1）懸掛器能夠坐在Φ88.9 mm油管內(nèi)任何位置，懸掛能力能夠滿足尺寸Φ50.8 mm、長度3 000 m、重量15kN速度管柱下入要求。

2）速度管柱與懸掛器的連接形式。

3）懸掛器的坐封形式。

4）旋轉(zhuǎn)接頭方便速度管柱與懸掛器的連接。

5）懸掛器能夠順利通過井下安全閥；坐封工具能夠?qū)覓炱黜樌?，坐封工具能夠脫手起出?/p>

6）Φ50.8 mm速度管柱下入過程中保證井控安全。

7）懸掛器能夠通過解封工具順利解封起出。

2 室內(nèi)性能測試

根據(jù)海上作業(yè)需求設(shè)計了速度管柱，通過對速度管柱懸掛器密封性能、懸掛器懸掛能力、解封性能等進(jìn)行試驗(yàn)，使設(shè)計工具滿足作業(yè)需求[4]。

2.1 密封性能試驗(yàn)

2.1.1 測試設(shè)備示例

將測試工具放置于Φ88.9 mm油管內(nèi)適當(dāng)位置，上下連接堵頭，通過液壓回路對相關(guān)驗(yàn)封性能進(jìn)行測試（圖2）。

2.1.2 坐封性能試驗(yàn)

坐封性能試驗(yàn)流程：將試壓堵頭和加壓工具、轉(zhuǎn)換接頭、懸掛器連接，并將懸掛器放入Φ88.9 mm油管內(nèi)適當(dāng)位置，油管用2個支撐架進(jìn)行支撐固定，油管另外一端用堵頭封死，進(jìn)行坐封性能試驗(yàn)[5]（圖3）。

圖2 速度管柱懸掛器工作壓力確認(rèn)試驗(yàn)設(shè)備示例

試驗(yàn)步驟：從水壓機(jī)A打壓，觀察加壓工具的伸長情況及水壓變化。注意聽銷釘剪切坐封的聲音（約3～4 MPa），此時壓力劇烈下降，記錄下降前壓力為開始坐封壓力。進(jìn)壓口繼續(xù)打壓，至轉(zhuǎn)換接頭內(nèi)剪切銷釘剪斷（約19～22 MPa），為完全坐封壓力。打壓完成后，卸載壓力，拖出加壓工具及轉(zhuǎn)換接頭，驗(yàn)證加壓工具脫手性能。

重復(fù)3次試驗(yàn)，開始坐封壓力均為3.2MPa，結(jié)束坐封壓力（丟手）為21MPa。根據(jù)3次試驗(yàn)結(jié)果，懸掛器坐封可靠率100%。

2.1.3 驗(yàn)封性能試驗(yàn)

圖3 坐封測試示例

驗(yàn)封試驗(yàn)流程：將內(nèi)含已坐封懸掛器的油管（Φ88.9 mm）兩頭安裝試壓堵頭，油管用2個支撐架進(jìn)行支撐固定，進(jìn)行懸掛器膠皮驗(yàn)封性能測試（圖4）。

試驗(yàn)步驟：從水壓機(jī)A打壓35 MPa，穩(wěn)壓5 min，檢驗(yàn)?zāi)z皮上部驗(yàn)封性能。觀察壓力表壓降，觀察油管后段有無滲漏。

圖4 驗(yàn)封測試示例

將油管堵頭換裝到油管尾部，從水壓機(jī)B重新打壓35 MPa，穩(wěn)壓5 min。觀察壓力表壓降，觀察油管前段有無滲漏，試壓曲線如圖5所示。

圖5 下部驗(yàn)封曲線

試驗(yàn)結(jié)果見表2，根據(jù)3次試驗(yàn)結(jié)果，懸掛器膠皮驗(yàn)封可靠率100%。

表2 驗(yàn)封性能測試

2.2 懸掛器懸掛能力試驗(yàn)

本井采用Φ50.8 mm速度管柱，下入深度3 000 m，根據(jù)計算，速度管柱重量約為15 kN，實(shí)際懸掛器懸掛能力要到達(dá)20 kN。

懸掛能力測試試驗(yàn)流程：將活塞液壓缸和連接桿、加壓工具、轉(zhuǎn)化接頭、懸掛器連接，已坐封的懸掛器置于Φ88.9 mm油管中，油管用2個支撐架進(jìn)行支撐固定，進(jìn)行推力測試（圖6）。

圖6 懸掛能力測試示例

試驗(yàn)步驟：從水壓機(jī)A打壓至25 MPa，通過力傳遞，模擬20 kN推力，推力傳遞至懸掛器卡瓦上，觀察懸掛器有無移動。

試驗(yàn)結(jié)果見表3。根據(jù)3次試驗(yàn)結(jié)果，懸掛器卡瓦懸掛能力可靠率100%。試驗(yàn)證明該懸掛器懸掛能力滿足要求。

2.3 解封試驗(yàn)

解封試驗(yàn)流程：將活塞液壓缸和震擊器、回收工具連接，回收工具插入已坐封的懸掛器中，懸掛器置于Φ88.9 mm油管內(nèi)，油管用2個支撐架進(jìn)行支撐固定，進(jìn)行懸掛器解封試驗(yàn)，此時回收工具卡瓦抓住懸掛器解封環(huán)（圖7）。

表3 懸掛器懸掛能力試驗(yàn)結(jié)果

圖7 解封測試示例圖

試驗(yàn)步驟：從水壓機(jī)B打壓，活塞液壓缸推桿拖動震擊器，往上震擊震擊器，震擊器拖動回收工具，回收工具卡瓦拖動懸掛器解封環(huán)，解封環(huán)銷釘剪切，懸掛器由于剪切環(huán)銷釘剪斷，此時懸掛器處于解封狀態(tài)，卡瓦及膠皮已回收，繼續(xù)從水壓機(jī)B進(jìn)口緩慢打壓拖動回收工具，將懸掛器從Φ88.9 mm油管中拖出，驗(yàn)證懸掛器解封能力。

試驗(yàn)結(jié)果見表4。根據(jù)3次試驗(yàn)結(jié)果，懸掛器解封可靠率100%。

表4 解封試驗(yàn)結(jié)果

3 A9S井應(yīng)用效果

3.1 基本數(shù)據(jù)

海上油氣田某區(qū)塊A9S井為一口開發(fā)側(cè)鉆、自噴單通道生產(chǎn)井，套管組合形式：Φ244.5 mm套管為N80×69.9kg/m×1 452 m+Φ 177.8套管為N80×43.15kg/m×2 900 m，Φ88.9 mm尾管為13Cr-L80×13.69kg/m×（2 437～3 608 m），油管為 Φ 88.9 mm生產(chǎn)油管，內(nèi)徑為Φ76 mm。該井采用單通道小井眼完井技術(shù)，采用Φ88.9 mm生產(chǎn)油管電纜平衡射孔，氣舉造負(fù)壓誘噴投產(chǎn)。速度管柱示意如圖8所示。

3.2 施工過程

1）設(shè)備抵達(dá)海上平臺后，首先進(jìn)行設(shè)備吊裝、就位。

2）組裝速度管柱各個功能試驗(yàn)，通水試壓。

3）下入第一級速度管柱至3 100 m。

4）切割速度管柱，連接懸掛器總成，懸掛器氮?dú)庹驂?5 MPa坐封，環(huán)空驗(yàn)封10 MPa并脫手。

5）下入第二級速度管柱至145 m。

6）切割速度管柱，連接懸掛器總成，懸掛器氮?dú)庹驂?5 MPa坐封，環(huán)空驗(yàn)封10 MPa并脫手。

7）氮?dú)獯驂?5.1 MPa剪切底座，導(dǎo)通速度管柱與地層。

8）恢復(fù)井口。

3.3 應(yīng)用效果

1）A9S井為排水采氣工藝實(shí)施兩級速度管柱，都能夠順利實(shí)施[6]。

圖8 速度管柱示意圖

2）A9S井下入速度管柱以后，平均日產(chǎn)氣15000m3，平均日產(chǎn)液15 m3，每日增加產(chǎn)氣約5 000 m3，產(chǎn)氣量、產(chǎn)液量穩(wěn)定，較作業(yè)前有了明顯改善。

4 結(jié)論與認(rèn)識

1）通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用，證明該速度管柱連接方便、強(qiáng)度合格、密封及懸掛性能可靠，且工具的相關(guān)機(jī)構(gòu)能夠在設(shè)定壓力下準(zhǔn)確動作，充分說明該速度管柱工具設(shè)計合理，具備現(xiàn)場應(yīng)用條件，滿足施工要求。

2）該速度管柱在某氣田A9S井的成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了A9S井的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，為該地區(qū)解決氣井積液問題提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

3）該速度管柱方案的實(shí)施，不影響井下安全閥的正常使用，滿足海上石油井控規(guī)范。