水平井打撈工具的選擇與設(shè)計

孟強

[摘 要]本文針對水平井彎曲井段的特性，分析了管柱受力情況，對打撈難點進行了分析，提出了打撈工藝技術(shù)，主要從打撈工具選擇，打撈工具外徑和長度設(shè)計，打撈鉆柱選擇等三個方面來進行把控，從而提高打撈的成功率，減少意外施工事故的發(fā)生。

[關(guān)鍵詞]水平井；特征分析；打撈工具；設(shè)計

中圖分類號：TE358 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）11-0031-01

1 水平井所具有的特性研究

對于水平井彎曲井段可看作是由井斜角不同的多邊形組成，這是水平井的特點。受重力作用，水平井與直井相比有如下特點：

①油層砂粒更易進入井筒，形成長井段的“砂床”，嚴重時形成砂堵井眼。

②井內(nèi)管柱貼近井壁低邊，“鐘擺力”F獲得平衡。

長井段“砂床”中的管柱，受“鐘擺力”和磨擦力的雙重作用，更易形成卡鉆，所以水平井解卡打撈成為常見的井下作業(yè)之一，是修井作業(yè)首要解決的問題之一。

1.1 水平井管柱受力分析

水平井修井井下管柱受力比較復雜，定量分析水平井管柱施工中的受力，建立合理的理論模型是必要的。它有利于選擇合理的修井方式和管柱。

1.2 水平井打撈的難點

通過水平井管柱受力分析可以得出水平井打撈存在以下難點：

（1）水平井內(nèi)由于造斜段和水平段的磨阻，使得井口的上提力無法有效傳遞到井下水平段內(nèi)，同時出于保護套管的原因，在直井中普遍采用的大力上提、活動解卡等打撈工藝技術(shù)水平井中實施效果變差。

（2）同樣由于造斜段和水平段磨阻的影響，井口扭矩也無法有效傳遞到井下水平段，因此在水平井實施常規(guī)的套銑時扭矩不能有效的傳遞到井底、倒扣時中和點無法準確掌握等這些常規(guī)打撈工藝實現(xiàn)比較困難。

（3）尤其是對于防砂管柱，一般直井防砂管柱長度只有幾米至十幾米，而水平井水平射孔段比較長，因此濾砂管也比較長，一般長度為幾十米以上，有的甚至長達幾百米。幾乎每根濾砂管均帶有扶正器，在扶正器處有變徑，這也增加了打撈、解卡的難度。

2 水平井打撈工藝

2.1 打撈工具的選擇

（1）盡可能選擇可退式工具

盡可能選擇可退式打撈工具，當撈獲落魚不能解卡時可以順利退出工具。當受到條件限制選用不可退工具時，下井管柱應配有安全接頭。

（2）防止工作部件的磨損。

工作部件的磨損是直接影響到打撈成功與否的關(guān)鍵，因此必須采取措施防止工作部件的磨損。通常要加扶正器加以扶正以防止機件的磨損。

（3）防止堵塞水眼。

工具在下井過程中由于受到井身結(jié)構(gòu)的影響，水眼很容易被套管壁上的垢、銹、沉砂等臟物堵塞，因此如何避免水眼堵塞是必須解決的問題。

2.2 打撈工具最大外徑和長度設(shè)計

打撈管柱能否順利下入到油層設(shè)計位置，取決于工具能否順利通過造斜段和水平段。在水平井套管內(nèi)徑確定的條件下，造斜段由于曲率半徑對工具通過時最大長度和外徑給予限制，為了保證打撈管柱不被破壞，應進行驗證計算。

假設(shè)打撈工具為剛體則

公式整理可得出

式中： Lmax—修井工具管能夠通過造斜段最大長度m

R—水平井曲率半徑m

D—套管內(nèi)徑m

d—打撈工具外徑m

α—最大平均造斜度°

一般

L—彎曲段單位長度m

?。害痢?5°，通常中曲率半徑水平井α≤35°

7in套管：D=0.1597m d=0.140m 則Lmax=4.47m

51/2in套管：D=0.12426m d=0.116m 則Lmax=2.90m

根據(jù)上述公式可以計算出下井工具的最大外徑，從中可以看出套銑在水平井中不宜使用，只能根據(jù)現(xiàn)場的實際情況選擇能夠下入的工具，使得落井管柱與打撈工具的偏心距基本一致，中心線基本一致，否則應根據(jù)計算給予調(diào)節(jié)。再有內(nèi)撈時工具端部需有引錐，外撈時工具端部有拔鉤，外表面無死臺階，防止掛卡現(xiàn)象發(fā)生。下井工具的外表面一般不準鑲焊硬質(zhì)合金、敷焊鎢鋼粉等硬質(zhì)合金等堅硬物，若必要時應小于最大工具外徑2-3mm。

2.3 打撈鉆柱的選擇

（1）無需大力解卡打撈落井管柱時，選用與落井管柱同尺寸的鉆柱，以便于能夠保持水平段中打撈鉆柱與落魚的偏心距和中心線一致，有利于撈獲。

（2）為利于軸向載荷和扭轉(zhuǎn)載荷的傳遞，可以考慮選用倒裝鉆具，即：下段采用與落井管柱同尺寸的鉆具柱，上段采用大一級的鉆柱。

（3）在鉆柱上近工具處加扶正器，利用鉆柱的彎曲變形來調(diào)節(jié)井下工具傾斜角β（支點T至工具端部中心線與井眼中心線夾角）。以利于抓撈落物。

（4）使用優(yōu)質(zhì)鉆具施工，勤檢查，打撈工具使用一次后就應檢查保養(yǎng)一次以防止工具失效

（5）打撈鉆柱使用2-3次后就應將下井順序倒換一次，防止鉆柱折斷。

2.4 扶正器的選用

根據(jù)幾何原理，三點才能決定一條定形的曲線。因此，三個扶正器保持和井壁三點接觸（雙扶正器時，井下工具相當于下扶正器），從而限制井下工具的側(cè)向移動。鉆柱可看作受集度為q的均布載荷作用的細長桿，由于井壁磨擦力的影響，鉆頭的真實鉆壓是很難了解的，鉆壓對扶正器安放位置影響小，為計算方便不考慮鉆壓的影響，即不考慮鉆柱壓曲而造成的正旋和螺旋彎曲，僅考慮自重作用。鉆柱進入水平段后，由于重力作用將沿著套管下部運行，其受力狀態(tài)如圖（圖中F動力、f摩擦阻力、P管柱重力）。從圖可以看出，鉆柱在水平段運行主要克服套管內(nèi)壁與扶正片間的剛體摩擦阻力，其摩擦系數(shù)與整個打撈工具與套管內(nèi)壁摩擦系數(shù)相比大大減少，且正常情況下，井內(nèi)充滿液體，具有潤滑作用，摩擦系數(shù)更小，完全可以保證工具順利通過水平段到達油層設(shè)計位置。

因此保證配套機具入井過程中，特別是進入造斜段和水平段后不受損傷，并通過扶正能夠順利撈獲落魚，要求下井工具（尤其是內(nèi)撈工具）必須下扶正器，一般要求扶正器外徑尺寸比套管內(nèi)徑小6-8mm。

3 結(jié)束語

綜上所述，在進行水平井打撈過程中，要充分分析水平井特征，在打撈工具選擇過程中要盡可能選擇可退式工具，防止工作部件的磨損，防止堵塞水眼，選擇合適外徑打撈工具和長度，對鉆柱組合進行優(yōu)化，防止工具失效。

參考文獻

[1] 程玉華；張鑫；胡春勤；李強；張建偉.渤海油田裸眼水平井套銑打撈封隔器關(guān)鍵技術(shù)及其應用[J].中國海上油氣.2014-04.

[2] 劉志堯；陳萬林；李還向；王科萌.水平井落井鉆具打撈技術(shù)探討[J].油氣井測試.2015-04.