井下作業(yè)施工井口密封技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用

劉海明

(中國(guó)石化江蘇油田工程技術(shù)服務(wù)中心，江蘇揚(yáng)州 225200)

1 問(wèn)題的提出

在沖砂、鉆磨銑工作中，井口需要安裝高壓密封裝置密封井口，原有密封工具是老式桶形高壓自封(高度35 cm)。由于過(guò)去井口沒(méi)有安裝防噴器，老式桶形高壓自封是安裝在井口大四通上平面，井口操作影響不大；隨著防噴器安裝，井口操作高度整體增加50 cm以上，給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)較大難度，沖砂、鉆磨更換單根操作困難，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)不按要求施工現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，存在嚴(yán)重安全隱患，且老式自封密封效果差，沖洗鉆磨易出現(xiàn)井口泄漏現(xiàn)象，造成井口環(huán)境污染。研究應(yīng)用新型密封裝置降低現(xiàn)場(chǎng)操作難度，提高密封效果，對(duì)提高井控安全、環(huán)保水平和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)施工效率都具有重要意義。

2 井口密封技術(shù)研發(fā)

2.1 整體式密封膠芯研制

為了解決原有沖砂自封高度過(guò)高，影響井口操作問(wèn)題，設(shè)計(jì)整體式膠芯，放置于防噴器內(nèi)腔，有效降低高度。膠芯的內(nèi)部設(shè)計(jì)為鼓形結(jié)構(gòu)，外部為弧形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)計(jì)了“U”鋼絲相串的加強(qiáng)筋，以提高膠芯壽命(圖1)。

圖1 膠芯結(jié)構(gòu)示意

主要技術(shù)參數(shù)：靜密封壓力12 MPa;動(dòng)密封壓力10 MPa;整體高度15 cm。

2.2 低壓正沖砂、鉆磨銑井口密封工藝

采用螺桿鉆鉆灰、套管除污及正沖砂時(shí)，在井口密封工具是高壓自封裝置，該自封裝置高度35 cm，安裝復(fù)雜，隨著井口防噴器安裝后，老式井口高壓自封給井口操作帶來(lái)較大難度。由于正循環(huán)沖洗時(shí)高壓修井液是從油管進(jìn)入，從油套環(huán)空返出，出口壓力低，此時(shí)井口密封就不需要復(fù)雜的高壓密封設(shè)備，而鉆磨、正沖砂工作量占全部循環(huán)沖洗工作量80%以上，而不到20%的循環(huán)沖洗工作采用反沖方式，因此研究了對(duì)半式低壓密封殼體(圖2)。安裝后整體高度僅4 cm，完全可滿足正循環(huán)沖洗對(duì)井口壓力密封及強(qiáng)度要求。

圖2 對(duì)半式低壓密封殼體

2.3 高壓反沖砂井口密封殼體研制

2.3.1高強(qiáng)殼體設(shè)計(jì)

由于正循環(huán)使用的自封殼體為雙半式簡(jiǎn)易殼體，總體厚度僅4 cm，設(shè)計(jì)強(qiáng)度只能承受4 MPa壓力，不能在高壓下使用，而有些井需要進(jìn)行反洗沖砂施工，自封承受高壓。而安裝老式高壓自封裝置及更換膠芯復(fù)雜，且井口高度過(guò)高。因此研制了對(duì)半式高壓自封殼體，膠芯仍采用正沖砂應(yīng)用的整體膠芯。高壓自封殼體與低壓殼體結(jié)構(gòu)類似，主要是對(duì)殼體進(jìn)行了加厚，主體受力部位與采油樹(shù)法蘭一樣，法蘭盤厚度為4.5 cm，連接螺栓采用250采油樹(shù)法蘭連接螺栓，完全滿足強(qiáng)度要求?？傮w高度設(shè)計(jì)為10 cm，比老式自封裝置降低了25 cm，同時(shí)因?yàn)槭请p半式結(jié)構(gòu)，安裝簡(jiǎn)單、方便。

2.3.2調(diào)偏工藝設(shè)計(jì)

因連接螺栓為采油樹(shù)大螺栓，較長(zhǎng)，中間若沒(méi)有凸出平臺(tái)，將無(wú)法坐吊卡。為此，設(shè)計(jì)了一凸出環(huán)，作為坐吊卡平臺(tái)，同時(shí)利用這一平臺(tái)，可解決井口不正造成密封失效問(wèn)題，在圓環(huán)形平臺(tái)內(nèi)部設(shè)計(jì)安裝調(diào)偏扶正環(huán)，采用四頂絲調(diào)節(jié)，且頂絲螺孔設(shè)計(jì)為四方孔，與旋塞閥尺寸相符，可用現(xiàn)場(chǎng)旋塞閥扳手進(jìn)行調(diào)節(jié)，無(wú)需另配，方便實(shí)用，見(jiàn)圖3。

圖3 高壓殼體調(diào)偏結(jié)構(gòu)

3 技術(shù)特點(diǎn)

a)該裝置設(shè)計(jì)為分體式,使現(xiàn)場(chǎng)安裝、拆卸更為方便、安全、快速。

b)該自封裝置體積小,能夠配合手動(dòng)、液壓防噴器使用,可安全、快速地進(jìn)行開(kāi)關(guān)井操作。

c)自封芯子采用鋼圈骨架與耐磨聚脂材料硫化而成,通過(guò)油管接箍時(shí)有較好的收縮和抱緊作用,同時(shí)也增加了自封心的強(qiáng)度。

d)該裝置具有保護(hù)防噴器上平面功能，方便起下作業(yè)時(shí)擺放油管吊卡。

e)膠芯設(shè)計(jì)為鼓形結(jié)構(gòu)，可在接箍通過(guò)時(shí)膠芯被外撐過(guò)程中起到補(bǔ)償作用，提高膠芯壽命。

f)能有效防止井下落物,保護(hù)井口,實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

g)高壓殼體具有可調(diào)偏功能，大大提高了密封效果。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與效果

4.1 低壓正沖裝置的應(yīng)用

在整體膠芯研制成功后，首先在江蘇油田真49井注水井進(jìn)行了應(yīng)用，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該井需用螺桿鉆具帶梨形磨鞋對(duì)套管進(jìn)行清污，清污位置1 947-2 017 m。安裝低壓自封裝置后，開(kāi)泵正循環(huán)清洗除污，井口不漏，試驗(yàn)成功。隨后在30多口井進(jìn)行了成功應(yīng)用，淘汰了笨重的老式高壓自封。其中真165井、黃88-39井分別鉆磨進(jìn)尺達(dá)1000.33 m和1001.54 m，僅使用整體膠芯各一個(gè)，創(chuàng)造了單個(gè)膠芯密封壽命的記錄，提高了施工效率，節(jié)約了成本。

4.2 高壓自封裝置的應(yīng)用

反沖砂高壓自封殼體研制成功后，在真34-1井進(jìn)行了應(yīng)用，該井為壓裂后沖砂，最大井斜39.2°，井深2 420 m，根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用反沖砂方式?jīng)_砂。安裝新式高壓自封殼體，調(diào)偏對(duì)中完成后，起動(dòng)水泥車反打壓，最高壓力9 MPa，井口不刺不漏，成功實(shí)現(xiàn)動(dòng)密封，過(guò)油管10根，沖出井內(nèi)100 m壓裂砂。隨后在真193進(jìn)行了反沖砂，最大壓力6 MPa，不刺不漏，應(yīng)用成功，進(jìn)一步表明該裝置能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)要求。

5 結(jié)論

a)研制的自封裝置具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便特點(diǎn)，能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)快捷操作要求。

b)研制的自封裝置具有預(yù)防井口落物、保護(hù)防噴器法蘭上平面、起油管刮油及井口扶正等四大功能。

c)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中表明，能提高井控快速響應(yīng)速度，減輕工人操作難度，具有較好安全效益，同時(shí)新型膠芯設(shè)計(jì)可靠、耐用，節(jié)省了更換膠芯的成本，且在3MPa低壓起下管作業(yè)中使用具有防噴、防污染效果，具有較好經(jīng)濟(jì)效益。

d)研發(fā)的沖砂、鉆磨銑井口低、高壓兩種密封裝置比原有自封裝置有著很大優(yōu)勢(shì)，目前已在沖砂、鉆磨、低壓起下管柱密封井口等作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)全面推廣，可以替代原自封裝置,具有推廣應(yīng)用前景。

6 參考文獻(xiàn)

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