鎖芯式井下節(jié)流器在蘇里格氣田的應(yīng)用

王 惠， 惠徐寧， 金 偉， 王曉榮， 宋漢華

(1長慶油田分公司油氣工藝研究院 2低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室 3長慶油田分公司第一輸油處 4西南油氣田公司川西北氣礦氣田維修中心)

井下節(jié)流工藝是將節(jié)流氣嘴安裝于油管內(nèi)適當(dāng)位置, 實現(xiàn)井筒內(nèi)節(jié)流降壓的一種工藝措施，已成為蘇里格氣田經(jīng)濟有效開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一[1-3]。目前現(xiàn)場常用的節(jié)流器如彈簧壓縮式節(jié)流器、活塞壓縮式節(jié)流器、機械壓縮式節(jié)流器等在使用過程中暴露出以下問題：投放過程中易誤坐封；膠筒因開關(guān)井壓力變化或腐蝕易失效；因生產(chǎn)過程出砂或井內(nèi)雜物造成卡瓦或膠筒解封，打撈困難[4]。為此，需要進一步開展新型節(jié)流器研究，優(yōu)化提升節(jié)流器的性能指標(biāo)，使之更加適應(yīng)蘇里格氣田現(xiàn)場需求。為此，研發(fā)了鎖芯式井下節(jié)流器。

一、鎖芯式井下節(jié)流器

該鎖芯式井下節(jié)流器投撈方便、坐封可靠、密封性好、壽命長。在坐落短節(jié)中使用，無需卡瓦支撐，不會在投放中途誤坐封；最大外徑小，能順利投放至井下工作筒內(nèi)，打撈時與井壁摩擦較小，易于打撈；受氣井生產(chǎn)出砂及雜物影響小。

1.結(jié)構(gòu)

鎖芯式井下節(jié)流器是一種基于坐落短節(jié)內(nèi)的預(yù)置式節(jié)流器，主要由鎖芯、密封組件及節(jié)流嘴三大部分組成。鎖芯與坐落短節(jié)凹槽完成鎖定；節(jié)流器密封組件與坐落短節(jié)工作筒微間隙復(fù)合密封；節(jié)流嘴控制完井配產(chǎn)產(chǎn)量。

鎖芯式井下節(jié)流器的結(jié)構(gòu)見圖1所示。

在井筒內(nèi)預(yù)留坐落短節(jié)，相當(dāng)于在井內(nèi)預(yù)置一個口袋，用于投放節(jié)流器。坐落短節(jié)結(jié)構(gòu)見圖2所示。

圖1 鎖芯式井下節(jié)流器

圖2 坐落短節(jié)

2.工作原理

(1)坐封原理。鎖芯式井下節(jié)流器也叫坐落式井下節(jié)流器，它是利用其專用投放工具通過鋼絲作業(yè)將節(jié)流器投入坐落短節(jié)內(nèi)，依靠鎖定心軸的鎖塊卡入坐落短節(jié)凹槽內(nèi)實現(xiàn)定位，上提鋼絲，利用震擊器剪切銷釘及棘齒環(huán)，實現(xiàn)投放工具與節(jié)流器脫離，完成節(jié)流器投放[5]。節(jié)流器上的密封組件與坐落短節(jié)的密封面形成良好的密封，氣流從節(jié)流器中部通過節(jié)流嘴節(jié)流后流出。

(2)打撈原理。配套打撈工具在打撈井下節(jié)流器時，打撈狗進入節(jié)流器打撈頸后,使用震擊器向上震擊，如果遇阻、遇卡，可向下震擊剪切打撈工具里的緊急釋放銷釘, 打撈狗退出井下節(jié)流器打撈頸，取出工具串，從而實現(xiàn)安全作業(yè)。

3.材質(zhì)選擇

該鎖芯式井下節(jié)流器選用高聚合物氟橡膠作為密封材料。這種橡膠材料耐高溫、高壓, 更適合在天然氣和有機液體(油、燃料、溶液) 環(huán)境中工作，性能優(yōu)良。

剛體材料采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼, 均經(jīng)過調(diào)質(zhì)和高頻表面處理, 表面粗糙度及硬度達到最佳使用要求。

節(jié)流器氣嘴優(yōu)選鎢鉻合金材質(zhì)，硬度由63提高至78，長度由8 mm增加至12 mm，采用過盈配合技術(shù)，提高抗腐蝕、沖蝕強度。從前試驗效果來看，尚未出現(xiàn)氣嘴因為出砂磨損導(dǎo)致節(jié)流器失效問題。

4.密封機構(gòu)改進

密封圈性能對整個節(jié)流器應(yīng)用成敗非常關(guān)鍵，現(xiàn)場應(yīng)用的多種節(jié)流器，常出現(xiàn)膠筒破裂或者變形嚴(yán)重以至密封失效問題，為此，該鎖芯式井下節(jié)流器設(shè)計了特殊的密封圈裝置，密封圈與工作筒的密封面采用過盈配合，密封及強度更好，增強使用壽命。

5.新型濾砂罩

為了有效防止地層出砂，設(shè)計了一種新型濾砂罩。該濾砂罩主要由濾罩、內(nèi)胎和濾砂網(wǎng)組成，可較好的預(yù)防井內(nèi)出砂，采用不銹鋼材質(zhì)的雙層濾網(wǎng)，可有效過濾井底0.2 mm以上的砂礫。

6.其他功能

該型節(jié)流器底部帶有托掛器變扣，可懸掛壓力計裝置，實現(xiàn)對井底壓力的監(jiān)測。

因井筒內(nèi)預(yù)留坐落短接，除用于投放節(jié)流器以外，在常規(guī)井的施工中還具備以下功能：①將堵塞器下入坐落短節(jié)內(nèi)，進行井筒的封堵作業(yè)，整體管柱的試壓作業(yè)；②依托工作筒進行壓力恢復(fù)監(jiān)測作業(yè)。用堵塞器下懸掛壓力計裝置，將堵塞器坐封在短節(jié)內(nèi)，壓力計監(jiān)測坐落短節(jié)以下層位的壓力恢復(fù)情況。也可通過優(yōu)化井筒結(jié)構(gòu)，在每個層段預(yù)留坐落短節(jié)，為后期的每個層位評價，壓力計封堵測恢復(fù)提供平臺；③用于特種工具的投放。如井下開關(guān)井工具設(shè)定好程序后下懸掛在鎖芯工具下方，當(dāng)鎖芯工具坐封在短接內(nèi)，可實現(xiàn)井下定時開關(guān)井的功能。鎖芯式井下節(jié)流器與傳統(tǒng)式井下節(jié)流器的比較見表1。

表1 鎖芯式井下節(jié)流器與傳統(tǒng)式井下節(jié)流器對比表

二、現(xiàn)場試驗

2011～2013年在蘇里格南區(qū)塊累計投放、打撈鎖芯式井下節(jié)流器166井次，其中投放84井次，打撈50井次，更換32井次。投放施工全部正常，投放性能良好，沒有出現(xiàn)中途誤坐封、開井后失效等問題，膠筒密封性能好。目前所有井都開井生產(chǎn)，使用情況正常，一次打撈成功率在90%以上。其中SN0115-×H井產(chǎn)量最高155 000 m3/d，使用時間最長(工作周期343 d)，因更換氣嘴打撈出節(jié)流器，膠皮密封件完好，氣嘴無損傷。

典型井分析見圖3(井例是無油管生產(chǎn)井)。

(1)SN0145-×1井于2014年5月5日投放鎖芯式井下節(jié)流器開井生產(chǎn)，油壓4 MPa左右，日均產(chǎn)氣量3.5×104m3。氣井通過節(jié)流器生產(chǎn)正常，壓力和產(chǎn)氣量較平穩(wěn)，已經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)300 d以上。

圖3 SN0145-×1井生產(chǎn)動態(tài)曲線

(2)SN0145-×3井于2014年8月12日投放鎖芯式井下節(jié)流器開井生產(chǎn)，油壓4 MPa左右，日均產(chǎn)氣量5×104m3。氣井通過節(jié)流器生產(chǎn)正常，壓力和產(chǎn)氣量較平穩(wěn)，已經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)180 d以上。

三、結(jié)論

(1)鎖芯式井下節(jié)流器改變了卡瓦式節(jié)流器的坐封方式，坐封更可靠。

(2)鎖芯式井下節(jié)流器通過密封圈與工作筒的密封面過盈配合來實現(xiàn)密封，密封性能更好。

(3)鎖芯式井下節(jié)流器進行打撈時，鎖芯解封，節(jié)流器與工作筒脫離后，鎖芯和密封與油管內(nèi)壁有2～3 mm間隙，打撈阻力小，打撈成功率高。

(4)鎖芯式井下節(jié)流器的工作筒需在試氣下生產(chǎn)管柱時施工，因此要對氣井是否使用該節(jié)流器生產(chǎn)進行準(zhǔn)確預(yù)測。

[1]肖述琴，于志剛，商永濱，等.預(yù)置工作筒式井下節(jié)流器研制及應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工,2010,16(4):18-19.

侯國慶.水下防噴器組節(jié)流壓井管線插接器研究現(xiàn)狀.石油機械，2016，44(6)：71-74.

李常友.預(yù)節(jié)流測調(diào)一體化配水技術(shù)研究與應(yīng)用.石油機械,2017, 45(1):90-94.

[4]肖述琴,于志剛,商永濱,等.新型卡瓦式井下節(jié)流器打撈工具研制及應(yīng)用[J].石油礦場機械,2010,39(12):81-83.

[5]胡丹，侯治民，滕汶江，等.新型活動式井下節(jié)流器的研制及應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2014,36(3):123-125.