下部小尺寸管柱沖砂工藝及工具研制

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(中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300452)

1 技術(shù)分析

1.1 工藝結(jié)構(gòu)和原理

小尺寸沖砂工藝技術(shù)的井下管柱如圖1，主要由分流封隔器、橋式工具、旋轉(zhuǎn)沖砂工具和雙層管柱組成。該管柱隨鉆桿或油管下入。分流封隔器只在244.5 mm(9英寸)生產(chǎn)套管內(nèi)滑動(dòng)，封隔套管環(huán)空。根據(jù)具體井深結(jié)構(gòu)對(duì)雙層管柱進(jìn)行配長(zhǎng)。分流封隔器、雙層管柱和橋式工具組成液流轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)沖砂液從環(huán)空流入，流經(jīng)雙層管柱[6-7]夾層，通過(guò)橋式工具液流轉(zhuǎn)換到中心管，從旋轉(zhuǎn)沖砂工具噴出，高速流動(dòng)的沖砂液對(duì)井底和側(cè)壁進(jìn)行沖洗。上返的沖砂液通過(guò)橋式工具轉(zhuǎn)換，從雙層管柱的夾層流入到中心管內(nèi)，通過(guò)鉆桿或油管中心上返回地面。實(shí)現(xiàn)上部反循環(huán)，下部正循環(huán)沖砂作業(yè)。

1—鉆桿；2—分流封隔器；3—雙層管柱；4—橋式工具；5—旋轉(zhuǎn)沖砂工具；6—人工井底；7—沉砂；8—防砂管柱；9—177.8 mm(7英寸)頂部封隔器；10—177.8 mm(7英寸)尾管；11—244.5 mm(9英寸)生產(chǎn)套管。

1.2 適用環(huán)境及工藝參數(shù)

1) 244.5 mm(9英寸)套管井。

2) 82.55 mm(3英寸)、120.65 mm(4英寸)、127 mm(5英寸)、139.7 mm(5英寸)小尺寸管柱沖砂。

3) 儲(chǔ)層壓力衰竭，易漏失井。

4) 長(zhǎng)井段沉砂井。

5) 不具備大排量施工泵平臺(tái)完修井作業(yè)，如修井機(jī)平臺(tái)。

6) 適用井斜0～90°。

7) 循環(huán)壓力<20 MPa。

3.對(duì)接“共同方法”成果的國(guó)內(nèi)稅法選擇性轉(zhuǎn)化。中國(guó)國(guó)內(nèi)稅法選擇對(duì)接了“共同方法”成果之行動(dòng)計(jì)劃7、8、9、10和15共5項(xiàng)成果，而AP-BEPS中1和11成果暫時(shí)沒(méi)有對(duì)接。

8) 排量0.4～0.8 m3/min。

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

1) 采用皮碗結(jié)構(gòu)的分流封隔器，入井管柱無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件，可靠性高。

2) 通過(guò)液流轉(zhuǎn)向技術(shù)，實(shí)現(xiàn)上部反循環(huán)，下部正循環(huán)沖砂，沖砂液沖擊力大，小油管攜砂能力強(qiáng)，作業(yè)效率高，成本低，儲(chǔ)保效果好。

3) 沖砂液在雙層管內(nèi)循環(huán)，提高攜砂液速度，不易砂堵、砂卡，攜砂徹底。

4) 用常規(guī)設(shè)備即可完成沖砂作業(yè)，不需專用設(shè)備，易推廣。

2 配套工具

2.1 分流封隔器

表1 分流封隔器技術(shù)參數(shù)

1—上接頭；2—中心管；3—分流短節(jié)；4—皮碗；5—壓環(huán)；6—限位環(huán)；7—鎖環(huán)；8—連接套；9—外套。

2.2 雙層管柱

雙層管由外管部分和內(nèi)管部分組成，結(jié)構(gòu)如圖3，原材料采用常規(guī)油管加工成本相對(duì)低。雙層管柱技術(shù)參數(shù)如表2。每一根雙層管為一個(gè)獨(dú)立的雙層管單元，采用多個(gè)雙層管單元直接連接即能實(shí)現(xiàn)雙層管通道。常規(guī)雙層管柱需下入兩趟，該工具的應(yīng)用能大幅縮短雙層管柱的連接時(shí)間，并為沖砂作業(yè)提供循環(huán)通道。雙層管接箍采取無(wú)臺(tái)階設(shè)計(jì)，可有效降低管串在長(zhǎng)距離水平井段的摩阻。

1—平滑接箍；2—內(nèi)層管上接頭；3—外層管；4—內(nèi)層管。

表2 雙層管技術(shù)參數(shù)

2.3 橋式工具

橋式工具由一個(gè)部件加工制成，結(jié)構(gòu)如圖4。與雙層管中心管扣連接，外壁與雙層管外管配合密封，實(shí)現(xiàn)沖砂液從雙層管夾層流出到中心管，從井底上返液從橋式通道的雙腎形夾層上返到中心管內(nèi)，循環(huán)出井口，橋式工具技術(shù)參數(shù)如表3。

圖4 橋式工具

表3 橋式工具技術(shù)參數(shù)

2.4 旋轉(zhuǎn)沖砂工具

旋轉(zhuǎn)沖砂工具結(jié)構(gòu)如圖5，可以旋轉(zhuǎn)著對(duì)管柱內(nèi)部進(jìn)行清洗，既能沖出管柱內(nèi)的細(xì)砂，又能將該砂粒等雜質(zhì)排出，達(dá)到疏通油層恢復(fù)產(chǎn)層的目的[9-10]。該工具技術(shù)參數(shù)如表4，上端是API標(biāo)準(zhǔn)扣型，與雙層管柱內(nèi)層管柱連接，內(nèi)部有液體流道，下部有13個(gè)不同方向的噴嘴，在高壓沖洗液的作用下，8個(gè)旋轉(zhuǎn)噴嘴提供切向力，促使工具旋轉(zhuǎn)，并沖洗側(cè)面的管柱內(nèi)壁；下部5個(gè)噴嘴向下沖洗，沖洗管柱下部雜質(zhì)；工具內(nèi)部有對(duì)向安裝的單列圓錐滾子軸承，在承受高壓作用下旋轉(zhuǎn)軸推力的同時(shí)，可以減小工具在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的阻力。

1—上接頭；2—密封套；3—旋轉(zhuǎn)密封；4—軸承；5—本體；6—心軸；7—噴頭；8—噴嘴。

表4 旋轉(zhuǎn)沖砂工具技術(shù)參數(shù)

3 典型井沖砂工藝分析

PL19-3油井井深結(jié)構(gòu)如圖6，油井基礎(chǔ)參數(shù)：套管程序244.5 mm(9英寸) 47#,13Cr 3SB, Casing@2 040.6 m+177.8 mm(7英寸)23#, TSH 563 L-80 @2 114.278 m+ 177.8 mm(7英寸)29#, TSH 563 L-80 @2 445 m， 177.8 mm(7英寸)尾管射孔完井，射孔段2 157～2 376.6 m，4個(gè)單層114.3 mm(4英寸)12.6# POROMAX篩管+礫石充填防砂完井防砂，防砂管柱最小內(nèi)徑82.55 mm(3英寸)，最大井斜67.85°@1057.46 m MD，人工井底2 445 m。

產(chǎn)層出砂，油井故障關(guān)停；修井作業(yè)沖砂參數(shù)：起完電泵機(jī)組，測(cè)井筒靜漏失速度為2.1 m3/h，下入沖砂鉆具：52.39 mm(2英寸)引鞋 + 52.39 mm(2英寸)沖管28根 + 變扣(海德里511×310) + 88.9 mm(3英寸)鉆桿 + 變扣(311×410) + 127 mm(5英寸)鉆桿；正循環(huán)排量80～318 L/min，泵壓1.3～5.5 MPa；動(dòng)態(tài)漏速2.7～6.8 m3/h，無(wú)砂粒返出；反循環(huán)排量790 L/min 、壓力4.1～4.8 MPa，監(jiān)測(cè)漏速8.0 m3/h，振動(dòng)篩處收集返出地層砂和陶粒大約0.4 m3，陶粒占95%。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)遇到的復(fù)雜難題，提出一種改進(jìn)的井筒循環(huán)通道,如圖7。針對(duì)循環(huán)通道尺寸變化大、環(huán)形空間截面積大的特點(diǎn)，改變循環(huán)通道，減少孔徑變化量，縮小環(huán)空循環(huán)截面積，增加環(huán)空攜砂能力，下入小尺寸套管，從防砂管柱頂部回接到井口，然后下入小尺寸鉆具進(jìn)行沖砂?；亟犹坠芙M合：插入錨定密封(82.55 mmID)+變扣+127 mm(5英寸)套管(111.96 mmID)×190 m+變扣+139.7 mm(5英寸)17#套管(124.3 mmID)×2 100 m。沖砂鉆具組合：52.39 mm(2英寸)沖管+變扣+2鉆桿。此方法至少需要下入兩趟管柱進(jìn)行沖砂作業(yè)，作業(yè)復(fù)雜，而本文研制的小尺寸沖砂工藝管柱較好地解決了此種井沖砂作業(yè)，只需下入一趟沖砂管柱：48.26 mm(1.9英寸)旋轉(zhuǎn)沖砂工具+73 mm(2英寸)×48.26 mm(1.9英寸)橋式工具+73 mm(2英寸)×48.26 mm(1.9英寸)雙層管柱+分流封隔器+127 mm(5英寸)鉆桿，沖砂液從鉆套大環(huán)空注入，經(jīng)液流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，從旋轉(zhuǎn)沖砂工具正循環(huán)噴出，上返沖砂液經(jīng)橋式工具到?jīng)_砂管柱中心管內(nèi)，循環(huán)出井口，發(fā)揮了正反循環(huán)的雙重優(yōu)勢(shì)，解決了現(xiàn)場(chǎng)難題。

圖6 PL19-3井井身結(jié)構(gòu)

圖7 PL19-3井改進(jìn)的井筒循環(huán)通道

4 結(jié)論

1) 小尺寸沖砂工藝技術(shù)通過(guò)研制液流轉(zhuǎn)換工具，利用雙層管實(shí)現(xiàn)沖砂液流向的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)正、反循環(huán)作業(yè)，作業(yè)效率高，成本低，儲(chǔ)保效果好。若管柱下部帶負(fù)壓舉升泵，效果更佳。

2) 沖砂返出液不進(jìn)入油套環(huán)空，不存在砂卡、砂埋管柱可能性。

3) 現(xiàn)場(chǎng)沖砂修井作業(yè)表明，小尺寸沖砂工藝技術(shù)能夠滿足上部大環(huán)空套管、下部小尺寸防砂管柱井的沖砂需求。小油管攜砂能力強(qiáng)，解決不具備大排量施工的完修井平臺(tái)的沖砂作業(yè)問(wèn)題，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。