速度管井下懸掛技術(shù)在長(zhǎng)北區(qū)塊的應(yīng)用

劉 磊, 楊 萍, 楊亞濤, 王定峰, 張孝棟, 張于勤

(中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田長(zhǎng)北作業(yè)分公司)

速管柱排水采氣技術(shù)是在井筒中下入連續(xù)油管作為生產(chǎn)管柱，以提高氣井?dāng)y液能力，提高氣井產(chǎn)氣量[3]。目前，速度管柱的基本懸掛類型可分為兩種，即井口懸掛和井下懸掛。井口懸掛作為傳統(tǒng)的懸掛方式，在各大氣田應(yīng)用廣泛。但是速度管井下懸掛的方式在國(guó)內(nèi)卻鮮有使用，與傳統(tǒng)速度管柱工藝不同，速度管井下懸掛工藝只需懸掛指定長(zhǎng)度的連續(xù)油管采用專用懸掛封隔器懸掛于生產(chǎn)管柱內(nèi)，井口采氣樹(shù)不需要進(jìn)一步改造，也無(wú)需增加其高度[4]，且能實(shí)現(xiàn)帶壓下入速度管柱作業(yè)。

一、速度管井口懸掛及井下懸掛的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

速度管井口懸掛是將連續(xù)油管通過(guò)懸掛器懸掛于井口采氣樹(shù)1號(hào)閥門(mén)之上的方式進(jìn)行作業(yè)，其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，目前在各個(gè)氣田應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是：①地面設(shè)施需要修改；②有閥門(mén)不可使用；③沒(méi)有屏障去維修下主閥；④速度管下放時(shí)存在單屏障狀態(tài)。速度管井下懸掛就是將連續(xù)油管懸掛在井口以下一定位置(一般在20 m左右)的油管上(見(jiàn)圖1)，充當(dāng)新的生產(chǎn)管柱，它的缺點(diǎn)和難點(diǎn)是操作懸掛封隔器下入和取出工具。優(yōu)點(diǎn)是：①地面設(shè)施不需要修改；②可以完全操作所有采氣樹(shù)閥門(mén)和油管掛背壓閥；③可以不壓井取出速度管；④連續(xù)油管防噴器全程處于可用狀態(tài)。

二、速度管井下懸掛技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)

速度管井下懸掛和井口懸掛的方式一樣，懸掛器的穩(wěn)定性和可靠性是該技術(shù)成功與否的關(guān)鍵點(diǎn)，懸掛器的操作性更是作業(yè)的一個(gè)難點(diǎn)。因此懸掛封隔器需要有性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單、負(fù)重能力強(qiáng)的特點(diǎn)，井下懸掛設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖2。

圖1 速度管井下懸掛示意圖

圖2 井下懸掛設(shè)計(jì)圖

三、懸掛封隔器結(jié)構(gòu)及工作原理

1. 懸掛封隔器結(jié)構(gòu)組成

速度管懸掛封隔器結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 威德福速度管懸掛封隔器

2. 懸掛封隔器的工作原理

2.1 與速度管的連接

懸掛封隔器利用外卡瓦連接器與連續(xù)油管連接，將速度管懸掛封隔器與帶外卡瓦連接器通過(guò)螺紋順時(shí)針旋轉(zhuǎn)連接、擰緊。上提13 t測(cè)試外接頭抗拉強(qiáng)度，確定連接成功。

2.2 坐封與解封

外購(gòu)商品及勞務(wù)提高生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)上市公司盈利能力明顯。在其他條件不變的情況下，企業(yè)外購(gòu)商品及勞務(wù)每增加1%，其盈利能力下降2.55%，符合稅收理論。外購(gòu)商品及勞務(wù)的增加會(huì)提高企業(yè)盈利能力。外購(gòu)商品及勞務(wù)的增加使稅收減少的同時(shí)盈利能力提高的可能途徑是企業(yè)將節(jié)省下來(lái)的稅費(fèi)等資金外購(gòu)商品和勞務(wù)用于研發(fā)的投入等能提高公司盈利能力方面的投入，導(dǎo)致了外購(gòu)商品及勞務(wù)在降低總稅負(fù)的同時(shí)，提高生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)上市公司的盈利能力。

速度管下到設(shè)計(jì)位置后，緩慢上提連續(xù)油管0.3 m，再緩慢下放連續(xù)油管0.3 m，兩提兩放，切換封隔器到坐封模式；放松懸重到0 kg，確認(rèn)封隔器坐封良好。

輕輕上提連續(xù)油管，確認(rèn)懸掛封隔器通過(guò)垂直上提可以進(jìn)行解封。

3. 懸掛封隔器投放與回收

投放：地面泵壓，通過(guò)GS投放/回收工具(見(jiàn)圖4)，底部的節(jié)流堵塞使工具內(nèi)部產(chǎn)生壓差，工具內(nèi)部活塞機(jī)構(gòu)使撈爪釋放，上提管柱使其與相連的工具脫離，起出GS投放/回收工具。

圖4 GS投放/回收工具

回收：首先確認(rèn)所用GS投放/回收工具是否與被回收工具上的打撈頸配套。下放工具到設(shè)計(jì)深度，坐放GS投放/回收工具使其與被回收工具相連，上提管柱確定釋放爪是否插入內(nèi)打撈頸，如果裝置沒(méi)有插入，重新坐放工具直到確定釋放爪已插入內(nèi)打撈頸。然后上提管柱或向上震擊，回收工具。

四、模型選井及效果預(yù)測(cè)

由于速度管作業(yè)成本高，速度管備選井必須確保效益的最大化[5]。一般選取滿足攜液生產(chǎn)、地層壓力較高，后續(xù)生產(chǎn)能力較強(qiáng)的氣井。為確保選井的準(zhǔn)確性，根據(jù)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征，結(jié)合流壓梯度測(cè)試結(jié)果，依據(jù)一體化數(shù)值模型預(yù)測(cè)速度管下入后的最終生產(chǎn)情況。長(zhǎng)北的4口備選井氣井產(chǎn)量均低于臨界攜液產(chǎn)量，無(wú)法正常連續(xù)生產(chǎn)。根據(jù)一體化數(shù)值模型預(yù)測(cè)的最終結(jié)果，安裝速度管后氣井能夠維持長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)并提高最終采收率，表1從日產(chǎn)氣量及累產(chǎn)的角度對(duì)比總結(jié)4口井間歇性生產(chǎn)(即不安裝速度管)和安裝速度管的差別，增產(chǎn)的效果明顯。

表1 效果預(yù)測(cè)結(jié)果

五、受力分析

1. 封隔器拉力

封隔器作為速度管井下懸掛的關(guān)鍵工具，首先設(shè)計(jì)拉力參數(shù)必須滿足入井速度管的總體重量，以長(zhǎng)北最大下深井CBX2井為例，該井設(shè)計(jì)速度管下入深度3 650 m，根據(jù)鋼級(jí)CT80外徑38.1 mm連續(xù)油管API參數(shù)，入井連續(xù)油管在懸空狀態(tài)下總重4 538 kg，而封隔器的拉力設(shè)計(jì)為48 682 kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足設(shè)計(jì)需要。

2. 封隔器最大設(shè)計(jì)壓差

封隔器的設(shè)計(jì)壓差限定了封隔器的使用條件，最大設(shè)計(jì)壓差必須大于封隔器上下的實(shí)際壓差，長(zhǎng)北速度管井的初始地層壓力為27 MPa，目前地層壓力在10 MPa左右，而封隔器的設(shè)計(jì)最大壓差為35 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

3. 連續(xù)油管強(qiáng)度

速度管作為生產(chǎn)管柱排水采氣，要選擇適合氣井時(shí)間狀況的連續(xù)管[6]，以長(zhǎng)北選用的外徑38.1 mm、內(nèi)徑31.8 mm CT80的連續(xù)油管為例，假設(shè)連續(xù)油管由于某種原因，例如腐蝕導(dǎo)致連續(xù)油管在強(qiáng)度最薄弱處損失了壁厚，考慮極端情況，即損失在連續(xù)油管的最上端，當(dāng)連續(xù)油管壁厚由標(biāo)準(zhǔn)的3.2 mm減少到1.8 mm時(shí)，油管強(qiáng)度恰好平衡于油管重量，可以損失的壁厚為44%。

由于速度管環(huán)空設(shè)計(jì)為活環(huán)空，速度管本身可作為非壓力容器考慮，因此只對(duì)垂直方向的重力進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核，薄弱點(diǎn)為速度管的最上端，此處承載了速度管的全重。以長(zhǎng)北區(qū)塊CBX1井的相關(guān)數(shù)據(jù)核算完井手冊(cè)中提供的API標(biāo)準(zhǔn)的22種連續(xù)油管的力學(xué)數(shù)據(jù)，22種規(guī)格的連續(xù)油管強(qiáng)度均滿足連續(xù)油管本身的重量。使用長(zhǎng)1井的數(shù)據(jù)可以得出同樣的結(jié)論，見(jiàn)表2。

(1)

式中:WCT—連續(xù)油管懸空狀態(tài)下的重量，kg；LCT—連續(xù)油管的長(zhǎng)度，m；G—連續(xù)油管權(quán)重梯度，kg/m；Tde-rating—溫度影響系數(shù)，在107℃條件下取0.95；DF—設(shè)計(jì)系數(shù)，取值1.3。

F=A×σ

(2)

式中:F—拉伸屈服載荷，kg；A—連續(xù)油管的橫截面積，m2；σ—拉伸屈服應(yīng)力，MPa。

4. 油管強(qiáng)度

在只考慮重力加載的情況下，油管的最薄弱處為油管的上端；同時(shí)，速度管安裝之后懸掛于油管，因此油管上端的薄弱處承載了油管本身及速度管的全部重量。對(duì)此薄弱處進(jìn)行驗(yàn)算，即可確定油管強(qiáng)度的是否滿足要求。以CBX1井為例，油管規(guī)格為L(zhǎng)80 ?114.3 mm 18.7 kg/m，油管引斜的垂深為2 906 m。任意截面處計(jì)算的抗拉強(qiáng)度為130 652 kg，油管及速度管計(jì)算的總重為85 459 kg。因此，油管強(qiáng)度滿足懸掛速度管的要求。

5. 速度管上頂分析

速度管安裝之后，在開(kāi)井的狀態(tài)下，速度管封隔器上下會(huì)存在壓差(下部的氣體壓力大于上部的壓力)，此壓差會(huì)產(chǎn)生作用于速度管的上舉力。當(dāng)上舉力大于速度管本身的重力時(shí)，速度管會(huì)有位移上沖的風(fēng)險(xiǎn)；以CBX2井和CBX3井為例，根據(jù)速度管鋼級(jí)的選擇結(jié)果，即CT80 ?38.1mm,2.756 kg/m壁厚3.2 mm，結(jié)合2口井的數(shù)據(jù)，對(duì)正常生產(chǎn)情況以及極端情況下的上頂進(jìn)行了分析計(jì)算，可以看出，根據(jù)假設(shè)以及計(jì)算時(shí)所考慮到的參數(shù)，CBX3井(表3中序號(hào)1、2)可以滿足安全生產(chǎn)，但CBX2的速度管在極端情況下存在上沖風(fēng)險(xiǎn)(表3中序號(hào)3、4)。

對(duì)于速度管位移上沖的風(fēng)險(xiǎn)，可以通過(guò)在懸掛器上部下入限制速度管向上位移的機(jī)械裝置止推環(huán),見(jiàn)表4。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，CBX2、CBX3井都需要安裝向上位移的機(jī)械裝置。

(3)

式中:p1—懸掛封隔器下部的壓力，MPa；p2—井口油壓，MPa；A1—油管內(nèi)徑計(jì)算的面積，m2；A2—連續(xù)油管外徑計(jì)算的面積，m2。

表3 速度管上頂計(jì)算結(jié)果

表4 速度管措施效果

六、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

長(zhǎng)北2017年完成4口井的速度管井下懸掛現(xiàn)場(chǎng)施工。速度管作業(yè)后效果明顯，見(jiàn)表4。以CBX1為例，2017年5月3日～5月6日歷時(shí)4 d完成了速度管的井下懸掛作業(yè)，施工主要分為安裝，試壓，下入管柱、連接工具串，下入懸掛封隔器、坐封懸掛封隔器，液氮打掉泵開(kāi)堵頭，下入止推環(huán)等施工步驟，關(guān)鍵的懸掛器坐封和下入工具脫手工序如下：

(1)懸掛封隔器坐封。平衡半封閘板上下壓力打開(kāi)防噴器半封和卡瓦；下連續(xù)油管至井口以下15 m，兩提兩放坐封懸掛器，釋放懸重至0 kg，確認(rèn)懸掛器坐封。將懸掛器以上的壓力泄至5 MPa，測(cè)試懸掛器密封性，觀察15 min無(wú)變化，坐封成功。

(2)GS脫手。開(kāi)泵打壓至18 MPa，激活GS脫手工具，緩慢上提將GS從懸掛器上脫手。

七、結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)安裝速度管柱之后，氣井井口壓力和產(chǎn)量明顯上升，截止目前生產(chǎn)穩(wěn)定，證明速度管井下懸掛是一種有效的速度管排水采氣工藝。

(2)速度管井下懸掛施工不需要改變地面設(shè)施結(jié)構(gòu)，保留了采氣樹(shù)原有的完整性。

(3)速度管井下懸掛對(duì)速度管的下入時(shí)間要求很高，如下入時(shí)機(jī)不對(duì)會(huì)造成后期的復(fù)產(chǎn)難度，后期應(yīng)加強(qiáng)下入時(shí)機(jī)和復(fù)產(chǎn)方法的研究。