通過質(zhì)量攻關(guān)提高礫石充填完井篩管打撈成功率的方法研究

劉言理，王曉軒，曲慶利，王曉梅，楊延征，孫景濤，李海偉

1.中國石油大港油田分公司 石油工程研究院 (天津 300280）2.中國石油大港油田分公司 第五采油廠 (天津 300280）3.中國石油大港油田分公司 第四采油廠（灘海開發(fā)公司）（天津 300280）

0 引言

目前大港油田已進(jìn)入開發(fā)中后期，部分礫石充填完井篩管失效的水平井急需治理，特別是灘海區(qū)塊一號島，目前已無新井位，需利用老井進(jìn)行篩管打撈，然后實(shí)施二次完井。對于采用套管射孔懸掛篩管完井的油井，當(dāng)篩管失效后，需要將篩管打撈出井筒，重新下入新的篩管防砂完井。油井長時(shí)間生產(chǎn)后，篩管和套管環(huán)空之間會(huì)堆滿地層砂和充填砂，很多情況下在打撈篩管的過程中這些環(huán)空砂會(huì)卡住篩管，導(dǎo)致打撈失敗，被迫棄置油井。

大港油田灘海區(qū)塊近4年的平均篩管打撈成功率為57.7%，嚴(yán)重制約了油井的后期開發(fā)增產(chǎn)，急需對配套打撈工藝及配套工具進(jìn)行研究優(yōu)化，提高礫石充填完井篩管打撈成功率。為此開展了質(zhì)量攻關(guān)活動(dòng)[1-3]。

1 現(xiàn)狀調(diào)查與目標(biāo)設(shè)定

1.1 完井管柱結(jié)構(gòu)

礫石充填完井管柱結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 礫石充填完井管柱結(jié)構(gòu)

1.2 打撈管柱結(jié)構(gòu)

打撈管柱結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 打撈管柱結(jié)構(gòu)

1.3 打撈工序

礫石充填完井篩管打撈工序如下：

1）施工準(zhǔn)備。向井筒內(nèi)擠入一定量清水，關(guān)井?dāng)U散壓力，使篩套環(huán)空間的砂子變得松散。

2）通井洗井。下入底帶橄欖型通井規(guī)、試壓球座、泄油器，將通井管柱通井至懸掛器頂部，到位后調(diào)整成洗井管柱。反循環(huán)洗井，水泥車大排量洗井直至進(jìn)出口液體一致。

3）套銑。下入套銑筒對篩套環(huán)空進(jìn)行套銑，清除篩套之間的雜質(zhì)、泥沙。

4）內(nèi)沖砂。下入底帶沖管的內(nèi)沖砂管柱內(nèi)沖至篩管末端的絲堵位置，將防砂管柱內(nèi)的雜質(zhì)沖洗干凈。

5）篩套環(huán)空分段封隔沖洗。管柱結(jié)構(gòu)為封隔沖砂裝置+沖管+變扣外加厚油管至井口。進(jìn)行反循環(huán)沖砂作業(yè)，自上而下分段大排量反沖篩管外雜質(zhì)，沖洗至出口無砂為止，起出分段封隔沖洗管柱。

6）下打撈管柱進(jìn)行打撈篩管作業(yè)。撈矛到達(dá)魚頂后下壓20 kN，上提管柱增加21 kN后懸重突降至原懸重，懸掛器解封成功，起出打撈管柱。

2014—2017年，對防砂管撈取施工次數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，平均成功率為57.7%（圖3）。從整體來看，撈取成功率呈逐年穩(wěn)步提升的趨勢，其中2014年撈取成功率僅為50%，2017 年撈取成功率提高到了62.5%，達(dá)到了歷年最佳水平。

通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，撈取井型中244.5mm（9.625″）套管 32 井次，177.8mm（7″）套管 32 井次，139.7 mm（5.5″）套管98 井次。139.7 mm（5.5″）套管井型撈取是近年主要的撈取井型，占比最大（占總次數(shù)比64.47%），但撈取成功率只有47.96%，低于要求的75%。如果能提高主要撈取井型的撈取成功率，就能提高全年整體平均撈取成功率。

圖3 2014—2017年篩管打撈成功率

完井篩管打撈成功率低，嚴(yán)重制約了油井的后期開發(fā)增產(chǎn)，同時(shí)多次重復(fù)撈取大大增加了成本。為提高礫石充填完井篩管打撈成功率，成立了質(zhì)量攻關(guān)小組，攻關(guān)小組通過對影響因素進(jìn)行分析，確定了要因并進(jìn)行改進(jìn)，提升打撈成功率、降低成本。對影響礫石充填完井篩管打撈成功率的主要原因進(jìn)行了分析統(tǒng)計(jì)[4-6]，見表1。

表1 影響礫石充填完井篩管打撈成功率的因素統(tǒng)計(jì)

由表1 可以看出，影響礫石充填完井篩管打撈成功率的主要因素是“撈矛拔脫”，占79.69%，說明這是重點(diǎn)改進(jìn)的不良因素[7]。小組成員經(jīng)討論分析，認(rèn)為有把握解決“撈矛拔脫”的問題，這樣失效防砂管撈取成功率將達(dá)到75%。因此，小組將完井篩管打撈成功率目標(biāo)設(shè)定為75%。

2 原因分析與確認(rèn)

小組成功開展頭腦風(fēng)暴會(huì)議，運(yùn)用關(guān)聯(lián)圖法分析末端因素。針對造成“撈矛拔脫”問題進(jìn)行討論，通過人、機(jī)、料、法、環(huán)進(jìn)行逐項(xiàng)分析，找出了10條末端因素，如圖4 所示。針對末端因素進(jìn)行分析得到要因，確認(rèn)安全接頭拔斷力大、沖砂工具設(shè)計(jì)不合理、撈矛牙強(qiáng)度低及套、銑筒尺寸不合理等要因與非要因，具體見表2。

3 對策制定及實(shí)施情況

3.1 對策制定

小組針對主要原因進(jìn)行了不同的對策方案分析，對每種方案的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、適用性、操作性進(jìn)行論證，并給出了最終的選擇方案。

3.2 實(shí)施情況

圖4 確定末端因素關(guān)聯(lián)圖

表2 要因確認(rèn)表

1）調(diào)整剪釘直徑、個(gè)數(shù)、材質(zhì)。在水平井打撈過程中，管柱摩擦阻力較大，為降低打撈過程中的管柱懸重，需將安全接頭拔斷力降低至30 kN 以內(nèi)。常規(guī)的安全接頭剪釘材質(zhì)為45#鋼，剪釘直徑8 mm，個(gè)數(shù)6 個(gè)，安全接頭拔斷力95 kN；優(yōu)化后的安全接頭剪釘材質(zhì)為黃銅，剪釘直徑6 mm，個(gè)數(shù)4個(gè)，安全接頭拔斷力21 kN，最終實(shí)現(xiàn)安全接頭順利拔斷（圖5）。2）設(shè)計(jì)皮碗沖砂工具。針對沖砂工具設(shè)計(jì)不合理的問題，研發(fā)了皮碗封隔沖砂工具（圖6），皮碗個(gè)數(shù)為4個(gè)，確保沖砂施工安全可靠。原沖

圖5 調(diào)整前后對比圖

砂管柱沒有設(shè)計(jì)沖砂皮碗，無法對篩套環(huán)空的雜質(zhì)和細(xì)粉砂分段沖洗；優(yōu)化后的沖砂管串在沖砂工具外部設(shè)計(jì)了沖砂皮碗，沖砂皮碗將篩管分隔成多段，在篩套環(huán)空和沖砂工具內(nèi)嵌建立了循環(huán)通道。

圖6 沖砂工具改善前后對比圖

3）撈矛牙采用高強(qiáng)度材料。針對撈矛牙強(qiáng)度低的問題，對不同類型鋼材進(jìn)行參數(shù)對比優(yōu)選，加工新型撈矛牙并進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)。優(yōu)選了高強(qiáng)度撈矛牙材料42CrMo，改善后強(qiáng)度達(dá)到了1 080 MPa，并對撈矛結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，如圖7所示。

圖7 撈矛牙改善前后對比圖

4）套銑筒改善前后對比。針對套銑筒尺寸不合理的問題，重新設(shè)計(jì)繪制新型套銑筒結(jié)構(gòu)圖紙，送專家評審后加工樣件，并進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用。新套銑筒長度10 m，壁厚5 mm，如圖8 所示。套銑筒加長至10 m后可以將整根篩管（9.5 m）完全套住，確保篩套打撈過程中有足夠的徑向活動(dòng)空間；同時(shí)套銑筒優(yōu)化為5 mm后變薄，更容易進(jìn)入篩套環(huán)空進(jìn)行套銑作業(yè)。

圖8 套銑筒尺寸改善前后對比圖

4 實(shí)施效果

本次質(zhì)量攻關(guān)活動(dòng)共實(shí)施礫石充填完井篩管打撈38井次，成功撈取31井次，7井次未成功，失效防砂管撈取成功率達(dá)到81.6%，比實(shí)施前平均值提高了23.9%，并且高出目標(biāo)值75%。小組實(shí)現(xiàn)了將礫石充填完井篩管打撈成功率由57.7%提高到75%的預(yù)期目標(biāo)值。小組質(zhì)量攻關(guān)活動(dòng)取得了良好的應(yīng)用效果，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益：即節(jié)約打撈成本=鞏固期實(shí)施井次×(鞏固期應(yīng)用成功率-實(shí)施前應(yīng)用成功率)×(施工作業(yè)成本+工具費(fèi)用)=12×（83.3%-57.7%）×13.0萬元=37.3萬元。

5 結(jié)束語

通過開展質(zhì)量攻關(guān)活動(dòng)，達(dá)到了提高礫石充填完井篩管打撈成功率的目的，研制了新型的安全接頭，優(yōu)化設(shè)計(jì)了沖砂工具，設(shè)計(jì)了高強(qiáng)度的撈矛牙并優(yōu)化了撈矛結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了套銑筒尺寸，確保了現(xiàn)場礫石充填完井篩管打撈應(yīng)用效果和施工成功率，為大港油田提質(zhì)增效、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。