連續(xù)管速度管柱帶壓起管工藝的改進與應用

趙彬彬，付 悅，白曉弘，田 偉，楊旭東，王曉榮，韓強輝

1中國石油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中國石油江漢機械研究所有限公司

0 引言

連續(xù)油管速度管柱排水采氣技術(shù)以增產(chǎn)效果顯著、投資回收期短、無需維護等優(yōu)點成為長慶氣田三大主體排水采氣技術(shù)之一［1-5］，累計應用達1 000余口井，且隨著低壓、低產(chǎn)氣井逐年增多，應用規(guī)模勢必進一步擴大。當氣井生產(chǎn)至后期，由于氣井能量逐漸衰減，氣井的實際產(chǎn)量低于在用連續(xù)油管的臨界攜液流量時［6-8］，氣井再次出現(xiàn)積液，需要起出連續(xù)油管開展泡排、柱塞等其他排水采氣工藝［9］。針對這種情況，國內(nèi)目前采用的帶壓起管工藝是先帶壓封堵連續(xù)油管上端口，然后利用外卡鎖緊裝置抓住井口裸露的連續(xù)油管上端口，采用吊車上提解卡［10-12］，并將起出的足夠長管子反穿防噴器、注入頭等設備，最后利用連續(xù)油管作業(yè)機連續(xù)起管。目前該工藝需要對解卡后的連續(xù)油管和外卡鎖緊工具一起切割以便反穿設備，工藝復雜，單井作業(yè)耗時近4 d，且整個起管過程中連續(xù)油管僅有一道密封，安全風險高。

1 帶壓起管改進工藝思路

針對原帶壓起管整體工藝安全風險高、效率低的問題，重點從帶壓封堵連續(xù)油管和上提解卡連續(xù)油管兩種關(guān)鍵工藝入手，通過優(yōu)化改進管內(nèi)堵塞器結(jié)構(gòu)設計，降低管內(nèi)堵塞器坐封載荷，提升安全性；通過研制可纏繞式的內(nèi)連接器以及建立管管對接的上提解卡連續(xù)油管工藝，避免了解卡后的連續(xù)油管反穿注入頭、防噴器等設備，又增加了對連續(xù)油管的第二重封堵。

2 管內(nèi)堵塞器結(jié)構(gòu)改進

原管內(nèi)堵塞器坐封載荷達40～50 kN，將其應用于井深大于3 000 m的連續(xù)油管速度管柱井起管作業(yè)時，易導致井口懸掛器卡瓦松脫。創(chuàng)新采用硬度不等的三段式組合密封膠筒設計，如表1中的方案3所示，兩端帶軸向槽的限制膠筒，硬度為80 IRHD，中間光面工作膠筒，硬度為70 IRHD，端面倒角45°防止工作膠筒肩突，坐封載荷降至16.8 kN，密封壓力保持35 MPa。

表1 5種不同密封膠筒組合方式下管內(nèi)堵塞器坐封載荷測試

對管內(nèi)堵塞器增加摩擦片設計，通過摩擦體與連續(xù)油管內(nèi)壁產(chǎn)生的均勻摩擦確保錨爪與管體產(chǎn)生軸向相對滑動，進而順利撐開錨爪錨定在連續(xù)油管內(nèi)壁。改進前后的管內(nèi)堵塞器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 內(nèi)連接器設計

原帶壓起管工藝中，安裝外卡瓦拉拔器上提連續(xù)油管解卡后，由于拉拔器外徑較大［10］，解卡后的連續(xù)油管無法直接穿過注入頭、防噴器等設備，故改用內(nèi)連接方式，并對比測試卡瓦式、凹坑式、滾壓式的抗拉載荷、安裝工藝以及起管所需載荷等技術(shù)參數(shù)，如表2所示，優(yōu)選滾壓式，其具有抗拉載荷大、安裝簡單的特點。

表2 內(nèi)連接方式對比

內(nèi)連接器端部設計漸深式環(huán)形滾壓槽與連續(xù)油管滾壓連接，每條環(huán)形槽分別承擔軸向載荷，如表3室內(nèi)對比測試結(jié)果所示，方案5，即采用三槽式設計且槽深為1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm時，連接器抗拉載荷最大，高于起管所需1.2倍載荷。

內(nèi)連接器采用膠筒壓縮式密封結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)中心軸螺母壓縮膠筒對連續(xù)油管進行第二重密封，其具體結(jié)構(gòu)見圖2。模擬連續(xù)油管作業(yè)機滾筒的弧度進行彎曲前后密封試驗對比，連接器密封壓力均達35 MPa，與管內(nèi)堵塞器對連續(xù)油管的密封壓力一致。

圖2 改進前后的管內(nèi)堵塞器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 內(nèi)連接器結(jié)構(gòu)示意圖

4 現(xiàn)場應用

連續(xù)油管速度管柱帶壓起管改進工藝原理：首先，利用連續(xù)油管作業(yè)機將改進后的管內(nèi)堵塞器打入井筒中的連續(xù)油管內(nèi)部，具體打入方式與傳統(tǒng)工藝相同［10］。其次，利用內(nèi)連接器將井筒中的連續(xù)油管上端口和作業(yè)機滾筒上預置的連續(xù)油管下端口相連接（見圖3），采用連續(xù)油管作業(yè)機注入頭夾持預置的連續(xù)油管上提解卡，待取出懸掛卡瓦后，繼續(xù)利用注入頭自動牽引從井筒中起出的連續(xù)油管通過防噴器、注入頭等設備，實現(xiàn)連續(xù)起管，一并解決了井筒中的連續(xù)油管上提解卡和起出管回纏滾筒問題。采用改進的起管工藝，將復雜、高風險的帶壓起管作業(yè)轉(zhuǎn)化為常規(guī)的連續(xù)油管作業(yè)，2017～2018年，采用該工藝在長慶氣區(qū)開展了10口井現(xiàn)場應用，單井作業(yè)用時2 d，施工效率提升50%。

圖3 管管對接起管工藝示意圖

5 結(jié)論

（1）優(yōu)化改進了管內(nèi)堵塞器結(jié)構(gòu)，采用硬度不等的三段式組合密封膠筒設計大幅降低管內(nèi)堵塞器坐封載荷，又防止工作膠筒肩突。

（2）研發(fā)兼有連接和密封連續(xù)油管的內(nèi)連接器，實現(xiàn)了井筒中的連續(xù)油管與作業(yè)機上預置的連續(xù)油管之間的管管對接，同時又增加了對井筒中連續(xù)油管的第二重封堵。

（3）建立以管管對接為核心的連續(xù)油管速度管柱帶壓起管工藝，統(tǒng)一解決速度管柱上提解卡和起出管回纏滾筒問題，實現(xiàn)連續(xù)油管上提解卡、正穿設備、連續(xù)起管的一體化，顯著提高現(xiàn)場作業(yè)的安全性和效率，為蘇里格氣田、大牛地氣田等類似規(guī)模應用速度管柱排水采氣的氣井后期帶壓起管起到了良好的引領示范作用。