防噴器閘板導(dǎo)向塊損傷連續(xù)油管案例及應(yīng)對(duì)措施

孫厚俊

中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司 井下作業(yè)分公司（黑龍江 大慶 163112）

連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，已廣泛地應(yīng)用于油氣井勘探開發(fā)生產(chǎn)的各領(lǐng)域。隨著油氣井勘探開發(fā)的深入，大角度位移井、水平井等特殊結(jié)構(gòu)井?dāng)?shù)量的不斷增加，井下作業(yè)施工難度不斷增大，對(duì)連續(xù)油管裝備的性能提出了更高的要求[1-3]。連續(xù)油管的損傷直接影響其使用壽命，易造成斷裂，增加作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 連續(xù)油管損傷情況

自2021年開始施工以來(lái)，連續(xù)油管隊(duì)伍進(jìn)行底封拖動(dòng)大規(guī)模壓裂作業(yè)施工，單支隊(duì)伍每月可施工3～4口井。施工進(jìn)行45 d的時(shí)間，共出現(xiàn)了3次連續(xù)油管損傷的情況。2021年1月4日施工的Z12-P3井在第84層壓裂施工結(jié)束后，上提連續(xù)油管準(zhǔn)備施工第85層，當(dāng)上提到1 862.2 m處發(fā)現(xiàn)管柱有損傷（圖1）。2月6日施工的GF7-058井在第13層施工結(jié)束后，上提連續(xù)油管至第14層施工時(shí)，反復(fù)坐封失敗。準(zhǔn)備更換工具重新施工，當(dāng)上提至1 825.0 m時(shí)發(fā)現(xiàn)連續(xù)油管損傷（圖2）。2月20日施工的Z12-P4井在下壓裂工具的過(guò)程中，當(dāng)連續(xù)油管下至2 775.2 m時(shí)發(fā)現(xiàn)連續(xù)油管本體損傷有刺漏現(xiàn)象（圖3）。

圖1 施工Z12-P3井時(shí)的損傷處

圖2 施工GF7-058井時(shí)的損傷處

圖3 施工Z12-P4井時(shí)的損傷處

三次連續(xù)油管損傷處的形態(tài)均為邊長(zhǎng)約15 mm的三角狀，且一條印痕較明顯，油管損傷處變形，最小外徑55 mm，最大外徑64 mm。其中施工Z12-P4井的連續(xù)油管損傷處為焊縫位置，是管體較為薄弱的部位，損傷導(dǎo)致焊縫開裂、刺漏。

2 原因分析

2.1 施工工藝

井下作業(yè)施工現(xiàn)場(chǎng)在底封拖動(dòng)壓裂作業(yè)時(shí)，每段施工井下工具串均需要坐封，現(xiàn)場(chǎng)操作人員操作設(shè)備使注入頭提供30~40 kN的下壓力，此時(shí)連續(xù)油管在井下呈微螺旋狀，模擬示意圖如圖4所示。井口位置也存在一定彎曲。由于連續(xù)油管自身應(yīng)力原因，其在井控閘板防噴器中靠向防噴器通徑的邊緣。

圖4 連續(xù)油管在井下彎曲示意圖

2.2 注入頭

注入頭作為連續(xù)油管裝置最為重要組成之一，其正常工作時(shí)，夾持裝置直接夾緊連續(xù)油管，并均勻控制其提升和下放速度。注入頭在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，可能會(huì)導(dǎo)致連續(xù)油管擠壓變形。損傷的連續(xù)油管也發(fā)現(xiàn)了注入頭卡瓦的壓痕（圖5），與造成刺漏的損傷痕跡不符，檢查注入頭與夾持塊未發(fā)現(xiàn)異常。

圖5 連續(xù)油管卡瓦壓痕

2.3 井控防噴器

井控防噴器的工作原理是利用液壓推動(dòng)活塞、活塞桿帶動(dòng)閘板沿滑軌動(dòng)作，使井控防噴器的閘板關(guān)閉或打開[4]。從連續(xù)油管損傷所形成的印痕判斷，損傷管柱的物體應(yīng)為相同物體。根據(jù)對(duì)油管損傷位置的長(zhǎng)度估算，所有油管損傷處，均在封隔器坐封后半封閘板關(guān)閉位置。由此判斷連續(xù)油管損傷為井控防噴器半封閘板導(dǎo)向塊所致。

連續(xù)油管井控閘板防噴器每塊半封閘板上有一個(gè)導(dǎo)向塊（圖6），用來(lái)將不居中的連續(xù)油管引入至井控防噴器半封閘板中心密封段中[5-6]。井下作業(yè)施工過(guò)程中在管柱不居中的情況下關(guān)閉井控防噴器半封閘板，這兩個(gè)導(dǎo)向塊都會(huì)與連續(xù)油管本體發(fā)生摩擦和相互作用，正常情況不會(huì)對(duì)管柱造成損傷。

圖6 井控防噴器半封閘板示意圖

井控防噴器閘板開關(guān)的控制使用連續(xù)油管設(shè)備動(dòng)力，由兩個(gè)液壓油缸進(jìn)行控制，半封閘板的關(guān)閉存在不同步情況。如圖7所示，井控防噴器半封閘板正常情況下同時(shí)關(guān)閉。即使井控防噴器一側(cè)半封閘板先行關(guān)閉，在導(dǎo)向塊有效且管柱可以進(jìn)行水平移動(dòng)的情況下，連續(xù)油管將順利引入閘板密封段中。

圖7 井控防噴器半封閘板關(guān)閉示意圖

連續(xù)油管在注入頭30~40 kN壓力作用下，位置緊貼井控防噴器通徑邊緣，且在半封閘板關(guān)閉位置（圖8）。連續(xù)油管所受的橫向推力f1=fsinθ，橫向推力為3.9~5.2 kN。

圖8 連續(xù)油管受力分析示意圖

在此情況下關(guān)閉閘板，當(dāng)閘板體導(dǎo)向塊接觸連續(xù)油管實(shí)施導(dǎo)向功能時(shí)，由于連續(xù)油管在水平方向無(wú)法產(chǎn)生位移[7-8]。此時(shí)導(dǎo)向塊與連續(xù)油管接觸力F=P/S，閘板開關(guān)的壓力強(qiáng)度21 MPa，導(dǎo)向塊與連續(xù)油管接觸面積S=9.7×10-5m2，最大接觸力F為2.2×108kN。這時(shí)即使接觸力增大也無(wú)法使連續(xù)油管引入閘板密封段中。半封閘板在液壓力的作用下繼續(xù)關(guān)閉，導(dǎo)向塊前端面與連續(xù)油管進(jìn)一步接觸、擠壓，在超過(guò)連續(xù)油管抗外擠壓力5.5×107kN時(shí)導(dǎo)致其損傷。

3 應(yīng)對(duì)措施

3.1 更換井控防噴器閘板

事件發(fā)生后，連續(xù)油管井控防噴器送回井控車間進(jìn)行檢查，井控防噴器閘板經(jīng)井控車間拆解后發(fā)現(xiàn)兩塊半封閘板導(dǎo)向塊均有堆積，密封膠件有破損。從閘板防噴器拆解后可以看出，經(jīng)過(guò)擠壓后的閘板體導(dǎo)向塊前端面局部已經(jīng)變形，導(dǎo)向角已經(jīng)破壞，繼續(xù)使用會(huì)影響其導(dǎo)向作用（圖9）。需更換閘板體并進(jìn)行檢修，恢復(fù)其導(dǎo)向功能。

圖9 井控防噴器半封閘板導(dǎo)向塊

3.2 加裝扶正防噴器

在連續(xù)油管現(xiàn)有的井控防噴器下部加裝單閘板扶正防噴器[9-10]（圖10）。扶正防噴器通徑與原井控防噴器一致，扶正防噴器閘板前端安裝半圓形耐磨扶正塊，在閘板打開狀態(tài)下，不影響工具串通過(guò)。坐封井下工具時(shí)，先關(guān)閉扶正防噴器，現(xiàn)場(chǎng)操作人員再操作設(shè)備使注入頭提供下壓力，工具坐封。

圖10 扶正防噴器意圖

3.3 嚴(yán)格施工操作

底封拖動(dòng)壓裂工藝所使用的工具，在下壓力作用下就可實(shí)現(xiàn)坐封。工具坐封的載荷與管柱的自重有關(guān)，施工操作時(shí)嚴(yán)格控制坐封載荷，根據(jù)管柱自重調(diào)整注入頭下壓力，而不是固定在30~40 kN。較小的下壓力使連續(xù)油管的彎曲度減小，即使連續(xù)油管在井控閘板防噴器中靠向內(nèi)通徑的邊緣，在導(dǎo)向塊的作用下，連續(xù)油管進(jìn)行水平移動(dòng)，可將連續(xù)油管順利引入閘板密封段中。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

連續(xù)油管設(shè)備在現(xiàn)有的井控防噴器下部加裝單閘板扶正防噴器后，施工時(shí)先關(guān)閉扶正防噴器后再下壓管柱使工具坐封。扶正防噴器直接與連續(xù)油管井控防噴器相連接，連續(xù)油管在井控防噴器通徑內(nèi)基本居中，關(guān)閉半封閘板時(shí)不會(huì)損傷連續(xù)油管。

加裝單閘板扶正防噴器的連續(xù)油管設(shè)備在L4A隊(duì)伍試驗(yàn)施工4口井，歷時(shí)29 d，平均每口井施工32層，實(shí)施下壓65~70次，未發(fā)生連續(xù)油管損傷的情況。在之后的底封拖動(dòng)壓裂工藝施工過(guò)程中一直按照關(guān)閉扶正防噴器→下壓管柱→關(guān)閉井控防噴器的操作步驟進(jìn)行。

5 結(jié)論

1）加裝扶正防噴器后，進(jìn)行底封拖動(dòng)壓裂工藝施工時(shí)，扶正防噴器作為工作防噴器，允許在閘板關(guān)閉的情況下上提或下放連續(xù)油管。施工時(shí)在連續(xù)油管自由狀態(tài)下（油管基本居中）關(guān)閉扶正防噴器閘板，再下放連續(xù)油管，避免井控防噴器閘板對(duì)連續(xù)油管的損傷。

2）加裝扶正防噴器后，在關(guān)閉井控防噴器半封閘板時(shí)，閘板導(dǎo)向塊可完全發(fā)揮其導(dǎo)向功能，無(wú)需進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)導(dǎo)向塊結(jié)構(gòu)，更換半封閘板，原連續(xù)油管井控防噴器半封閘板可繼續(xù)使用，節(jié)約生產(chǎn)成本。

3）繼續(xù)對(duì)扶正防噴器進(jìn)行改進(jìn)，如使其能代替壓裂井口，原連續(xù)油管井控防噴器僅用于緊急情況下關(guān)閉井口使用，將更加符合井控技術(shù)要求。同時(shí)也應(yīng)減少壓裂施工過(guò)程中，井控防噴器閘板上下壓力不平衡時(shí)打開閘板對(duì)井控防噴器的損壞。