雙電潛泵井封隔式Y(jié)-tool工具研究與應用

于志剛，張德政，胡振超，穆永威，楊 波，馬亞鈴

(1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057；2.北京高德維爾科技發(fā)展有限公司，北京 100020)

0 引 言

為經(jīng)濟有效地開發(fā)海上邊際油田，將雙電潛泵生產(chǎn)系統(tǒng)與無修井機簡易平臺相結(jié)合，形成了海上無修井機平臺雙電潛泵生產(chǎn)技術(shù)[1-5]。雙電潛泵技術(shù)采用“一用一備”的模式，即管柱上下2個Y-tool工具各懸掛一套電潛泵機組[6-10]。在實際的生產(chǎn)過程中，受井身結(jié)構(gòu)或井況等因素的影響，電潛泵單流閥閥芯經(jīng)常無法正常復位，當其中一套泵出口處單流閥失效時，啟動另一套機組生產(chǎn)，由于漏失造成液體內(nèi)循環(huán)，導致油井產(chǎn)量大幅下降或者無產(chǎn)出，嚴重時電潛泵機組會由于無法及時散熱而燒毀[11-14]。為此，在常規(guī)Y-tool工具的結(jié)構(gòu)上進行改進，形成了新型封隔式Y(jié)-tool工具。當其中一套電潛泵機組泵出口單流閥發(fā)生漏失，可在其對應的封隔式Y(jié)-tool工具內(nèi)投入封隔套，將該套電潛泵機組隔離，保證另一套機組的正常生產(chǎn)，通過鋼絲作業(yè)即可恢復油井的正常生產(chǎn)，避免動管柱修井作業(yè)，節(jié)約作業(yè)費用，提高生產(chǎn)時率，滿足油藏開發(fā)需要。

1 工藝結(jié)構(gòu)及原理

1.1 海上雙電潛泵生產(chǎn)管柱

為經(jīng)濟有效地開發(fā)海上邊際油田，提高檢泵周期，減少動管柱作業(yè)次數(shù)，電潛泵采油井常常設計為雙泵Y管結(jié)構(gòu)，如圖1a所示。雙電潛泵Y管結(jié)構(gòu)主要由井下安全閥、封隔器、油管、上Y-tool工具、上電泵(帶單流閥)、下Y-tool工具、工作筒、下電泵(帶單流閥)組成。

圖1 海上雙電潛泵井Y管結(jié)構(gòu)

Y-tool工具是海上油井實現(xiàn)不動管柱進行鋼絲、電纜或連續(xù)油管作業(yè)的關(guān)鍵工具[15-17]。普通Y-tool工具結(jié)構(gòu)簡單，如圖2所示，類似三通，上扣連接上油管，下部同心扣連接下油管，下部偏心扣連接電泵單流閥及電泵機組，同心通道和偏心通道中間采用旁通通道連接。作業(yè)時無需起原井管柱，工具串可直接通過Y-tool工具的同心通道下至儲層段進行作業(yè)，極大提高了作業(yè)效率，降低了作業(yè)成本。

正常生產(chǎn)前需進行鋼絲作業(yè)，在工作筒中投入堵塞器。如啟動下泵生產(chǎn)，井下流體通過井筒進入下泵，然后通過下Y-tool工具進入上、下Y-tool工具之間的油管，再通過上Y-tool工具和上部油管采出井口(圖1b藍色箭頭所示流動方向)。由于上電泵帶有單流閥，一般情況下進入上Y-tool工具的流體不會從上電泵單流閥處再回流至井筒。如啟動上泵生產(chǎn)，井下流體通過井筒進入上泵，再進入上Y-tool工具。由于下Y-tool工具工作筒中有堵頭，下電泵帶有單流閥，流體無法向下回流至井筒，可通過上Y-tool工具和上部油管采出井口(圖1c藍色箭頭所示流動方向)。

圖2 普通Y-Tool工具結(jié)構(gòu)示意圖

雙電潛泵井Y管結(jié)構(gòu)正常生產(chǎn)時，部分井由于泵掛較深，井斜較大，電潛泵單流閥閥芯常出現(xiàn)無法完全復位的情況，導致電潛泵單流閥處存在漏點。下泵生產(chǎn)時，上泵單流閥閥芯可能無法完全復位，井下井筒流體通過下泵進入下Y-tool工具和上Y-tool工具后，通過上泵單流閥漏點回流至井筒(圖1b紅色箭頭所示流動方向)，導致下泵工作失效，井下流體無效循環(huán)，井口產(chǎn)液量大幅降低。如上泵生產(chǎn)時，下泵單流閥閥芯可能無法完全復位，井下流體通過上泵進入上Y-tool工具后，通過下泵單流閥漏點回流至井筒，同樣導致流體無效循環(huán)，產(chǎn)液量大幅降低(圖1c紅色箭頭所示流動方向)。

1.2 封隔式Y(jié)-tool工具

針對上述情況，即使改進單流閥的結(jié)構(gòu)和性能，仍無法避免單流閥由于老化或沖蝕而導致的失效問題。因此，對普通Y-tool工具進行了優(yōu)化改進，研制了新型封隔式Y(jié)-tool工具。

在普通Y-tool工具的基礎上，封隔式Y(jié)-tool工具本體上設計了上下2段密封段，配套設計了封隔套。封隔套可通過鋼絲作業(yè)方式投入新型封隔式Y(jié)-tool工具中，通過封隔套鎖緊裝置懸掛在Y-tool工具內(nèi)，由上部和下部2組密封組件將封隔套與Y-tool工具之間存在的縫隙密封，封隔套中間的盲管將井下流體與右側(cè)偏心通道隔離，流體不會回流至單流閥。

在雙電潛泵生產(chǎn)管柱中，可以采用2個新型封隔式Y(jié)-tool工具代替普通Y-tool工具應用，也可僅在上泵應用新型封隔式Y(jié)-tool工具。以上泵采用新型封隔式Y(jié)-tool工具、下泵采用普通Y-tool工具為例進行說明(圖3)。啟下泵生產(chǎn)時，如上泵單流閥閥芯無法正常復位，導致流體漏失，油井無法正常生產(chǎn)，可通過鋼絲作業(yè)將封隔套投入新型封隔式Y(jié)-tool工具中，將流體與右側(cè)旁通通道隔離，避免因上泵單流閥漏失造成無效循環(huán)，流體可全部通過同心通道舉升至井口(圖3a)。

當下泵故障或生產(chǎn)制度調(diào)整，需要啟上泵生產(chǎn)時，可通過鋼絲作業(yè)將上部新型封隔式Y(jié)-tool工具里的封隔套撈出。井下流體通過上泵進入上Y-tool工具，如下泵單流閥閥芯存在無法正常復位的情況，導致流體漏失無效循環(huán)，可在上Y-tool工具下部油管內(nèi)投入油管堵塞器，即可實現(xiàn)井下流體與下部管柱隔離(圖3b)。

2 關(guān)鍵工具

2.1 封隔式Y(jié)-tool工具

封隔式Y(jié)-tool工具結(jié)構(gòu)如圖4所示，在常規(guī)Y-tool工具本體的基礎上，設計了鎖鍵槽，用于鎖緊封隔套。在鎖鍵槽下部，旁通通道上下分別增加了上部密封段和下部密封段，用于封隔套投入鎖緊后上下部的密封，配合封隔套的盲管隔離Y-tool工具旁通通道，避免井下流體向電泵單流閥處漏失。封隔式Y(jié)-tool工具與常規(guī)Y-tool工具外觀、尺寸、扣型基本一致，因增加了鎖鍵槽和上、下密封段，因此，封隔式Y(jié)-tool工具長度要大于普通Y-tool工具。封隔式Y(jié)-tool工具的同心通道和偏心通道內(nèi)徑均為66.93 mm，工作溫度為150 ℃，工作壓力為35 MPa，適用于Φ230.07 mm生產(chǎn)套管。由于封隔套需要通過鋼絲作業(yè)進行投撈，因此，封隔式Y(jié)-tool工具要求下入井段的井斜不大于60 °。

2.2 Y-tool工具封隔套

Y-tool工具封隔套由內(nèi)打撈頸、伸縮套筒、定位鍵套筒、彈簧、定位鍵、密封心軸、V型密封、平衡短節(jié)、平衡閥、下接頭等部件構(gòu)成，如圖5所示。

打撈封隔套時，通過鋼絲作業(yè)打撈工具連接專用探桿，下至封隔套處，利用專用探桿打開平衡短節(jié)內(nèi)部的平衡閥，使Y-tool工具兩邊通道壓力平衡。打撈工具抓住封隔套的內(nèi)打撈頸，待封隔式Y(jié)-tool工具兩邊通道壓力平衡后向上震擊拉開封隔套伸縮套筒，使定位鍵處于收回狀態(tài)，將封隔套的上下V型密封提出密封段，回收封隔套。

圖3 雙電潛泵井新型封隔式Y(jié)-tool工具生產(chǎn)工藝示意圖

圖4 封隔式Y(jié)-tool工具示意圖

鋼絲作業(yè)投放封隔套時，利用鋼絲送入工具串連接內(nèi)打撈頸，可將封隔套投送至封隔式Y(jié)-tool工具內(nèi)。鋼絲工具串將封隔套下送遇阻后，向下震擊使封隔套伸縮套筒收縮至定位鍵套筒處，將定位鍵擠壓彈出，將封隔套鎖緊在封隔式Y(jié)-tool工具的鎖鍵槽內(nèi)實現(xiàn)定位，同時上下部V型密封與封隔式Y(jié)-tool工具的上下部密封段貼合實現(xiàn)密封。接著向上震擊切斷鋼絲送入工具本體銷釘，脫手封隔套，回收鋼絲送入工具。即可實現(xiàn)封隔套密封Y-tool工具的旁通通道，避免井筒內(nèi)流體漏失回流至地層，使電潛泵正常舉升，保證油井的高效生產(chǎn)。封隔套投入封隔式Y(jié)-tool工具前后的結(jié)構(gòu)如圖6所示。

封隔套為新型封隔式Y(jié)-tool的配套工具，可通過鋼絲作業(yè)進行投撈。由于封隔套內(nèi)徑較小，不建議穿過封隔套再進行鋼絲作業(yè)，避免出現(xiàn)鋼絲工具串卡阻的復雜工況。

圖5 封隔套結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 封隔套投入新型封隔式Y(jié)-tool工具示意圖

封隔式Y(jié)-tool工具在雙電潛泵井中已累計實施15井次，措施有效率為100%，解決了油井漏失問題，有效提高油井生產(chǎn)時率，節(jié)約修井作業(yè)費，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

以WZ-A3H井為例，該井為潿洲中塊4井區(qū)的一口水平采油井，所在平臺為無修井機井口平臺。該井斜深為3 788.00 m，垂深為2 785.81 m，射孔井段為3 119.40～3 408.40 m。該井上Y-tool工具采用了封隔式Y(jié)-tool工具，上下Y-tool工具各懸掛一套電潛泵機組，上泵機組下至2 925.75 m(垂深為2 363.43 m)，下泵機組下至2 984.65 m(垂深為2 379.95 m)。投產(chǎn)后啟動下泵生產(chǎn)，日產(chǎn)液為98 m3/d，日產(chǎn)油為73 m3/d。2021年3月，出現(xiàn)產(chǎn)液量下降、泵吸入口流壓上升的現(xiàn)象?，F(xiàn)場進行管柱試壓驗漏作業(yè)，油管無法穩(wěn)壓，判斷上泵單流閥失效導致管柱漏失。通過鋼絲作業(yè)在上部封隔式Y(jié)-tool工具處(2 914.45 m)投入封隔套，再次管柱試壓，穩(wěn)壓15 min合格，判斷管柱不漏，啟動下泵重新復產(chǎn)，產(chǎn)液量恢復正常。通過使用封隔式Y(jié)-tool工具，解決了WZ-A3H井由于上泵單流閥失效導致管柱漏失的問題，有效地提高了電泵舉升效率和油井生產(chǎn)時率，節(jié)約了鉆井船修井費用約1 000×104元，挽回了由于管柱漏失等待修井造成的產(chǎn)油量損失約2×104m3。

4 結(jié) 論

(1) 新型封隔式Y(jié)-tool工具相比普通Y-tool工具增加了鎖鍵槽和上下密封段，配合鋼絲作業(yè)投入封隔套，可避免井下流體進入Y-tool工具旁通通道，解決了由于電泵單流閥漏失導致流體內(nèi)循環(huán)的問題。

(2) 封隔式Y(jié)-tool和封隔套結(jié)構(gòu)簡單合理，可靠性強，使用方便，適用于海上油田雙Y-tool雙電潛泵生產(chǎn)管柱，適用于Φ230.07 mm生產(chǎn)套管，要求下入井斜不大于60°。

(3) 該技術(shù)在雙電潛泵井中已累計實施15井次，措施有效率為100%，實現(xiàn)雙電潛泵井高效生產(chǎn)，有效提高油井生產(chǎn)時率，節(jié)約作業(yè)費用，經(jīng)濟效益和社會效益顯著，具有廣泛推廣應用價值。