帶壓起下速度管柱工藝優(yōu)化及應(yīng)用

劉 磊，劉書炳，楊 萍，楊亞濤，王定峰

（中國石油長慶油田長北作業(yè)分公司，陜西西安 710018）

氣井投產(chǎn)早期由于地層能量較高，氣體流速高于臨界攜液流速，氣井可正常攜液，但是隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長，氣井產(chǎn)量降至臨界攜液氣量下，出現(xiàn)攜液困難的情況，便會(huì)形成井筒積液[1-6]；速度管柱排水采氣工藝主要是通過在原有生產(chǎn)油管中下入連續(xù)油管或更小直徑的油管，以此減小過流面積，增加氣體流速，從而提高氣體的攜液能力，排出井筒積液，穩(wěn)定氣井生產(chǎn)[7-11]；因此，速度管柱工藝作為有效的排水采氣工藝在各大油氣田已經(jīng)規(guī)?；瘧?yīng)用[12]。

目前采氣行業(yè)速度管柱已實(shí)現(xiàn)帶壓下入速度管柱作業(yè)，可是速度管柱下入后也不是一勞永逸的，氣井在采用速度管柱工藝生產(chǎn)一段時(shí)間后，伴隨著地層能量的衰減，氣井產(chǎn)量逐漸降低，原先的速度管柱已無法實(shí)現(xiàn)氣井自動(dòng)攜液生產(chǎn)，會(huì)再次出現(xiàn)積液的情況[12]；此時(shí)，需要將原有的速度管柱起出，以便實(shí)施柱塞等其他排水采氣方法或進(jìn)行儲(chǔ)層改造等作業(yè)，起出的速度管柱將其應(yīng)用到其他氣井還可以重復(fù)利用，繼續(xù)發(fā)揮速度管柱的作用[13]。另外速度管柱下入后，尤其是速度管柱在雙分支水平井上的使用，由于雙分支水平井的特殊井身結(jié)構(gòu)，如下入時(shí)機(jī)不對或者下入深度不合適[14]，會(huì)出現(xiàn)無法成功復(fù)產(chǎn)的極端情況，此時(shí)便需要將先前下入的速度管柱起出，調(diào)整下入深度后重新帶壓下入。采用傳統(tǒng)壓井的方法起出速度管柱，不但作業(yè)成本高，周期長，耗費(fèi)人力物力[15]，更重要的是容易傷害地層，導(dǎo)致氣井減產(chǎn)，甚至停產(chǎn)；國內(nèi)目前采用的帶壓起出速度管柱工藝是在起出速度管柱前，在連續(xù)油管上端口裝入管內(nèi)堵塞器，該技術(shù)不壓井作業(yè)，對地層無傷害[16]，但是無法泄放速度管柱內(nèi)的天然氣壓力，整個(gè)起出作業(yè)過程中速度管柱內(nèi)部一直處于帶壓狀態(tài)，且僅有一道密封，安全風(fēng)險(xiǎn)高，因此需要更安全的實(shí)現(xiàn)速度管柱帶壓下入和起出，為此通過新型井下工具的應(yīng)用，對目前帶壓起下速度管柱的工藝進(jìn)行了優(yōu)化，并在CX水平井成功實(shí)施。

1 速度管柱帶壓起下工藝原理

速度管柱一般是先下后起，所以在帶壓下入速度管柱時(shí)，速度管柱的入井工具串設(shè)計(jì)就需要考慮同時(shí)滿足帶壓下入和帶壓起出兩個(gè)條件，且要滿足兩道密封屏障，防止單一密封在作業(yè)過程中失效，以提高作業(yè)的安全性。因此，下入速度管柱前，提前在連續(xù)油管底部依次安裝了帶控制套雙瓣單流閥和可泵開式堵塞器，可以同時(shí)滿足帶壓下入和起出。

下入時(shí)，通過速度管柱下部安裝的可泵開式堵塞器（未泵開），結(jié)合速度管柱四合一防噴器全封剪切功能可實(shí)現(xiàn)速度管柱帶壓下入的速度管柱與油管的內(nèi)、外兩道屏障，阻斷兩者之間的連通，此時(shí)帶控制套雙瓣單流閥為打開狀態(tài)；起出速度管柱時(shí)，通過帶控制套雙瓣單向閥（投球激活后）和四合一防噴器可實(shí)現(xiàn)速度管柱帶壓起出時(shí)的內(nèi)、外兩道屏障，見圖1，泄放帶控制套雙瓣單向閥以上部位速度管柱內(nèi)部壓力為0 后，通過高強(qiáng)度具有密封性的兩端滾壓式連接器將井內(nèi)速度管柱與滾筒上的連續(xù)油管連接，利用注入頭和連續(xù)油管車提出井內(nèi)速度管柱并回纏至連續(xù)油管滾筒，實(shí)現(xiàn)安全的帶壓起出。

圖1 速度管柱帶壓起下安全屏障示意圖

2 速度管柱帶壓起下關(guān)鍵工具

2.1 可泵開式堵塞器

傳統(tǒng)的速度管柱帶壓下入是在連續(xù)油管底部安裝一個(gè)簡單的堵塞器（圖2）?？梢詫?shí)現(xiàn)對速度管柱與油管內(nèi)天然氣的阻斷，由于該類型的堵塞器是由鋁制本體帶有密封槽和安裝在密封槽上的O 型密封圈組成[17]，在下入速度管柱前安裝時(shí)，需先人工切割連續(xù)油管后安裝，常常由于連續(xù)油管人工切割后的切割面不平整及人工打磨的不對稱，會(huì)引起密封不嚴(yán)的問題，施工中往往無法一次安裝成功，需反復(fù)的安裝和密封性測試，大大延長了作業(yè)時(shí)間，且該堵塞器的穩(wěn)定性不好，容易在作業(yè)過程中密封失效，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 傳統(tǒng)堵塞器

新型的可泵開式堵塞器（圖3）可以有效的解決傳統(tǒng)堵塞器存在密封性差、穩(wěn)定性不好及安裝麻煩等一系列問題，它安裝在帶控制套雙瓣單向閥的下部，通過密封螺紋連接，安裝簡單方便，活塞筒體內(nèi)部有阻擋活塞上行的臺階面，活塞無法上行，下行可以承受一定的壓力，具體的泵開壓力可通過剪切銷釘?shù)臄?shù)量和剪切值控制，可控制性高，無需投球，僅僅通過液體或氣體打壓就可以打掉內(nèi)部活塞，活塞下行進(jìn)入接球座，氣體便可以通過球座上部的篩管進(jìn)入速度管柱生產(chǎn)，還可以防止氣體生產(chǎn)過程中雜物堵塞，是實(shí)現(xiàn)速度管柱安全帶壓下入的關(guān)鍵設(shè)備。

圖3 可泵開式堵塞器

2.2 帶控制套雙瓣單向閥

目前帶壓起出速度管柱常見的方法是首先從采氣樹向速度管柱內(nèi)投入管內(nèi)堵塞器（圖4），封堵速度管柱內(nèi)通道，有些是在井口封堵，有些是直接利用投入式堵塞器的重力或泵送進(jìn)入速度管柱底部堵塞器座內(nèi)[18]，兩種方法均存在問題，對于在井口堵塞速度管柱，該方法無法對堵塞器以下部位的速度管柱內(nèi)部天然氣壓力進(jìn)行泄放，因此整個(gè)帶壓起出過程中速度管柱內(nèi)部帶壓，一旦下部速度管柱某個(gè)部位存在腐蝕的情況，將會(huì)有大量天然氣泄漏；另外，對于泵送管內(nèi)堵塞器進(jìn)入速度管柱底部堵塞器座內(nèi)的方法，由于管內(nèi)堵塞器的結(jié)構(gòu)尺寸，對于油管下到斜度較大或水平段的速度管柱，因?yàn)榻嵌容^大，極易出現(xiàn)堵塞器卡堵或者密封不嚴(yán)的情況，因此需要一種更容易實(shí)現(xiàn)對速度管柱和油管壓力隔離的一種工具，以實(shí)現(xiàn)壓力上竄。

圖4 管內(nèi)堵塞器

帶控制套雙瓣單向閥（圖5），通過短接和螺紋連接在連續(xù)油管底部，控制套內(nèi)置球座，當(dāng)鋼球入座，地面泵入液體或氣體，在鋼球上部形成壓力間斷控制套銷釘，控制套下行，閥瓣關(guān)閉就能阻止井下壓力上竄，防止天然氣從連續(xù)油管竄出的目的。雙瓣單向閥在下入速度管柱時(shí)便已安裝，它有完善的密封系統(tǒng)，兩級擋板閥相互獨(dú)立。雙瓣單向閥包含了兩個(gè)不銹鋼材質(zhì)的擋板密封組合，擋板密封組合按照最高材質(zhì)規(guī)格進(jìn)行加工制造，包含鉸鏈銷釘和擋板復(fù)位彈簧。每一個(gè)擋板組合含有一個(gè)聚四氟乙烯的密封環(huán)，可以承受低壓形成第一道密封，當(dāng)壓力高時(shí)可以形成第二道密封，金屬與金屬接觸密封。每一個(gè)雙瓣單向閥中安裝兩個(gè)各自獨(dú)立的密封組件，如果其中一個(gè)密封組件壞了，另一個(gè)密封組件依然起作用，單向閥的功能依然有效。

圖5 帶控制套雙瓣單向閥

在速度管柱生產(chǎn)過程中控制套將兩級擋板密封組合的擋板處于打開狀態(tài)，并形成密封，保證擋板密封組合的性能在井下長時(shí)間放置不受影響。當(dāng)帶壓起出速度管柱時(shí)，只需要投球，泵入氮?dú)獯驂海舳炭刂铺咨系募羟袖N釘，控制套下行就能關(guān)閉擋板以阻止擋板下部壓力上竄；而且兩級獨(dú)立的密封系統(tǒng)增加了密封的可靠性。

2.3 兩端滾壓式連接器

井筒內(nèi)的速度管柱起出井口后，如何安全有效的回纏至滾筒，且保證與滾筒原有的連續(xù)油管密封性良好，這需要特殊的工具來實(shí)現(xiàn)；兩端滾壓式連接器（圖6）是在速度管柱出井后，實(shí)現(xiàn)井下起出連續(xù)油管和滾筒連續(xù)油管連接的關(guān)鍵工具，也是速度管柱帶壓起出不可或缺的工具之一。兩端滾壓式連接器一端連接滾筒連續(xù)油管，另一端連接井內(nèi)速度管柱，每一端各具有3 個(gè)滾壓槽和4 個(gè)密封圈，可通過滾壓式連接器壓接工具在3 個(gè)滾壓槽位置的連續(xù)油管外部形成環(huán)形凹槽，可抵抗大的抗拉載荷，滿足起出速度管柱的質(zhì)量；連接器兩端分別采用的4 道“O”型密封圈，可實(shí)現(xiàn)35 MPa的高壓密封，具有可密封內(nèi)部壓力，安裝輕便的特點(diǎn)，適合所有尺寸和壁厚的連續(xù)油管，且與帶控制套雙瓣單向閥在速度管柱帶壓起出時(shí)形成了兩道隔離屏障，提高了作業(yè)的安全性。

圖6 兩端滾壓式連接器（同一尺寸速度管柱）

另外，一般速度管柱都是在安裝多年后起出，考慮無法滿足滾筒連續(xù)油管尺寸與井內(nèi)速度管柱尺寸不一致的極端情況，還可以使用針對不同尺寸速度管柱的兩端滾壓式連接器，該連接器一端尺寸大，一端尺寸?。▓D7）。

圖7 兩端滾壓式連接器（不同尺寸速度管柱）

兩端滾壓式連接器需要特殊的工具才能完成安裝，滾壓式連接器壓接工具可以輕松將兩端滾壓式連接器安裝到速度管柱上，壓接工具有2 個(gè)可以互換的輪子，其中一個(gè)輪子可用來將連續(xù)油管滾壓到兩端滾壓式連接器上；另一個(gè)輪子是切割輪，具有切割動(dòng)能，可以用來切割連續(xù)油管，根據(jù)不同的需求可以進(jìn)行輕松互換。

另外，連續(xù)油管內(nèi)部都會(huì)存在焊縫，所謂的無焊縫連續(xù)油管，內(nèi)部也會(huì)存在極小的焊縫毛刺，會(huì)嚴(yán)重影響兩端滾壓式連接器與連續(xù)油管的密封性；因此在安裝兩端滾壓式連接器前，還需要特殊的工具對其內(nèi)部焊縫進(jìn)行清理；油管內(nèi)焊縫清除工具可以有效清除連續(xù)油管內(nèi)的焊縫，使用簡便，只需將該工具裝入需要清除內(nèi)焊縫的連續(xù)油管內(nèi)，通過焊縫定位槽固定，然后通過合適的扳手轉(zhuǎn)動(dòng)工具來清除焊縫，是配合兩端滾壓式連接器使用的必不可少的工具，適合不同尺寸的連續(xù)油管。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 帶壓下入速度管柱

CX 井是一口雙分支水平井，隨油管下入永久式封隔器，封隔器未解封，環(huán)空不帶壓，該井初期產(chǎn)量26×104m3/d，2016 年產(chǎn)量降至5×104m3/d，且無法平穩(wěn)生產(chǎn)，后一直采取間歇的方式生產(chǎn)，通過流壓梯度測試，表明該井井筒積液嚴(yán)重，因此在2017 年帶壓下入速度管柱；由于該井井口是整體式采氣樹，為避免破壞采氣樹的完整性，沒有對井口進(jìn)行任何改動(dòng)，該井采用井下懸掛的方式，即將速度管柱通過井下懸掛器懸掛在采氣樹以下油管15 m 的位置[19]，下入時(shí)在速度管柱底部安裝了可泵開式堵塞器和帶控制套雙瓣單向閥，以方便后期帶壓起出速度管柱的需要[20]。

帶壓下入速度管柱過程如下：（1）安裝工作臺、井口四通、防噴器、工作窗等，由于該井采用井下懸掛的方式，考慮井下懸掛器的座封解封距離，記錄操作窗到油管懸掛器懸掛點(diǎn)的距離，確定切割連續(xù)油管時(shí)的上提距離。（2）安裝連續(xù)油管設(shè)備，組裝井下工具串，按照推薦值，給可泵開式堵塞器安裝2 個(gè)剪切銷釘，剪切值24 MPa。（3）下入連續(xù)油管。根據(jù)方案下入連續(xù)油管到既定目標(biāo)深度，再下入10 m，進(jìn)行上提下放懸重測試，確保目標(biāo)深度無障礙。（4）安裝井下懸掛器。關(guān)閉防噴器卡瓦和半封閘板，泄壓后打開工作窗，檢查無圈閉壓力后，切割連續(xù)油管，安裝GS 下入工具和速度管柱井下懸掛器，拉力測試到13 t。（5）座封封隔器。緩慢上提和下放連續(xù)油管，兩提兩放，座封懸掛器，放松懸重到0，確認(rèn)座封良好。（6）打掉可泵開式堵塞器。每個(gè)階段7 MPa，用氮?dú)鈴木谒耐ù驂?，打掉可泵開式堵塞器；壓力突然變化表示堵塞器已打掉。堵塞器在20～25 MPa 可以打掉，不要超過30 MPa。（7）拆除連續(xù)油管井控設(shè)備、工作臺、井口四通，完成速度管柱安裝。

3.2 帶壓起出速度管柱

CX 井2017年速度管柱采用井下懸掛的方式，由于速度管柱井下懸掛沒有環(huán)空，無法循環(huán)，該井下入速度管柱后，通過擠注氮?dú)獾确椒?，多次?fù)產(chǎn)均失敗，因此2019 年決定帶壓起出速度管柱，采用傳統(tǒng)的井口懸掛方式重新安裝，形成油套環(huán)空，以利用氮?dú)庋h(huán)實(shí)現(xiàn)復(fù)產(chǎn)。

帶壓起出速度管柱過程如下：（1）激活帶控制套雙瓣單向閥。從井口采氣樹投放合適的鋼球，確保鋼球進(jìn)入速度管柱，泵注氮?dú)馔苿?dòng)鋼球到帶控制套雙瓣單向閥，球到位后剪斷銷釘推動(dòng)控制套下行，將井下的雙瓣單向閥關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)對速度管柱的封堵，觀察1～2 d 壓力變化，驗(yàn)證密封性合格。（2）起出速度管柱。安裝連續(xù)油管設(shè)備，連接GS 起出工具并進(jìn)行拉力測試；封隔器半封試壓合格后，下入連續(xù)油管，下壓1 t 對接GS 入魚，連接成功后，上提解封速度管柱井下懸掛封隔器，平穩(wěn)起出速度管柱到井口。（3）連接兩端滾壓式連接器。切割井下懸掛封隔器下端連續(xù)油管，取出封隔器工具串，利用滾壓式連接器壓接工具連接兩端滾壓式連接器，連接井內(nèi)速度管柱與滾筒上的連續(xù)油管，務(wù)必檢查連接器的密封圈，確保密封圈無損傷，并用連續(xù)油管內(nèi)焊縫清除工具使切割連續(xù)油管內(nèi)部打磨光滑，清除焊縫；進(jìn)行連接器的密封性測試，確保連接器的密封性良好。（4）起出速度管柱。緩慢上提速度管柱，通過連續(xù)油管注入頭纏繞至連續(xù)油管滾筒，拆除井口速度管柱設(shè)備，完成帶壓起出。

3.3 效果

CX 井于2019 年帶壓起出速度管柱后又帶壓重新下入速度管柱，采用井口懸掛，通過氮?dú)庹h(huán)成功復(fù)產(chǎn)，復(fù)產(chǎn)后油壓4.9 MPa，日產(chǎn)氣量4.9×104m3，生產(chǎn)平穩(wěn)。

4 結(jié)論

（1）速度管柱帶壓下入時(shí)，可泵開式堵塞器和四合一防噴器全封剪切閘板可實(shí)現(xiàn)速度管柱與油管的內(nèi)、外兩道屏障，阻斷兩者之間的連通，且解決了傳統(tǒng)堵塞器由于連續(xù)油管切割面的不平整或打磨不對稱引起密封不嚴(yán)，需反復(fù)安裝的問題，穩(wěn)定性好，大大縮短了作業(yè)時(shí)間。

（2）可泵開式堵塞器活塞下行進(jìn)入接球座，氣體可以通過篩管進(jìn)入速度管柱生產(chǎn)，可有效防止氣體生產(chǎn)過程中雜物進(jìn)入造成堵塞。

（3）速度管柱帶壓起出時(shí)，帶控制套雙瓣單向閥只需要投球，泵入氮?dú)獯驂海涂杉魯嗫刂铺咨系募羟袖N釘（剪切值可控），控制套下行就能關(guān)閉擋板以阻止擋板下部壓力上竄，形成兩級獨(dú)立的密封系統(tǒng)；且每一個(gè)雙瓣單向閥中安裝兩個(gè)各自獨(dú)立的密封組件，如果其中一個(gè)密封組件壞了，另一個(gè)密封組件依然會(huì)起作用，單向閥的功能依然有效，密封性能更可靠。

（4）兩端滾壓式連接器在速度管柱帶壓起出時(shí)，可實(shí)現(xiàn)井下連續(xù)油管和滾筒連續(xù)油管的連接，能夠抵抗大的抗拉載荷，滿足起出速度管柱的拉力，井下速度管柱可順利回纏至滾筒；連接器兩端同時(shí)密封，亦實(shí)現(xiàn)了速度管柱井口的封堵，與帶控制套雙瓣單向閥實(shí)現(xiàn)了多道安全屏障，極大提高了帶壓作業(yè)的安全性。