震擊解卡小修作業(yè)技術(shù)研究及礦場(chǎng)應(yīng)用

陳 寧,許建國(guó) ,黃 暉, 徐峰陽(yáng),鄧茂攸,丁 帥

(吉林油田 油氣工程研究院,吉林 松原 138000)

隨著油氣井的長(zhǎng)期開采,地層壓力、地應(yīng)力也隨之發(fā)生變化,以及壓裂、注水等各種措施的實(shí)施,造成井筒套變、錯(cuò)斷、腐蝕、結(jié)垢、套漏及井下落物等井下事故頻發(fā),井筒完整性遭到破壞,待修井?dāng)?shù)逐年增多,甚至造成油水井報(bào)廢,影響最終采收率。其中,井下落物是最常見的井下事故,由于套變、出砂、結(jié)垢及工具不解封等原因,增加了解卡打撈的作業(yè)難度[1-5]。水平井和大斜度井,由于其特殊的井眼軌跡,導(dǎo)致作業(yè)管柱受力更加復(fù)雜,管柱下入磨阻增大,壓扭傳遞更困難,井口的上提力很難有效傳遞到落物卡點(diǎn),上下竄動(dòng)管柱不能有效解除落物造成的卡鉆[6]。針對(duì)不同的落物形式,采取的打撈方式也有所不同。例如,針對(duì)由于套變引起的卡鉆落物,應(yīng)采用大修作業(yè)倒扣方式將套變段之上管柱起出,治理套變后再進(jìn)行打撈。而針對(duì)砂卡、垢卡及工具不解封的井下落物,一般采取上下竄動(dòng)管柱解卡方法,如果解卡無(wú)效,仍需采用具有旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的大修設(shè)備進(jìn)行解卡作業(yè),作業(yè)周期長(zhǎng),作業(yè)成本高[7-9]。本文介紹一種震擊解卡作業(yè)技術(shù),利用液壓蓄能原理在近卡點(diǎn)產(chǎn)生向上的動(dòng)載荷,以保證為被卡落魚提供巨大的震擊力,提高解卡成功率。該技術(shù)采用小修作業(yè)設(shè)備即可完成井下落物的解卡打撈,實(shí)現(xiàn)替代大修作業(yè),提高了修井作業(yè)效率,降低了作業(yè)成本[10-15]。

1 液壓震擊解卡工藝技術(shù)

1.1 配套工具

主要的配套工具有液壓上擊器、液壓加速器及打撈工具等。

1) 液壓上擊器。

液壓上擊器主要由上接頭、密封接頭、上中心管、上缸套、下缸套、密封閥體、下中心管、密封活塞、下接頭等部分組成,如圖1所示。該工具在作業(yè)過(guò)程中需要與加速器配套使用,安裝于加速器和打撈器之間,通過(guò)油管被提拉貯能來(lái)實(shí)現(xiàn)上擊動(dòng)作。安裝在液壓上擊器上方的油管被提拉時(shí),液壓上擊器的壓力體內(nèi)由于密封閥體與下缸套之間的阻尼作用,為油管貯能提供了時(shí)間。當(dāng)密封閥體運(yùn)動(dòng)到下缸套的釋放腔時(shí),隨著高壓液壓油瞬時(shí)卸荷,油管將突然收縮,產(chǎn)生了向上的動(dòng)載荷。該工具設(shè)計(jì)有可靠的撞擊工作面,以保證為被卡的落魚鉆具提供巨大的打擊力。并利用上中心管上的花鍵與上缸套下端的花鍵槽相嵌合,用于傳遞轉(zhuǎn)矩,實(shí)現(xiàn)作業(yè)管柱旋轉(zhuǎn)作業(yè)。

1-上接頭;2-密封接頭;3-上中心管;4-上缸套;5-下缸套; 6-密封閥體;7-下中心管;8-密封活塞;9-下接頭。圖1 液壓上擊器結(jié)構(gòu)示意圖

2) 液壓加速器。

液壓加速器主要由上接頭、密封接頭、上中心管、上缸套、下缸套、震擊墊、密封總成、下中心管、下接頭等部分組成,如圖2所示。液壓加速器是為液壓上擊器增加震擊功能而設(shè)計(jì)的井下打撈震擊工具,不能單獨(dú)使用,只能與液壓上擊器聯(lián)合使用。工作時(shí)能對(duì)接在其下方的油管和上擊器上部起加速作用,以獲得對(duì)卡點(diǎn)產(chǎn)生更強(qiáng)大的震擊力,同時(shí)可以減少震擊之后鉆柱回彈時(shí)的震動(dòng)。在上中心管與上、下缸套之間充滿了具有高壓縮指數(shù)的硅油。上中心管設(shè)計(jì)有花鍵,與上缸套下端的花鍵槽相嵌合,用于傳遞扭矩。密封總成包括盤根和盤根壓圈,安裝于震擊墊與下中心管之間,形成一個(gè)滑動(dòng)密封副,工作時(shí)能使缸內(nèi)產(chǎn)生高壓。

1-上接頭;2-密封接頭;3-上中心管;4-上缸套;5-下缸套;6-震擊墊;7-密封總成;8-下中心管;9-下接頭。圖2 液壓加速器結(jié)構(gòu)示意圖

3) 打撈器。

打撈器可以與液壓上擊器下端直接連接,打撈器型號(hào)根據(jù)魚頂?shù)男螤钸x擇。當(dāng)魚頂為桿狀落物時(shí),打撈工具選擇筒類打撈工具;當(dāng)魚頂為筒狀落物時(shí),打撈工具選擇矛類打撈工具。不管選擇哪種打撈工具,工具功能要求可退,可退方式有投球打壓可退或旋轉(zhuǎn)管柱可退兩種方式。

1.2 工藝原理

以打撈井下Y445型封隔器卡鉆事故為例,液壓震擊解卡打撈工藝管柱從下至上為:可退式打撈矛+液壓上擊器+油管+液壓加速器+油管。如圖3所示。

圖3 液壓震擊解卡工藝管柱工作原理

1) 拉伸儲(chǔ)能階段。上提管柱,液壓上擊器和液壓加速器的密封總成向上移動(dòng),緩慢拉長(zhǎng)管柱,壓縮硅油,實(shí)現(xiàn)工具儲(chǔ)能,如圖3a所示。

2) 卸荷釋放能量階段。液壓上擊器活塞上行至泄油槽時(shí),高壓硅油瞬間卸載,管柱迅速收縮,產(chǎn)生向上的動(dòng)載荷,與此同時(shí)液壓加速器上部管柱收縮,使管柱加速向上運(yùn)動(dòng),如圖3b所示。

3) 撞擊階段。液壓上擊器內(nèi)的撞擊面猛烈撞擊上缸套的下端面,將巨大撞擊力直接傳遞到落魚上,此時(shí)液壓加速器處于關(guān)閉狀態(tài)。如圖3c所示。

4) 復(fù)位階段。下放管柱,液壓上擊器內(nèi)硅油沿密封閥體上的油道返回上腔內(nèi)至液壓上擊器全部關(guān)閉,等待下次震擊。

1.3 技術(shù)參數(shù)

液壓上擊器和液壓加速器的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 液壓上擊器和液壓加速器的技術(shù)參數(shù)表

2 操作流程

以J油田礦場(chǎng)試驗(yàn)為例,震擊解卡工藝管柱下井之前,需要進(jìn)行通井、沖砂、打鉛印等作業(yè)工序,保證打撈工藝管柱順利下至預(yù)定位置,魚頂裸露;并根據(jù)鉛印印痕形狀選擇合適的打撈工具。工具下井前檢查工具,確保液壓加速器、液壓震擊器等處于關(guān)閉狀態(tài),核實(shí)液壓加速器、液壓震擊器、打撈工具等工具長(zhǎng)度、扣型等數(shù)據(jù),確保入井工具完好。下井工具從下至上依次連接打撈器+上擊器+3根油管+加速器+油管。

撈住落魚后,根據(jù)管柱長(zhǎng)度計(jì)算確定懸重,并在此基礎(chǔ)上增加200～250 kN的上提力;上提管柱至設(shè)計(jì)的拉力,剎住剎把,等待震擊(震擊時(shí)間60 s左右);試提管柱檢驗(yàn)是否解卡,若未解卡,下放管柱,施加30～40 kN懸重,使上擊器關(guān)閉;再次上提管柱進(jìn)行震擊,直至成功解卡。若解卡失敗,退出打撈工具。

3 礦場(chǎng)試驗(yàn)

2022年,在J油田XL采油廠大平臺(tái)井進(jìn)行了礦場(chǎng)應(yīng)用。由于平臺(tái)井大部分為斜井和水平井,井斜角大,入井管柱摩阻增大,常規(guī)打撈工藝上提力很難有效傳遞到井下。該采油廠大平臺(tái)井壓裂工藝管柱主要采用Y445+Y341組合管柱,一般為2～3級(jí)封隔器。壓裂后需要將壓裂封隔器起出井筒,實(shí)現(xiàn)井筒暢通,保障油井產(chǎn)量的正常發(fā)揮。由于封隔器間的連接油管較長(zhǎng),壓后地層出砂等原因,給封隔器打撈增加了難度。前期,采用強(qiáng)拔及上下竄動(dòng)管柱的方式作業(yè)4口井,無(wú)一口井實(shí)現(xiàn)100%成功解卡,存在管柱拔不動(dòng),或者部分管柱斷脫在井下的問(wèn)題。2022-05至今,采用液壓震擊解卡工藝技術(shù)開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)12井次,主要解決了平臺(tái)大斜度井及水平井壓裂封隔器的解卡難題。單井作業(yè)反復(fù)震擊3～5次即可實(shí)現(xiàn)解卡,與之前作業(yè)相比,成功率100%,累計(jì)節(jié)約作業(yè)成本￥200多萬(wàn)元。

4 結(jié)論

1) 液壓震擊解卡工藝技術(shù)利用液壓蓄能原理在近卡點(diǎn)產(chǎn)生向上的動(dòng)載荷,以保證為被卡落魚提供巨大的震擊力,提高解卡成功率。

2) 液壓震擊解卡工藝技術(shù)適用于砂卡、垢卡及工具不解封的井下落物的解卡打撈,利用小修作業(yè)設(shè)備完成現(xiàn)場(chǎng)作業(yè),實(shí)現(xiàn)小修替代大修,降低作業(yè)成本。

3) 經(jīng)礦場(chǎng)試驗(yàn),液壓震擊解卡工藝技術(shù)與強(qiáng)拔及上下竄動(dòng)管柱解卡方式相比,大幅提高卡井管柱解卡成功率,特別針對(duì)水平井及大斜度井的解卡打撈優(yōu)勢(shì)更為明顯。