丢手式油层保护管柱的研制与应用

庹涛,马耀辉,李烨,刘永强,杨旭彬 (中石化河南油田分公司第二采油厂,河南 唐河 473400)

丢手式油层保护管柱的研制与应用

庹涛,马耀辉,李烨,刘永强,杨旭彬 (中石化河南油田分公司第二采油厂,河南 唐河 473400)

针对传统的井下防污染装置在生产中会随采油管柱产生振动,导致井下工具易失效、有效使用周期短的问题,开展了丢手式油层保护管柱的研究设计,通过丢手桥塞对生产层段进行封堵并实现与生产管柱的分离。室内试验和现场应用表明,该管柱可以解决常规无伤害洗井管柱存在的封隔器易失效、使用周期短、费用高的问题,提升了油田的经济效益。

油层保护;封隔器;丢手式管柱

目前在油田生产和分层开发过程中,由于原油黏度大、油井结蜡严重,需要定期清蜡、降黏以维持生产。在清蜡、降黏的过程中需注入洗井液,导致在油层保护方面存在一些问题：部分区块水敏、速敏情况普遍存在,为防止清蜡过程污染油层,只能采取将原井产出液经超导车加热后重新注入井筒,提高井筒温度实现清蜡;在低液量(液量小于5t/d)、中深井(井深大于1000m)中,由于液量低,难以建立有效的油套循环,造成清蜡不彻底,频繁蜡卡作业;传统的井下防污染装置和生产管柱相连,在生产过程中会随采油管柱产生振动,封隔器易失效[1]。上述问题的存在影响了油井的正常生产和产能,降低了井下作业施工的效果,增加了原油生产成本。为此开展了丢手式油层保护管柱的研究及应用。

1 丢手桥塞的设计

通过设计一个丢手桥塞来实现油层保护管柱与生产管的分离,避免生产过程中油层保护管柱随采油管柱产生振动。丢手桥塞主要由丢手封隔器和防砂防落物工作筒两部分组成。

1.1 丢手封隔器的选型

丢手封隔器的设计需着重处理坐封、密封、锚定三者之间的关系,同时需实现防中途坐封和双向承高压。按照以下原则设计：坐封机构采用独立的液压强制坐卡坐封机构,在能保障足够坐封力和压缩距的同时,具备防中途坐封和防碰撞结构功能,增强桥塞下入及丢手的可靠性[2];优化封隔器锚定机构、锁紧机构及平衡机构的设计,通过密封件的锁紧机构使作用在封隔器上的压差传递到套管上,而不作用在芯杆上,保障密封件具有足够锁紧力,避免胶筒应力松弛,增强其承压指标[3]。

目前常用的封隔器性能指标见表1。

表1 各种封隔器性能对比

通过优化对比,优选Y445-114封隔器作为丢手封隔器。

1.2 防砂防落物结构设计

为了防止生产过程中井下落物、油砂沉积到开关上造成堵塞,在丢手桥塞上设计防砂防落物结构,即在单流阀球上部设计一个防砂防落物工作筒。防砂防落物工作筒选用外径60mm、壁厚5mm钢管,在中心管上部连接一伞状锥形,在上部开40mm×40mm侧窗两个,作为出油通道[4]。防砂防落物工作筒的结构如图1所示。

图1 防砂防落物结构的设计

2 丢手式油层保护管柱的结构组成及工作原理

丢手式油层保护管柱由丢手桥塞、尾管、丝堵相连,按设计要求将管柱下入井内后打压丢手实现对生产层段的封堵,需起出丢手管柱时下专用打捞工具打捞。

2.1 丢手桥塞

丢手桥塞结构示意图见图2。丢手桥塞全长2650mm,最大外径114mm,坐封压力10MPa,丢手压力15MPa,工作温度120℃,上部耐压35MPa、下压耐压25MPa,解封负荷15～25k N,解封方式采用下捞锚打捞上提;采用27/8 in TBG丝扣连接,适用于直径124mm的套管。

图2 丢手桥塞结构示意图

丢手桥塞工作原理如下：管柱按设计要求下到位置后,油管正打压5MPa,座封剪钉在两级液压缸的作用下被剪断,压缩长胶筒、短胶筒,挤出卡瓦牙。压力10MPa时,在拉杆活塞的推动下锁爪下行至锁爪套位置,实现锁紧,封隔器坐封完成。继续打压≥15MPa,丢手销钉被拉断,上接头、上缸套、下活塞、上中心管、下缸套、连接套、下中心管、中间套与下部分分开,压力突降,完成丢手操作。

图3 打捞部分结构示意图

2.2 打捞部分结构

图3为打捞部分结构示意图。打捞部分全长325mm,最大外径114mm,采用27/8 in TBG丝扣连接。其工作原理是：打捞作业时,油管下接专用打捞锚,作用力达到20k N时,打捞锚捞住打捞筒母扣,剪断解封剪钉,卡簧松动自锁失效,在胶筒的弹性作用下胶筒中心管上移,封隔器解封,上提油管,工具随同油管提出井筒。

如遇到打捞不动的情况,下压油管并顺时针旋转油管0.5圈解锁打捞头,即可退出打捞作业。

3 室内试验

3.1 坐封压力测试

根据设计依据与相关试验要求,用直径139.7mm套管模拟现场实际井筒进行加压测试,将测试压力升幅设计为0.5MPa,初始压力设置为5MPa。在室内进行14次测试试验,结果见表2。在10MPa后缸套不再移动,封隔器胶筒已压缩到位,此时缸套的实际行程是125mm,封隔器实际缸套设计行程是140mm。将压力提升至12MPa,缸套未移动,封隔器坐封,该封隔器实际坐封压力为10MPa。考虑施工安全和坐封的可靠性,现场施工压力考虑液柱压力时井口控制在8MPa为宜[5]。

表2 封隔器坐封压力测试

3.2 解封拉升载荷测试

解封拉升载荷测试的目的是测试解封结构设计是否合理、是否满足设计要求。将测试拉升载荷升幅设计为2k N,初始力设置为2k N,在室内进行了5次拉升载荷测试,试验数据见表3。试验表明：拉升载荷加载至14k N后解封销钉拉断,封隔器可自由地在试验套管内上、下活动。设计10k N解封销钉剪断,考虑施工时摩擦阻力作用,设计最大14k N封隔器完全解封,通过试验证明符合设计要求。

表3 封隔器解封载荷测试

4 现场试验

现场共实施23口井,实施前排水期最长的楼泌110井排水期8d,最短的王61井3d,平均排水期4.8d。实施丢手式油层保护管柱后,平均排水期23h后就恢复正常。工艺成功率100%,有效率96%,应用后油井平均排水期23h。

楼泌110井为井楼油矿楼八区一口常采井。该井1985年8月11日开钻,8月24日完钻。1987年7月2日投产。生产层核桃园组三段Ⅳ油组53小层,井段570.4～572m,井深597.7m,有效厚度1.4m,日产油3t左右。 该井在清蜡过程中出现清蜡后排水期较长的问题,影响正常产能的发挥。在2012年7月22日清蜡后含水率从36%升高至85%,累计排水12d后才恢复到正常水平;在2012年9月19日清蜡后含水率从44%升高至65%,油量从6.5t/d下降到1.5t/d,累计排水8d后才恢复到正常水平。考虑到该井在清蜡过程中易出现排水期长影响产能的情况,2012年11月8日在检泵作业的同时下入丢手式油层保护管柱。在11月23日清蜡后排水仅24h后就恢复正常,减少排水期7d,生产效果好。

5 结论

丢手式油层保护管柱解决了清蜡、洗井、作业过程中油层污染问题,同时解决了常规无伤害洗井管柱存在的封隔器易失效、有效周期短、费用高的问题,进一步提升了经济、高效开发效果,具有良好的现场应用效果。

[1]吴奇.井下作业工程师手册[M].北京：石油工业出版社,2002.

[2]倪红梅,可取桥塞卡瓦结构优化设计[J].石油机械,2009,37(3)：32～37.

[3]伍开松,翟志茂,古剑飞,等.封隔器胶筒几何参数优选[J].石油矿场机械,2008,(10)：24～26.

[4]侯宗,毛道华,朱建民,等.封隔器压缩胶筒“防突”新结构[J].石油机械,2002,30(9)：21～22.

[5]王当芳,黄兆芝,李敏,等.压缩式封隔器胶筒密封性能的试验研究[J].石油机械,2009,37(4)：32～33.

[编辑] 黄鹂

TE931

A

1000-9752(2014)11-0228-03

2014-06-20

庹涛(1989-),男,2011年西安石油大学毕业,助理工程师,现主要从事井下作业工艺技术相关的研究工作。