在S22水平井解封R封隔器的实践

郑明学　罗　冰　韦海涛（中国石化国际勘探开发有限公司，北京　100083）

在S22水平井解封R封隔器的实践

郑明学罗冰韦海涛
（中国石化国际勘探开发有限公司，北京100083）

针对R封隔器在伊朗Y油田S22水平井中的使用情况及解封时遇到的困难，分析了封隔器剪切销钉个数设计、各种解封工况下的解封力计算。查找该类封隔器难解封的原因，进而找到了切实可行的解封方案，不但成功地解决了S22水平井R封隔器解封难的问题，而且，提出了一套R封隔器在水平井中使用的优化方案，为今后该类封隔器在该区块其他水平井中使用提供了借鉴。同时，为已完成水平井在今后修井时的解封提供了可以借鉴的经验。

水平井；R封隔器；工况分析；解封封隔器；解封力；实践

S22水平井完钻井深4 096 m，完钻垂深2940.45 m。造斜点深2 562.02 m，造斜率4.42°/30 m，最大井斜角90.89°，闭合距1 317.10 m。本井在完井酸化施工中，发生CTU喷嘴“硬卡”故障，先后采取上下活动、开泵冲等手段解卡均无效果，最后采用连续油管内打压的“膨胀法”，将连续油管喷嘴打落在Ø114.3 mm尾管内，这才顺利将连续油管起出地面。为了处理井下落鱼，需要解封R封隔器。

1　R封隔器在S22水平井中的工况

考虑到油藏含有H2S，在套管程序设计时，Ø177.8 mm尾管下部采用了CRA合金管，生产封隔器尽可能下深，坐封在Ø114.3 mm筛管悬挂器之上约100 m的Ø177.8 mm合金尾管内，以防止地层腐蚀性流体与封隔封隔器之上的生产套管及油管外壁接触，达到保护的作用。S22水平井套管程序见表1。

R封隔器是一种液压坐封、上提解封的可回收式生产封隔器。该类封隔器的设计解封方案是靠上提完井管串，剪断封隔器上的剪切销钉，使得封隔器中心管与外筒发生相对位移，筒式卡瓦回缩与生产套管分离，达到解封的目的。

R封隔器在S22水平井中下入深度为3 109 m，坐封位置为井斜角80º的大斜度井段。而且，油藏主体开发方案采用的是气举采油，地层流体中含有腐蚀性气体H2S、沥青质等，所以，完井管串中设计了5级气举工作筒、2级化学剂注入阀（1个注入沥青质溶解剂，1个注入抗H2S腐蚀剂）、防管柱在生产过程中的纵向蠕动的伸缩短节等完井工具，生产管串结构复杂，上提下放管串的摩阻非常大。

表1　S22水平井套管程序

2　R封隔器解封销钉个数设计

2.1解封特点

根据所装剪切销钉数量及单个销钉的额定剪切力，可调R封隔器的解封力。该种封隔器为生产封隔器，可用于封隔多层、单层、单管柱、电泵完井等多种完井管柱。设计的筒式卡瓦，能抵抗上下双向的作用力，同时可有效保护油层套管。伊朗S油藏使用的R封隔器的材质为耐腐蚀合金，能够有效防止H2S的腐蚀，同时具有耐高温高压的特点。

2.2解封销钉个数设计考虑的因素

对于S22水平井来说，最严酷工况就是在气举生产过程中油管被沥青质堵塞，突然断气停产，环空套压降为0，环空中仅有的压力为封隔器之上到最下一级气举工作筒之间的液体高度产生的液柱压力。而封隔器之下是地层压力，封隔器上下的巨大压差将作用在封隔器解封机构上，导致封隔器自动解封。为防止这一情况的发生，在封隔器入井前，就要根据其在井下可能遇到的最严酷工况，优化设计剪切销钉个数。表2是S22井R封隔器的设计规范。

表2Ø177.8 mm，43.16 kg/m R封隔器设计规范

2.3解封销钉个数设计

R封隔器在井下最严酷工况下的受力如图1。

图1　封隔器坐封后，油管底部堵塞工况示意图

剪切销钉受力方程式如下

式中，x为最小销钉个数；F为作用在剪切销钉上的力，F= 封隔器心轴外径截面积×压差；f为每个销钉承受的剪切力；0.75为温度变化的安全系数。

对于S22水平井来说，在最严酷工况下，封隔器以上的柴油柱高度只有641 m，折算静液柱压力为5.28 MPa。地层压力35.16 MPa，所以，R封隔器上、下的环空压差为29.88 MPa。封隔器芯轴外径为117.73 mm，那么，作用在销钉上的剪切力为

最少销钉个数为

按照个数取整原则，设计销钉数为10个，剪断10个销钉需要的合力为45 459.7 kg。

3　解封R封隔器不成功方案的受力计算

3.1直接上提油管串剪切销钉解封

S22水平井井内油管悬重420 kN（拉开伸缩短节时的悬重），R封隔器设计的解封力为454.6 kN，Ø88.9 mm、14.76 kg/m的L80油管额定抗拉负荷为922 kN，理论上过提500 kN力应该解封。用WellCat对S22水平井完井生产管串进行受力计算，当过提500 kN时，已达到油管的额定抗拉强度，但传递到封隔器轴向的解封力仅为320 kN，不足以克服设计解封力值454.6 kN。

3.2环空加压上提解封封隔器

由于环空打压要相对降低油管抗拉强度，用Wellcat对各压力级别下的上提管柱井口最大拉力进行相应计算，并对环空打压产生的等效解封力进行计算，结果如表3。

表3　环空打压上提解封等效解封力计算结果

3.3油管内加压上提解封

用水泥车向油管内打压至27.58 MPa，缓慢上提管柱，上提悬重参考下表数据，期间仔细观察悬重变化判断封隔器是否解封。计算结果如表4。

表4　油管内打压上提解封等效解封力计算结果

3.4油管内、外加压上提解封

这一方案是综合了方案2和方案3，油管内加压27.58 MPa，环空打压20.68 MPa，上提解封封隔器。按照理论计算，这一方案应该能够实现封隔器的解封。但是，由于生产管串太复杂，完井工具及化学剂注入管线及保护套的摩阻影响，实际传递到封隔器销钉上的剪切力还是不够把销钉剪断。

4　成功解封R封隔器的方案分析

上述各种解封方案没能实现R封隔器的解封，根本原因就是剪切解封销钉的力不足以剪断销钉。针对这一问题，按照R封隔器的设计思路，提出“井口提拉辅以掏空”的方案。

这一方案的基本思路是模拟R封隔器销钉个数设计的最严酷工况，下入井下堵塞器将管柱底部堵住，打开滑套，利用氮气举升掏空油管和环空内的完井液，利用封隔器上、下产生的压力差作用的向上推力，辅助井口提拉剪断封隔器销钉，以实现封隔器解封。

4.1掏空产生的负压

式中，p为掏空产生的负压，即作用在封隔器销钉上的剪切压差，MPa；ρ为压井液密度，g/cm3，本井ρ= 1.20 g/cm3；H为掏空垂深，m。

4.2掏空负压产生的剪切力

式中，F为掏空负压作用在销钉上的剪切力，kN；Do为封隔器芯轴外径，Ø117.73 mm。

表5是掏空提拉解封的各项参数计算结果。

表5　掏空提拉解封各项参数计算结果

根据以上计算，井口上提悬重增至78 kN（在1.20 g/cm3盐水中拉开伸缩节时的稳定悬重为420 kN，掏空1 730 m，悬重约为454.6 kN，即过提拉力为325.4 kN）时，悬重突然降为420 kN，初步判断为封隔器成功解封。随后用密度1.20 g/cm3的盐水正循环压井，通过节流分离导入循环罐，出口见大量油气排出，分离点火一次成功，证实成功解封封隔器。

5　认识和建议

（1）液压坐封提拉解封的可回收式R型生产封割器用于水平井，国内外还没有成功的资料介绍。S22水平井试探摸索出了一套R封隔器在水平井使用中的解封方案，经过理论计算和现场实践，证明在水平井中“掏空辅助提拉”这一方案对R封隔器的解封成功有效，为今后S油藏其他水平井在修井时解封该类封隔器探索出了一条行之有效的途径。

（2）R封隔器坐封位置的优化，是今后修井解封该类封隔器的基础。通过受力计算分析，结合S22水平井的解封经验，不建议R型可回收式封隔器下入大斜度井段，坐封位置的井斜角不建议大于60º。

（3）在满足油井正常生产条件下，尽可能简化生产管柱结构，减少摩阻。

（4）对于确实需要下入大斜度井段的复杂管柱完井，做好管柱受力分析，优化R封隔器剪切销钉数量，减少今后解封作业的风险。

［1］孙树强.井下作业［M］.北京：石油工业出版社，2013-02.

［2］ 万仁溥.现代完井工程（第三版）［M］.北京：石油工业出版社，2008.

（修改稿收到日期2014-10-09）

〔编辑付丽霞〕

Practice of Releasing R Packer in S22 horizontal well

ZHENG Mingxue, LUO Bing, WEI Haitao
（SINOPEC International Petroleum E&P Corporation, Beijing 100083, China）

Based on understanding the technical parameters, using and operating conditions of R Packer, and focuing on the working condition and difficulties encountered when releasing this packer in the S22 horizontal well of the Y Oilfield in Iran, we analyzed the amount of shear pin design for R packer and all kinds of operating conditions of releasing force calculation. to study the obscure reasons to unset this kind of packer, finally, a practical solution to unset this kind of packer is founded. Not only successfully solved the R Packer releasing problem in S22 horizontal well, but also put forward a set of optimized plan for using of R Packer in horizontal well. In the future, it provides a useful reference for this kind of packer using in the other horizontal wells in the S reservoir. Meanwhile, for the horizontal wells which had been completed in this oilfield, it provides a useful experience draw from the lessons learnt of releasing the packer for the workover operation in the future.

horizontal well; R Packer; operating condition; releasing packer; releasing force; practice

TE931.2

B

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0117 – 03

10.13639/j.odpt.2015.02.031

郑明学，1968年生。1991年毕业于石油大学（华东）钻井工程专业，现任中石化国勘钻井高级专家，高级工程师。电话：18801357981。E-mail：mxzheng@petroyada.com。

引用格式：郑明学，罗冰，韦海涛. 在S22水平井解封R封隔器的实践［J］.石油钻采工艺，2015，37（2）：117-119,123.