套管千斤顶解卡技术在鲁迈拉油田的应用

2016-09-09聂小康

长江大学学报(自科版) 2016年26期

关键词：解卡四通井口

聂小康

(中国石油长城钻探井下作业分公司，北京 100101)

套管千斤顶解卡技术在鲁迈拉油田的应用

聂小康

(中国石油长城钻探井下作业分公司，北京 100101)

油管悬挂器黏卡在井口油管四通内时有发生，复杂情况下井口悬挂器安全解卡是油、气井修井作业顺利开展的首要任务。分析了解卡过程中井口各部件的受力情况，采用理论分析及有限元模型分析计算的方法，确定解卡过程中井口能施加的最大安全载荷。利用安装在井口的套管千斤顶，施加安全范围内的一定上拉力，使油管悬挂器与井口保持相对运动，来成功实现复杂情况下的井口油管悬挂器安全解卡。利用实例对这一解卡工艺进行了验证，不仅对井口松动特殊情况下的解卡有很好的适用性，而且对于国内外同类型井口油管悬挂器解卡作业也具有指导作用。

套管千斤顶；解卡；有限元模型；油管；鲁迈拉油田

鲁迈拉油田位于伊拉克南部，油田至今已投入开发了60多年。目前由英国BP公司、中国石油及伊拉克国家石油公司于2010年联合投资合作重新开发，现年油气产量位居世界第二。该油田以自喷为主，人工举升(电潜泵)为辅，自喷井占全部开井数的75%以上，主要产层Main Pay平均地层压力为4100psi(1psi=6.895kPa)[1,2]。随着油田的规模性开发，新井完井、试油、生产井事故处理、日常检修以及增产措施等工作量日益增多。修井作业时，油管悬挂器黏卡在井口油管四通的情况时有发生。有些情况下并不能简单地采用加大上提载荷的方式就能实现解卡，需要具体情况具体分析，制定不同的解卡措施和方案。

1　油管悬挂器黏卡机理及常规解卡方式

油气井井口中的油管悬挂器与井口油管四通本体在高温、高压、含油气环境及一定强度应力的作用下，由于接触面金属高分子的布朗运动导致其发生扩散，两者相互渗透而黏卡在一起。要使油管悬挂器能顺利从油管四通内提出，从本质上就是要破坏接触面多组分体系之间的相互作用。

现场采用的井口油管悬挂器常规解卡方式有3种形式：化学方法解卡、物理方法解卡、复合解卡。化学方法解卡，是利用化学药剂将牢牢卡死在井口的油管悬挂器浸泡一段时间，让接触面的金属材料发生化学反应，破坏掉原来的应力结构来实现解卡。物理方式解卡，即为施加一定的外力，一般是由修井机大钩上提施加向上的拉力，达到接触面黏卡的破坏强度而实现解卡。复合方式解卡，即为先用化学药品浸泡一段时间，然后再通过施加外力而实现解卡。而在鲁迈拉油田修井作业实际施工过程中，存在一些常规技术无法实现解卡的特殊情况，需要进行具体分析研究。

2　套管千斤顶解卡原理

2.1施工背景

Ru242井位于伊拉克鲁迈拉油田，完钻于1993年3月，为Main Pay地层生产井。停泵前产液量3060桶/d，含水率2.1%。2014年7月，井内电潜泵机械故障，油井停产。2014年11月，修井队搬上，准备进行检泵作业。拆原井口采油树，安装井口封井器组合。连接提升短接后大钩上提，油管悬挂器黏卡在井口油管四通内，试提至50t仍卡住无法提出。酸液浸泡井口12h后拆提升短接，安装打捞管柱(捞矛+震击器)，大钩上提至60t，油管悬挂器仍然卡死。此时整个井口(油管四通和套管头及表层套管)上移8in。停止作业，拆封井器，装回原井口采油树，关井研究解卡方案。

2.2特殊解卡方案研究及解卡原理

Ru242井的复杂之处在于采用复合解卡上提油管悬挂器时，井口整体向上移动。如果继续实施上提解卡则会进一步损坏井内套管的固井情况，故不能采取加大上提载荷的方式解卡。经过分析和论证，计划使用套管千斤顶配合打捞工具来实施井口解卡。

解卡原理：将套管千斤顶安装在井口封井器上，下入打捞工具组合(捞矛+震击器)捞获油管悬挂器及管柱，利用套管千斤顶施加一个足够大且安全的举升力上提打捞管柱，使油管悬挂器与井口产生相对运动，从而实现解卡。

3　解卡方案实施

3.1井口套管底座加工及承载测试

2014年11月修井机上提解卡时，井口发生整体上移，表明套管固井状况已经发生一定程度的损坏。为了避免在使用套管千斤顶解卡时井口整体下沉，特加工了一个井口套管底座(图1)，安装在井口套管头下，用来承担套管千斤顶上提管柱时反向施加在井口向下的压力，防止套管和井口整体向下移动。对加工好的套管底座进行无损探伤和抗压测试，测定其额定承载压力为200t。

3.2井口解卡提升管柱组合

图1　井口套管底座　　　　　　　　　　图2　套管千斤顶座

图3　封井器有限元模型

3.3套管千斤顶技术数据

套管千斤顶座(图2)安装在封井器的上法兰面上，系统内的液压油在一定的压力作用下驱动液压油缸内活塞向上运动，产生提升拉力，使提升管柱连同油管悬挂器一起上行，实现井口解卡[3]。选用的套管千斤顶最大提升拉力为350t，工作液压力为5000psi。

3.4封井器安全承载分析

套管千斤顶上提解卡时，安装在其下的封井器要承担与提升拉力等额的向下的压力[4]。当承受的压力大于封井器最大的安全抗压载荷后，封井器会受到损伤，故需要分析计算现场使用的FH18-35封井器最大安全抗压载荷。采用三维建模软件PRO-E建立FH18-35环形封井器主要承重件-壳体和法兰面的三维模型，然后将模型导入专用的有限元软件进行分析计算。

3.4.1建立有限元模型

在单元划分中，采用8节点的六面体单元[5,6]，单元平均长度为10mm[7]，封井器材料为ZG25CrNiMo,其化学成分和力学性能参考材料规范JSBW-002，材料屈服强度为517MPa。将其壳体和顶盖进行组合分析，顶盖上施加350t的压力载荷，与壳体底部接触的刚性面施加全约束。封井器有限元模型见图3。

3.4.2模型结果分析

采用弹缩性模型，应力结果云图如图4所示。最大应力为560.3MPa，位于底法兰钢圈槽内鞋面处，已超过材料的屈服强度，壳体钢圈槽部分发生塑性形变，最大值为0.054 mm，位于钢圈槽内表面，如图5所示。

图4　应力结果云图(及细节图)　　　　　　　　　　　　图5　塑性形变云图

3.4.3不同承载载荷下封井器受力变形模拟分析

依照上述步骤对FH18-35封井器在顶部承受不同载荷的情况下进行有限元分析，得出结果如表1所示。当受压载荷大于150t时，封井器将发生不同程度的形变，存在影响其密封性和安全性的风险，故封井器安全承压载荷为150t。

表1　不同载荷下封井器的应力和形变

3.5解卡过程

2015年11月28日，进行解卡作业。套管底座安装在井口套管头下，拆井口采油树。FH18-35封井器安装在井口油管四通上，套管千斤顶安装在封井器上。滑块捞矛下入井口油管悬挂器并试提确认捞获，提升管柱坐入套管千斤顶。套管千斤顶逐步加压上提，当提升拉力上升至91t时，成功解卡，顺利将卡死的油管悬挂器从井口提出。