液压脉冲式震荡解卡技术研究与应用

2018-06-13伊伟锴吕芳蕾田启忠亢武臣温盛魁

钻采工艺 2018年3期

伊伟锴，吕芳蕾，田启忠，亢武臣，温盛魁

(1中国石化石油工程技术研究院 2胜利油田分公司石油工程技术研究院)

疏松砂岩油藏水平井为保证正常生产都需要进行防砂措施，防砂管失效时要进行作业将防砂管捞出重新防砂生产[1]。而目前进行防砂管打捞作业过程中，有些井下工具由于下入时间较长、本身材料和水平段砂卡长度较长等原因，目前现场常用的打捞方式主要采用的是利用地面作业设备大力提升与液压方式进行打捞[2]，前者在造斜段会损失较大的拉力，后者只能向上形成拉力，容易造成滤砂管在接箍位置螺纹损坏脱开与滤砂管被拔断等状况[3]。为此提出了利用井下活塞反复的脉冲震荡作用来提高解除砂卡效果的改进方案[4]，创造设计出了新型的井下脉冲震荡式解卡技术，研制了新型的关键工具，取得了很好的应用效果。

一、液压脉冲式震荡解卡管柱

1.管柱结构

水平井井下液压脉冲式震击解卡打捞工艺管柱主要由水力锚、井下脉冲震荡解卡器与提放式可退捞矛(捞筒)等井下工具组成[5]，如图1所示。

图1 水平井液压脉冲式震荡增力解卡管柱结构

其中井下井下脉冲震荡增力器具有液压增力并能叠加脉冲震击的功能，提放式可退捞矛(捞筒)在800 kN拉力长时间作用下，仍能顺利从鱼顶中退出。

2.液压脉冲震荡解卡器

液压脉冲震荡解卡器是该工艺管柱的核心工具[6]，其主要作用就是转变传统的作业方式中打捞管柱与待捞管柱的受力形态，通过液压锚定，直接在在卡点处通过液压力转化成大负荷的拉力，并通过工具的震荡机构往复运动产生向上的震击效果[7]，破坏砂卡结构，使滤砂管周围砂子松动，使井下防砂管柱产生移动。液压脉冲震荡解卡器的结构见图2所示。

1上接头 2阀套接头 3中心管上接头 4阀体1 5限位环 6阀体2 7阀体3 8主阀阀芯 9阀套 10泄压连杆 11液缸 12活塞 13下中心管 14外筒 15复位弹簧 16钢球 17弹簧球座 18下接头 19先导阀芯 20先导阀芯连杆

该工具的震击部分是实现震荡的核心部分，主要由中心管上接头、三个阀体、两个阀芯、泄压连杆、活塞和液缸等部件组成。当有液压力进入中心管时，液缸和活塞环空通过进液孔进液，阀体和主阀阀芯进液，由于压力差使活塞带动先导阀芯连杆运动，从而使阀体2运动，从而实现泄压，由于压力的突然释放，活塞产生向上的震击作用，由泄压环机构带动阀体2复位，从而实现震击部分的反复震荡效果。

液压活塞增力部分是该工具实现液压力转化为大吨位拉力的机构，主要包括中心管、外筒、活塞与下接头等部件，当地面通过泵车向作业管柱内打压时，液体进入活塞和外筒之间的环空，因活塞通过中心管结构与水力锚相连而固定在套管内壁上，所以在液压的作用下外筒部分相对产生向上的拉力，该力通过外筒与配套的捞矛(捞筒)等机构连接传递，直接作用于待捞防砂管柱。该部分可进行多级串联来增大产生的拉力，根据打捞工艺所需拉力的不同，推荐最多六级机构串联。

水平打压球座是液压脉冲震荡解卡器实现自动泄压的部件，其结构满足工具在水平状态下打压过程保持密封的技术要求，同时当液压脉冲震荡解卡器走完一个工作行程后，水平打压球座的球离开球座，使液压脉冲震荡解卡器实现泄压。

液压脉冲震荡解卡器的规格与技术参数见表1。

3.工艺原理

现场施工过程中，按图1所示的管柱下入解卡工具组合，到达待捞管柱的鱼顶附近后，缓慢下放打捞管柱。待捞矛(捞筒)捞住落物后，上提使液压脉冲震荡解卡器呈拉伸状态。从施工管柱内打液压，液压锚定器的锚爪从工具内伸出，将整个打捞管柱固定在套管内壁上，通过地面泵车升高工艺管柱内压力，由于液压的作用使液压脉冲震荡解卡器的震击部分开始在液缸内往复运动产生向上的震击力，同时，由于液压作用，产生大负荷的向上拉力，将力传递到井下留井管柱的同时，利用震击作用使井筒内滤砂管周围的地层砂产生松动，从而使防砂管柱整体向上移动[8]。当井下的留井滤砂管柱移动走完一个工作行程后，工具利用球座机构实现管柱与井筒联通，地面在泵车处显示压力突降、井口返水，此时停泵。待水力锚的锚爪收回后，慢慢上提管柱至超出原悬重一定负荷，如果可持续向上提出，则说明原井下防砂管柱已解卡，起出全部的作业管柱，即可完成滤砂管打捞作业。如果提升管柱过程悬重持续增加，依靠地面设备的提升载荷不能将井下管柱起出，可以继续利用地面泵车打压，重复上述的过程，使井下的防砂管柱完全提出地面。

二、中间试验

完成了液压脉冲式震击解卡工艺管柱及配套工具的试制后，模拟现场工况条件，对液压脉冲式震击解卡器进行了整体密封性能、震击频率试验。工具的各项性能参数均达到了设计指标。相关试验参数和试验结果见表2和表3。

表2 密封性能试验数据表

表3 脉冲震荡性能试验数据表

三、现场试验

1. 施工流程

(1)进行通井、刮管与冲砂洗井作业，洗净井内脏物与沉砂，并确保工具可下入。

(2)按图1所示的管柱连接井下工具，下入解卡管柱，到达鱼顶附近，缓慢下放管柱。

(3)在原悬重基础上减少20～40 kN，使捞矛(捞筒)插入鱼顶，上提在原负荷基础上增加40～60 kN，使捞矛(捞筒)捞住落物，使液压脉冲式震击解卡器处于拉伸状态。

(4)利用地面泵车向打捞管柱内打压，液压锚定器的锚爪从内部伸出，将整个解卡管柱固定在套管内壁上，继续升高压力，由于液压的作用使液压脉冲震荡解卡器的震击部分开始在液缸内往复运动产生向上的震击力，同时，由于液压作用，产生大负荷的向上拉力，将力传递到井下留井管柱的同时，利用震击作用使井筒内滤砂管周围的地层砂产生松动，从而使防砂管柱整体向上移动。

2. 应用实例

桩1-平5井是桩西采油厂1999年投产的一口水平井，因防砂管失效而停井，采用了多种打捞方式，一直无法捞出井内滤砂管。分析该井由于出砂严重而导致砂卡严重，且停井时间长井下工具材料腐蚀严重，所以决定采用液压脉冲震荡式增力解卡管柱[9]，管柱结构(自下而上)为：LT-T116×73可退捞筒+刚性扶正器+液压脉冲震荡增力器+水力锚两级+刚性扶正器+油管至井口[10]。

打捞管柱下至待捞防砂管柱的鱼顶位置，下压悬重25 kN，成功捞获防砂管柱，上提加载荷55 kN，确定捞住防砂管柱，打压至14 MPa，进行震击解卡，解卡1 h后，提高压力至17 MPa，进行大力解卡，压力突然释放，提出管柱。捞获变扣接头、皮碗封隔器、扶正器、滤砂管、油管短节和丝堵等，总长共计150.73 m。