水平井井下防掉热洗阻漏集成器研制

，，，，，，

(新疆油田 工程技术研究院，新疆 克拉玛依 834000)

2008年，水平井裸眼分段压裂技术在新疆油田克拉美丽气田首次获得应用，截止到2017年年底，现场共实施72口井，最高分压19级，其中采用进口工具实施56口井，自主研制工具实施16口井，开发效果显著，获得了良好的经济效益。措施井自喷结束后将进入下泵抽油阶段，然而，在转抽作业时，井口极易发生落物入井，堵塞油流通道，影响油气井产量，甚至导致落物以下井筒的报废。新疆油田公司昌吉油田是裸眼分段压裂实施的主要区块，该区块属致密油气藏[1-2]，含蜡量高，井筒易结蜡，需定期进行热洗清蜡作业，由于井底无油气储层保护隔离装置，热洗液将流入地层对储层造成严重伤害。随着水平井裸眼分压自主工具的持续推广与应用，研制了“水平井井下防掉热洗阻漏集成器”[3-7]，在不影响油气井正常生产的情况下，有效解决了井下防落物、热洗防漏的问题。

1 方案设计

1.1 井况分析

裸眼分压措施井自喷阶段结束后，套管锚定悬挂器以上回接管柱被起出。井下完井压裂管串结构如图1所示，主要由直井段的套管锚定悬挂封隔器和裸眼水平段多个“封隔器+滑套”单元所组成，其中多级投球滑套采用级差设计，自下而上内径为28～91 mm。

图1 裸眼分段压裂井下完井管柱结构示意

1.2 技术思路

为实现井下防掉和热洗阻漏，同时又不影响油气井正常生产，防掉热洗阻漏集成器的设计思路为：

1) 固定方式。集成器和悬挂器上部密封筒采用插入式限位支撑。

2) 防掉功能。集成器内部设置落物阻挡容纳机构。

3) 热洗防漏功能。集成器内部及外部环空设计热洗液阻漏密封机构。

4) 确保正常生产。集成器内部设计地层液体单向过液通道。

2 水平井井下防掉热洗阻漏集成器

2.1 结构原理

水平井井下防掉热洗阻漏集成器结构如图2所示。集成器分瓣棘爪与悬挂器上部密封工作筒内部母螺纹插入配合，上打孔管底端限位，实现集成器井下锚定和限位支撑。密封球采用空心低密度设计，地层液体通过下部打孔管流入集成器内部，在井底压力的作用下，密封器始终处于上浮状态，上打孔挡板进行密封球上部限位，流体通过上打孔管流入井筒，确保了正常生产。当井口发生落物入井，落物被打孔挡板所阻挡容纳，可先进行落物常规打捞，若常规打捞不成功，可对集成器进行整体打捞，进而取出落物。热洗清蜡作业时，热洗液推动密封球与下部球座配合密封，形成集成器中心管底部封堵，同时，集成器所属硫化密封件与悬挂器密封工作筒构成外部环空密封，在悬挂器以上建立了热洗液井筒循环系统，防止了热洗液流入压裂尾管进入储层。

1—上接头；2—打孔挡板；3—上打孔管；4—密封球；5—中心管；6、9—密封圈；7—分瓣棘爪；8—硫化密封件；10—下打孔管2；11—导向头。

2.2 室内试验

对集成器进行室内性能测试，测试内容主要包括中心管正向承压试验和环空双向承压试验。

1) 密封球与上打孔管(未开孔)内置球座配合正向承压试验。最高试验压力50 MPa，密封效果良好。密封球和球座如图3所示。试压曲线界面如图4所示。

2) 硫化组件双向承压试验。最高试验压力50 MPa，密封效果良好。硫化组件和悬挂器密封筒如图5所示。试压曲线界面如图6所示。

图3 密封球和球座

图4 正向承压试验曲线界面

图5 硫化组件和悬挂器密封筒

图6 环空双向承压试验曲线界面

2.3 技术特点

1) 实现井下防掉、热洗阻漏功能一体化。

2) 通过集成器分瓣爪插入配合和悬挂器端部限位的方式实现了集成器井下锚定与限位支撑。

3) 集成器通径是尾管直径的1.3倍，打孔管当量过流面积是尾管面积的2.5倍，不会产生节流。

4) 空心低密度密封球可在正常生产和热洗作业两种不同工况下，形成所需的液体单向通道。根据实际井况，密度可作调整。

5) 集成器易打捞，更换密封件后可重复使用。

2.4 主要技术指标

适用套管外径177.8 mm(7英寸)，尾管外径114.3 mm(4英寸)，密封承压≤50 MPa，耐温≤120 ℃，落物直径≥20 mm。

3 配套工具

3.1 液压丢手工具

液压丢手工具结构[8-9]如图7所示。液压丢手工具与集成器通过剪钉相连接，利用油管送入，集成器到位遇阻后，井口投球泵液，密封球落于丢手工具内部球座，憋压至一定值，液压丢手工具启动剪钉剪断，活塞缸下行，集成器与丢手工具连接处剪钉剪断，实现分离丢手。液压丢手工具设计坐封剪钉剪切力为160 kN，根据理论计算，坐封压力约10 MPa。由试验数据统计表1可以看出，实际坐封压力12～13 MPa，误差为20%～30%。

1—上接头；2—启动剪钉；3—活塞缸；4、5、6—密封圈；7—护套。

表1 剪钉剪切力试验数据MPa

3.2 打捞工具

打捞工具结构[10-11]如图8所示。油管连接打捞工具入井，打捞工具分瓣棘爪(正扣)与集成器上接头内部母螺纹配套对接，过提管柱悬重10～20 kN，井口正向旋转油管，进行集成器分瓣爪(反扣)与悬挂封隔器机械丢手操作，集成器起出。

1—上接头；2—密封圈；3、6—防转剪钉；4—分瓣棘爪；5—中心管；7—导向头。

4 施工流程

1) 工具连接。检查液压丢手工具坐封剪钉，要求硫化密封件外部涂抹密封脂保护。

2) 工具入井。按照井控规则控制油管下放速度，避免液压丢手工具中途坐封，防止硫化密封件在入井过程中发生损伤。

3) 坐封、丢手。集成器送至设计位置、遇阻，井口投球油管内部憋压，完成液压丢手工具坐封、丢手，并起出液压丢手工具及其以上油管。

4) 落物打捞。当发生落物入井时对落物进行常规打捞；若常规打捞操作失效，可采用配套打捞工具对集成器进行整体打捞，取出落物。

5) 热洗清蜡。按照工程设计进行热洗清蜡作业，并记录入井热洗液量和出口返排液量，监测集成器井下密封效果。

5 现场应用

截止2017-10，水平井井下防掉热洗阻漏集成器在新疆油田已现场应用8口井，施工成功率100%。现场应用情况如表2所示。

表2 部分措施井生产数据统计

由表2可以看出，措施前后各井油/套压和产液量基本保持不变，验证了集成器无节流，保证了正常生产。其中JHW007井在2016-11进行抽油作业过程中，发生了抽油杆掉落事故，在没有打捞出落物的情况下油井依然保持了正常生产，后经常规打捞将抽油杆取出。同时，热洗清蜡作业时，热洗液泵入液量与返出液量基本吻合，起到了热洗防漏的效果。

6 结论

1) 结合井况实际，综合考虑了油气井生产、井下防掉、热洗防漏等各方面因素，保证了水平井井下防掉热洗阻漏集成器的适用性。

2) 液压丢手工具与打捞器配套工具的研制，提高了管柱整体安全性，推进了水平井井下防掉热洗阻漏集成器的现场应用。

3) 现场应用效果表明，水平井井下防掉热洗阻漏集成器可满足裸眼完井水平井井下防掉、致密油气井热洗防漏的实际需求。