下部小尺寸管柱冲砂工艺及工具研制

2019-01-29，，，

石油矿场机械 2019年1期

，，，

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452)

1 技术分析

1.1 工艺结构和原理

小尺寸冲砂工艺技术的井下管柱如图1，主要由分流封隔器、桥式工具、旋转冲砂工具和双层管柱组成。该管柱随钻杆或油管下入。分流封隔器只在244.5 mm(9英寸)生产套管内滑动，封隔套管环空。根据具体井深结构对双层管柱进行配长。分流封隔器、双层管柱和桥式工具组成液流转向系统，实现冲砂液从环空流入，流经双层管柱[6-7]夹层，通过桥式工具液流转换到中心管，从旋转冲砂工具喷出，高速流动的冲砂液对井底和侧壁进行冲洗。上返的冲砂液通过桥式工具转换，从双层管柱的夹层流入到中心管内，通过钻杆或油管中心上返回地面。实现上部反循环，下部正循环冲砂作业。

1—钻杆；2—分流封隔器；3—双层管柱；4—桥式工具；5—旋转冲砂工具；6—人工井底；7—沉砂；8—防砂管柱；9—177.8 mm(7英寸)顶部封隔器；10—177.8 mm(7英寸)尾管；11—244.5 mm(9英寸)生产套管。

1.2 适用环境及工艺参数

1) 244.5 mm(9英寸)套管井。

2) 82.55 mm(3英寸)、120.65 mm(4英寸)、127 mm(5英寸)、139.7 mm(5英寸)小尺寸管柱冲砂。

3) 储层压力衰竭，易漏失井。

4) 长井段沉砂井。

5) 不具备大排量施工泵平台完修井作业，如修井机平台。

6) 适用井斜0～90°。

7) 循环压力<20 MPa。

3.对接“共同方法”成果的国内税法选择性转化。中国国内税法选择对接了“共同方法”成果之行动计划7、8、9、10和15共5项成果，而AP-BEPS中1和11成果暂时没有对接。

8) 排量0.4～0.8 m3/min。

1.3 技术特点

1) 采用皮碗结构的分流封隔器，入井管柱无相对运动部件，可靠性高。

2) 通过液流转向技术，实现上部反循环，下部正循环冲砂，冲砂液冲击力大，小油管携砂能力强，作业效率高，成本低，储保效果好。

3) 冲砂液在双层管内循环，提高携砂液速度，不易砂堵、砂卡，携砂彻底。

4) 用常规设备即可完成冲砂作业，不需专用设备，易推广。

2 配套工具

2.1 分流封隔器

表1 分流封隔器技术参数

1—上接头；2—中心管；3—分流短节；4—皮碗；5—压环；6—限位环；7—锁环；8—连接套；9—外套。

2.2 双层管柱

双层管由外管部分和内管部分组成，结构如图3，原材料采用常规油管加工成本相对低。双层管柱技术参数如表2。每一根双层管为一个独立的双层管单元，采用多个双层管单元直接连接即能实现双层管通道。常规双层管柱需下入两趟，该工具的应用能大幅缩短双层管柱的连接时间，并为冲砂作业提供循环通道。双层管接箍采取无台阶设计，可有效降低管串在长距离水平井段的摩阻。

1—平滑接箍；2—内层管上接头；3—外层管；4—内层管。

表2 双层管技术参数

2.3 桥式工具

桥式工具由一个部件加工制成，结构如图4。与双层管中心管扣连接，外壁与双层管外管配合密封，实现冲砂液从双层管夹层流出到中心管，从井底上返液从桥式通道的双肾形夹层上返到中心管内，循环出井口，桥式工具技术参数如表3。

图4 桥式工具

表3 桥式工具技术参数

2.4 旋转冲砂工具

旋转冲砂工具结构如图5，可以旋转着对管柱内部进行清洗，既能冲出管柱内的细砂，又能将该砂粒等杂质排出，达到疏通油层恢复产层的目的[9-10]。该工具技术参数如表4，上端是API标准扣型，与双层管柱内层管柱连接，内部有液体流道，下部有13个不同方向的喷嘴，在高压冲洗液的作用下，8个旋转喷嘴提供切向力，促使工具旋转，并冲洗侧面的管柱内壁；下部5个喷嘴向下冲洗，冲洗管柱下部杂质；工具内部有对向安装的单列圆锥滚子轴承，在承受高压作用下旋转轴推力的同时，可以减小工具在旋转过程中的阻力。

1—上接头；2—密封套；3—旋转密封；4—轴承；5—本体；6—心轴；7—喷头；8—喷嘴。

表4 旋转冲砂工具技术参数

3 典型井冲砂工艺分析

PL19-3油井井深结构如图6，油井基础参数：套管程序244.5 mm(9英寸) 47#,13Cr 3SB, Casing@2 040.6 m+177.8 mm(7英寸)23#, TSH 563 L-80 @2 114.278 m+ 177.8 mm(7英寸)29#, TSH 563 L-80 @2 445 m， 177.8 mm(7英寸)尾管射孔完井，射孔段2 157～2 376.6 m，4个单层114.3 mm(4英寸)12.6# POROMAX筛管+砾石充填防砂完井防砂，防砂管柱最小内径82.55 mm(3英寸)，最大井斜67.85°@1057.46 m MD，人工井底2 445 m。

产层出砂，油井故障关停；修井作业冲砂参数：起完电泵机组，测井筒静漏失速度为2.1 m3/h，下入冲砂钻具：52.39 mm(2英寸)引鞋 + 52.39 mm(2英寸)冲管28根 + 变扣(海德里511×310) + 88.9 mm(3英寸)钻杆 + 变扣(311×410) + 127 mm(5英寸)钻杆；正循环排量80～318 L/min，泵压1.3～5.5 MPa；动态漏速2.7～6.8 m3/h，无砂粒返出；反循环排量790 L/min 、压力4.1～4.8 MPa，监测漏速8.0 m3/h，振动筛处收集返出地层砂和陶粒大约0.4 m3，陶粒占95%。

根据现场遇到的复杂难题，提出一种改进的井筒循环通道,如图7。针对循环通道尺寸变化大、环形空间截面积大的特点，改变循环通道，减少孔径变化量，缩小环空循环截面积，增加环空携砂能力，下入小尺寸套管，从防砂管柱顶部回接到井口，然后下入小尺寸钻具进行冲砂。回接套管组合：插入锚定密封(82.55 mmID)+变扣+127 mm(5英寸)套管(111.96 mmID)×190 m+变扣+139.7 mm(5英寸)17#套管(124.3 mmID)×2 100 m。冲砂钻具组合：52.39 mm(2英寸)冲管+变扣+2钻杆。此方法至少需要下入两趟管柱进行冲砂作业，作业复杂，而本文研制的小尺寸冲砂工艺管柱较好地解决了此种井冲砂作业，只需下入一趟冲砂管柱：48.26 mm(1.9英寸)旋转冲砂工具+73 mm(2英寸)×48.26 mm(1.9英寸)桥式工具+73 mm(2英寸)×48.26 mm(1.9英寸)双层管柱+分流封隔器+127 mm(5英寸)钻杆，冲砂液从钻套大环空注入，经液流转换系统，从旋转冲砂工具正循环喷出，上返冲砂液经桥式工具到冲砂管柱中心管内，循环出井口，发挥了正反循环的双重优势，解决了现场难题。