防喷器闸板导向块损伤连续油管案例及应对措施

孙厚俊

中国石油大庆油田有限责任公司 井下作业分公司（黑龙江 大庆 163112）

连续油管作业技术以其独特的优势，已广泛地应用于油气井勘探开发生产的各领域。随着油气井勘探开发的深入，大角度位移井、水平井等特殊结构井数量的不断增加，井下作业施工难度不断增大，对连续油管装备的性能提出了更高的要求[1-3]。连续油管的损伤直接影响其使用寿命，易造成断裂，增加作业的安全风险。

1 连续油管损伤情况

自2021年开始施工以来，连续油管队伍进行底封拖动大规模压裂作业施工，单支队伍每月可施工3～4口井。施工进行45 d的时间，共出现了3次连续油管损伤的情况。2021年1月4日施工的Z12-P3井在第84层压裂施工结束后，上提连续油管准备施工第85层，当上提到1 862.2 m处发现管柱有损伤（图1）。2月6日施工的GF7-058井在第13层施工结束后，上提连续油管至第14层施工时，反复坐封失败。准备更换工具重新施工，当上提至1 825.0 m时发现连续油管损伤（图2）。2月20日施工的Z12-P4井在下压裂工具的过程中，当连续油管下至2 775.2 m时发现连续油管本体损伤有刺漏现象（图3）。

图1 施工Z12-P3井时的损伤处

图2 施工GF7-058井时的损伤处

图3 施工Z12-P4井时的损伤处

三次连续油管损伤处的形态均为边长约15 mm的三角状，且一条印痕较明显，油管损伤处变形，最小外径55 mm，最大外径64 mm。其中施工Z12-P4井的连续油管损伤处为焊缝位置，是管体较为薄弱的部位，损伤导致焊缝开裂、刺漏。

2 原因分析

2.1 施工工艺

井下作业施工现场在底封拖动压裂作业时，每段施工井下工具串均需要坐封，现场操作人员操作设备使注入头提供30~40 kN的下压力，此时连续油管在井下呈微螺旋状，模拟示意图如图4所示。井口位置也存在一定弯曲。由于连续油管自身应力原因，其在井控闸板防喷器中靠向防喷器通径的边缘。

图4 连续油管在井下弯曲示意图

2.2 注入头

注入头作为连续油管装置最为重要组成之一，其正常工作时，夹持装置直接夹紧连续油管，并均匀控制其提升和下放速度。注入头在现场使用过程中，可能会导致连续油管挤压变形。损伤的连续油管也发现了注入头卡瓦的压痕（图5），与造成刺漏的损伤痕迹不符，检查注入头与夹持块未发现异常。

图5 连续油管卡瓦压痕

2.3 井控防喷器

井控防喷器的工作原理是利用液压推动活塞、活塞杆带动闸板沿滑轨动作，使井控防喷器的闸板关闭或打开[4]。从连续油管损伤所形成的印痕判断，损伤管柱的物体应为相同物体。根据对油管损伤位置的长度估算，所有油管损伤处，均在封隔器坐封后半封闸板关闭位置。由此判断连续油管损伤为井控防喷器半封闸板导向块所致。

连续油管井控闸板防喷器每块半封闸板上有一个导向块（图6），用来将不居中的连续油管引入至井控防喷器半封闸板中心密封段中[5-6]。井下作业施工过程中在管柱不居中的情况下关闭井控防喷器半封闸板，这两个导向块都会与连续油管本体发生摩擦和相互作用，正常情况不会对管柱造成损伤。

图6 井控防喷器半封闸板示意图

井控防喷器闸板开关的控制使用连续油管设备动力，由两个液压油缸进行控制，半封闸板的关闭存在不同步情况。如图7所示，井控防喷器半封闸板正常情况下同时关闭。即使井控防喷器一侧半封闸板先行关闭，在导向块有效且管柱可以进行水平移动的情况下，连续油管将顺利引入闸板密封段中。

图7 井控防喷器半封闸板关闭示意图

连续油管在注入头30~40 kN压力作用下，位置紧贴井控防喷器通径边缘，且在半封闸板关闭位置（图8）。连续油管所受的横向推力f1=fsinθ，横向推力为3.9~5.2 kN。

图8 连续油管受力分析示意图

在此情况下关闭闸板，当闸板体导向块接触连续油管实施导向功能时，由于连续油管在水平方向无法产生位移[7-8]。此时导向块与连续油管接触力F=P/S，闸板开关的压力强度21 MPa，导向块与连续油管接触面积S=9.7×10-5m2，最大接触力F为2.2×108kN。这时即使接触力增大也无法使连续油管引入闸板密封段中。半封闸板在液压力的作用下继续关闭，导向块前端面与连续油管进一步接触、挤压，在超过连续油管抗外挤压力5.5×107kN时导致其损伤。

3 应对措施

3.1 更换井控防喷器闸板

事件发生后，连续油管井控防喷器送回井控车间进行检查，井控防喷器闸板经井控车间拆解后发现两块半封闸板导向块均有堆积，密封胶件有破损。从闸板防喷器拆解后可以看出，经过挤压后的闸板体导向块前端面局部已经变形，导向角已经破坏，继续使用会影响其导向作用（图9）。需更换闸板体并进行检修，恢复其导向功能。

图9 井控防喷器半封闸板导向块

3.2 加装扶正防喷器

在连续油管现有的井控防喷器下部加装单闸板扶正防喷器[9-10]（图10）。扶正防喷器通径与原井控防喷器一致，扶正防喷器闸板前端安装半圆形耐磨扶正块，在闸板打开状态下，不影响工具串通过。坐封井下工具时，先关闭扶正防喷器，现场操作人员再操作设备使注入头提供下压力，工具坐封。

图10 扶正防喷器意图

3.3 严格施工操作

底封拖动压裂工艺所使用的工具，在下压力作用下就可实现坐封。工具坐封的载荷与管柱的自重有关，施工操作时严格控制坐封载荷，根据管柱自重调整注入头下压力，而不是固定在30~40 kN。较小的下压力使连续油管的弯曲度减小，即使连续油管在井控闸板防喷器中靠向内通径的边缘，在导向块的作用下，连续油管进行水平移动，可将连续油管顺利引入闸板密封段中。

4 现场应用

连续油管设备在现有的井控防喷器下部加装单闸板扶正防喷器后，施工时先关闭扶正防喷器后再下压管柱使工具坐封。扶正防喷器直接与连续油管井控防喷器相连接，连续油管在井控防喷器通径内基本居中，关闭半封闸板时不会损伤连续油管。

加装单闸板扶正防喷器的连续油管设备在L4A队伍试验施工4口井，历时29 d，平均每口井施工32层，实施下压65~70次，未发生连续油管损伤的情况。在之后的底封拖动压裂工艺施工过程中一直按照关闭扶正防喷器→下压管柱→关闭井控防喷器的操作步骤进行。

5 结论

1）加装扶正防喷器后，进行底封拖动压裂工艺施工时，扶正防喷器作为工作防喷器，允许在闸板关闭的情况下上提或下放连续油管。施工时在连续油管自由状态下（油管基本居中）关闭扶正防喷器闸板，再下放连续油管，避免井控防喷器闸板对连续油管的损伤。

2）加装扶正防喷器后，在关闭井控防喷器半封闸板时，闸板导向块可完全发挥其导向功能，无需进行优化设计导向块结构，更换半封闸板，原连续油管井控防喷器半封闸板可继续使用，节约生产成本。

3）继续对扶正防喷器进行改进，如使其能代替压裂井口，原连续油管井控防喷器仅用于紧急情况下关闭井口使用，将更加符合井控技术要求。同时也应减少压裂施工过程中，井控防喷器闸板上下压力不平衡时打开闸板对井控防喷器的损坏。