修井作业中井控装置试压问题的研究与解决

2022-12-31王国锋陈雄涛侯俊耀毛亚伟

机械制造 2022年11期

□ 王国锋 □ 陈雄涛 □ 田军 □ 侯俊耀 □ 毛亚伟 □ 贾瑜

川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司西安 710021

1 修井作业中井控装置试压现状

油气田开发作为生产安全隐患较多的一个行业,井喷和井涌往往对油气田开采带来巨大的经济损失和人员伤亡,特别是井下修井作业更是井控风险高发的一项作业,修井作业是指石油钻井或者后续油气井维护的一种作业,为了确保油气井顺利使用,而采取的维护保养措施,主要包括复杂打捞、油气井套管修复、套管内侧钻等。目前在修井作业的各个工序中,需要对封隔器和采油树进行反复拆除安装,特别是对老井修井首次换装井口的井,需要对井口大四通和液压双闸板防喷器进行试压检验,以达到消除安全隐患,确保试修工作安全顺利进行。

据统计,2005年以前,国内各大油、气田在完井时大多采用上悬挂井口完井。在修井作业中,为了保证修井作业安全顺利进行,必须对井口及井控装置进行试压,目前主要采用的试压方法为手动打压泵+皮碗封隔器组合。对于上悬挂井口完井的油气井,需要将皮碗封隔器连接在油管悬挂器下方,与入井管柱连接在一起,下入井内,悬挂于井口吊卡上,仅对半封闸板进行试压。对于下悬挂井口完井的油气井,则是将皮碗封隔器连接在油管悬挂器下方,与入井管柱连接在一起,下入井内,对半封闸板进行试压,再卸除提升短节,对全封闸板和井口装置进行试压。

手动打压泵+皮碗封隔器的试压方法在目前修井作业中的适用性越来越低,主要受两方面制约。

第一,试压装置局限性。

皮碗封隔器依靠封隔器外径与套管内径的过盈及压差实现密封,修井作业时套管内壁或多或少黏附有异物,会导致密封性变差,液体渗漏,试压时无法稳压,一停泵压力就下降,不符合Q/SY 02553—2018《井下作业井控技术规范》稳压10 min,压降不超过0.7 MPa的要求。

手动试压泵+皮碗封隔器是作业现场为了降低水泥车试压的成本而采取的一种快捷的试压方式,采用CY-1型手动试压泵,其技术参数见表1。该试压泵排量小,升压缓慢,加上封隔器与套管之间的泄漏,无法稳压。对于油井,试压至8 MPa～10 MPa,基本能满足要求。对于气井,试压至25 MPa～35 MPa,或更高压力,都无法满足要求。

表1 CY-1型手动试压泵技术参数

第二,试压方法局限性。

水平井、超深井的试压要求越来越高,皮碗封隔器自身具有密封性差、无法稳压的缺点。手动打压泵+皮碗封隔器的试压方法也不能满足高压井试压的要求,。皮碗封隔器技术参数见表2。

表2 皮碗封隔器技术参数

对于上悬挂井口完井的井,不能对全封闸板进行试压。

受上述因素制约,有必要研究一种新型的封隔器和试压方法,从而满足目前油气井试压的要求,保证修井作业井控安全。若能解决上述两方面问题,则无论是高压油气井、低压油气井、上悬挂井口或者下悬挂井口完井的油气井试压问题,都可以得到解决。

2 设计方案

针对目前修井作业中井控装置试压面临的两方面问题,笔者提出带孔提升短节+法兰式悬挂器座+可控压水力扩张式试压封隔器的试压设计方案。

2.1 可控压水力扩张式试压封隔器

针对皮碗封隔器依靠封隔器外径与套管内径的过盈及压差实现密封的特点,设计了一种可控压水力扩张式试压封隔器,通过打压,封隔器胶筒扩张,与套管内壁实现密封,完成坐封,缷压后,胶筒依然坐封,即可对井控装置进行试压。该封隔器为整体结构,可悬挂50～80 t管柱悬重。封隔器胶筒采用K344型压裂封隔器胶筒,能承受高压。

封隔器主要由油管接箍、筒体、阀腔、连通孔、胶筒、下接头、上压帽、钢球、弹簧组成,如图1所示。试压时,液压通过打压孔进入带孔提升短节,聚压后,压力作用在钢球上,压缩弹簧,克服弹簧的阻力,进入封隔器的内腔,通过连通孔作用在胶筒上,胶筒扩张,密封套管环空。停止打压后,弹簧上顶钢球,堵住缷压通道,胶筒依然坐封。缷压时,将手动缷压杆插入提升短节内,手动缷压杆的顶杆与钢球接触,拧紧一定圈数后,手动缷压杆的顶杆下顶钢球,下压弹簧进行缓慢缷压,胶筒回收解封。封隔器技术参数见表3。