震击解卡小修作业技术研究及矿场应用

2023-12-04许建国徐峰阳邓茂攸

石油矿场机械 2023年6期

陈宁,许建国 ,黄晖, 徐峰阳,邓茂攸,丁帅

(吉林油田油气工程研究院,吉林松原 138000)

随着油气井的长期开采,地层压力、地应力也随之发生变化,以及压裂、注水等各种措施的实施,造成井筒套变、错断、腐蚀、结垢、套漏及井下落物等井下事故频发,井筒完整性遭到破坏,待修井数逐年增多,甚至造成油水井报废,影响最终采收率。其中,井下落物是最常见的井下事故,由于套变、出砂、结垢及工具不解封等原因,增加了解卡打捞的作业难度[1-5]。水平井和大斜度井,由于其特殊的井眼轨迹,导致作业管柱受力更加复杂,管柱下入磨阻增大,压扭传递更困难,井口的上提力很难有效传递到落物卡点,上下窜动管柱不能有效解除落物造成的卡钻[6]。针对不同的落物形式,采取的打捞方式也有所不同。例如,针对由于套变引起的卡钻落物,应采用大修作业倒扣方式将套变段之上管柱起出,治理套变后再进行打捞。而针对砂卡、垢卡及工具不解封的井下落物,一般采取上下窜动管柱解卡方法,如果解卡无效,仍需采用具有旋转动力的大修设备进行解卡作业,作业周期长,作业成本高[7-9]。本文介绍一种震击解卡作业技术,利用液压蓄能原理在近卡点产生向上的动载荷,以保证为被卡落鱼提供巨大的震击力,提高解卡成功率。该技术采用小修作业设备即可完成井下落物的解卡打捞,实现替代大修作业,提高了修井作业效率,降低了作业成本[10-15]。

1 液压震击解卡工艺技术

1.1 配套工具

主要的配套工具有液压上击器、液压加速器及打捞工具等。

1) 液压上击器。

液压上击器主要由上接头、密封接头、上中心管、上缸套、下缸套、密封阀体、下中心管、密封活塞、下接头等部分组成,如图1所示。该工具在作业过程中需要与加速器配套使用,安装于加速器和打捞器之间,通过油管被提拉贮能来实现上击动作。安装在液压上击器上方的油管被提拉时,液压上击器的压力体内由于密封阀体与下缸套之间的阻尼作用,为油管贮能提供了时间。当密封阀体运动到下缸套的释放腔时,随着高压液压油瞬时卸荷,油管将突然收缩,产生了向上的动载荷。该工具设计有可靠的撞击工作面,以保证为被卡的落鱼钻具提供巨大的打击力。并利用上中心管上的花键与上缸套下端的花键槽相嵌合,用于传递转矩,实现作业管柱旋转作业。

1-上接头;2-密封接头;3-上中心管;4-上缸套;5-下缸套; 6-密封阀体;7-下中心管;8-密封活塞;9-下接头。图1 液压上击器结构示意图

2) 液压加速器。

液压加速器主要由上接头、密封接头、上中心管、上缸套、下缸套、震击垫、密封总成、下中心管、下接头等部分组成,如图2所示。液压加速器是为液压上击器增加震击功能而设计的井下打捞震击工具,不能单独使用,只能与液压上击器联合使用。工作时能对接在其下方的油管和上击器上部起加速作用,以获得对卡点产生更强大的震击力,同时可以减少震击之后钻柱回弹时的震动。在上中心管与上、下缸套之间充满了具有高压缩指数的硅油。上中心管设计有花键,与上缸套下端的花键槽相嵌合,用于传递扭矩。密封总成包括盘根和盘根压圈,安装于震击垫与下中心管之间,形成一个滑动密封副,工作时能使缸内产生高压。

1-上接头;2-密封接头;3-上中心管;4-上缸套;5-下缸套;6-震击垫;7-密封总成;8-下中心管;9-下接头。图2 液压加速器结构示意图

3) 打捞器。

打捞器可以与液压上击器下端直接连接,打捞器型号根据鱼顶的形状选择。当鱼顶为杆状落物时,打捞工具选择筒类打捞工具;当鱼顶为筒状落物时,打捞工具选择矛类打捞工具。不管选择哪种打捞工具,工具功能要求可退,可退方式有投球打压可退或旋转管柱可退两种方式。

1.2 工艺原理

以打捞井下Y445型封隔器卡钻事故为例,液压震击解卡打捞工艺管柱从下至上为:可退式打捞矛+液压上击器+油管+液压加速器+油管。如图3所示。

图3 液压震击解卡工艺管柱工作原理

1) 拉伸储能阶段。上提管柱,液压上击器和液压加速器的密封总成向上移动,缓慢拉长管柱,压缩硅油,实现工具储能,如图3a所示。

2) 卸荷释放能量阶段。液压上击器活塞上行至泄油槽时,高压硅油瞬间卸载,管柱迅速收缩,产生向上的动载荷,与此同时液压加速器上部管柱收缩,使管柱加速向上运动,如图3b所示。

3) 撞击阶段。液压上击器内的撞击面猛烈撞击上缸套的下端面,将巨大撞击力直接传递到落鱼上,此时液压加速器处于关闭状态。如图3c所示。

4) 复位阶段。下放管柱,液压上击器内硅油沿密封阀体上的油道返回上腔内至液压上击器全部关闭,等待下次震击。

1.3 技术参数

液压上击器和液压加速器的技术参数如表1所示。

表1 液压上击器和液压加速器的技术参数表

2 操作流程

以J油田矿场试验为例,震击解卡工艺管柱下井之前,需要进行通井、冲砂、打铅印等作业工序,保证打捞工艺管柱顺利下至预定位置,鱼顶裸露;并根据铅印印痕形状选择合适的打捞工具。工具下井前检查工具,确保液压加速器、液压震击器等处于关闭状态,核实液压加速器、液压震击器、打捞工具等工具长度、扣型等数据,确保入井工具完好。下井工具从下至上依次连接打捞器+上击器+3根油管+加速器+油管。

捞住落鱼后,根据管柱长度计算确定悬重,并在此基础上增加200～250 kN的上提力;上提管柱至设计的拉力,刹住刹把,等待震击(震击时间60 s左右);试提管柱检验是否解卡,若未解卡,下放管柱,施加30～40 kN悬重,使上击器关闭;再次上提管柱进行震击,直至成功解卡。若解卡失败,退出打捞工具。

3 矿场试验

2022年,在J油田XL采油厂大平台井进行了矿场应用。由于平台井大部分为斜井和水平井,井斜角大,入井管柱摩阻增大,常规打捞工艺上提力很难有效传递到井下。该采油厂大平台井压裂工艺管柱主要采用Y445+Y341组合管柱,一般为2～3级封隔器。压裂后需要将压裂封隔器起出井筒,实现井筒畅通,保障油井产量的正常发挥。由于封隔器间的连接油管较长,压后地层出砂等原因,给封隔器打捞增加了难度。前期,采用强拔及上下窜动管柱的方式作业4口井,无一口井实现100%成功解卡,存在管柱拔不动,或者部分管柱断脱在井下的问题。2022-05至今,采用液压震击解卡工艺技术开展现场试验12井次,主要解决了平台大斜度井及水平井压裂封隔器的解卡难题。单井作业反复震击3～5次即可实现解卡,与之前作业相比,成功率100%,累计节约作业成本￥200多万元。