插管式尾管懸掛器新型丟手技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用

湯朝紅，熊和貴，郭銳鋒，馬留輝

（中國石化江漢石油工程有限公司井下測試公司，湖北 武漢430040）

引 言

隨著塔里木油田水平井開發(fā)的增多，水平井分段改造技術(shù)應(yīng)用也隨之增多，目前常用的分段改造工藝之一為“插管式尾管懸掛器＋裸眼封隔器＋篩管”。該工藝通常先用鉆桿將分段改造管柱下至設(shè)計位置，插管式尾管懸掛器座封后丟手起出送入管柱，再下入回插油管柱進(jìn)行儲層改造及放噴求產(chǎn)。

插管式尾管懸掛器座封成功后，按照操作規(guī)程，在丟手操作時，需先判斷出送入管柱“中和點”，上提管柱保持插管密封處受力1～2T，右旋管柱15～20圈，即可成功丟手。在實際施工過程中，一方面由于塔里木油田儲層埋藏深，井深一般在6 500.00m左右，插管式尾管懸掛器下入深度較深，受泥漿密度誤差影響，計算得出的送入管柱“中和點”存在誤差，導(dǎo)致送入管柱“中和點”不易判斷；另一方面，若指重表遇到意外情況失靈，無法觀察管柱重量，從而造成插管式尾管懸掛器丟手操作困難，部分復(fù)雜井甚至需要反復(fù)操作好幾次，才能丟手成功。這個難題一直困擾著現(xiàn)場施工技術(shù)人員。

針對以上問題，在總結(jié)以往施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，研發(fā)出新型專用丟手輔助工具。該工具入井時連接在插管式尾管懸掛器之上，在懸掛器坐封后，上提下放管柱時，指重表可出現(xiàn)“中和點”，由此可以判斷插管密封處的受力情況，方便后續(xù)完成丟手操作。

1 輔助工具結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)

1.1 工具結(jié)構(gòu)

丟手輔助工具（圖1）主要由上接頭、密封筒、滑動芯軸、密封組件、壓帽、鎖套、O型密封圈和下接頭等部分組成。

圖1 丟手輔助工具結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工具結(jié)構(gòu)設(shè)計原理

1.2.1 顯示“中和點”設(shè)計原理

參考“中和點”定義，管柱處于不拉伸、不壓縮的狀態(tài)即為中和點。輔助工具設(shè)計為上提管柱芯軸可以拉伸，芯軸滑動至鎖套位置時，鎖套鎖定芯軸無法繼續(xù)滑動，下放管柱芯軸可以被壓縮回到原位。在拉伸、壓縮芯軸過程中，輔助工具以上管柱不會處于拉伸、壓縮狀態(tài)，井口懸重也不會增加。

1.2.2 扭矩傳遞設(shè)計原理

芯軸外表面一段設(shè)計為六方體，密封筒連接的鎖套內(nèi)腔也設(shè)計為六方體，當(dāng)外筒轉(zhuǎn)動時，通過鎖套可帶動芯軸轉(zhuǎn)動，將扭矩傳遞至插管密封處。

1.2.3 密封件設(shè)計原理

在可以保持管柱內(nèi)壓力的基礎(chǔ)上，芯軸可以上、下滑動，且多次上下滑動后密封組件保持密封。設(shè)計采用組合密封的方式，密封組件設(shè)計為支撐環(huán)、V型圈、O型圈和碳圈組合，分別包含向上、向下V型圈，保證密封。

1.2.4 橡膠件材料選擇情況

根據(jù)施工井井況，橡膠件材料需滿足耐高溫（150℃）、防硫化氫腐蝕等要求。選用國產(chǎn)氟膠密封件，耐溫可達(dá)到177℃，又可滿足防腐蝕要求。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

輔助工具長度：2.07m（壓縮狀態(tài)）；

外徑：131mm，內(nèi)徑：55mm；

最高工作溫度：177℃；

伸縮距離：0～1.0m；

最大工作壓差：70MPa；

抗拉：1 048kN；

扣型：310＊311。

2 工作原理

輔助工具入井時，連接在插管密封上部，工具處于拉伸狀態(tài)。當(dāng)送入管柱下至設(shè)計深度，插管式尾管懸掛器座封、驗封成功后，繼續(xù)下放管柱，輔助工具芯軸被壓縮回外筒。在此過程中，指重表懸重不會降低。當(dāng)懸重降低時，表明芯軸已全部壓縮完畢。

上提管柱，工具再次被拉伸，在拉伸過程中懸重不會增加，繼續(xù)上提管柱至懸重增加1～2T。此時表明插管式尾管懸掛器插管密封處受拉力1～2T。右旋管柱20圈，即可脫開尾管懸掛器。

3 強度校核

3.1 輔助工具承受的拉力

入井時丟手輔助工具受到軸向拉力，取工具（尾管懸掛器未座封前，管柱處于自由狀態(tài)時）以下2 000m油管的重力來計算，此時2 000mδ88.9mm（壁厚6.45 mm）油管在液體中重力為：

式中，F(xiàn)－2 000m油管在壓井液中重力，N；L1－尾管懸掛器以下油管的長度，2.0＊106mm；G1－單位長度油管重力，0.135 6N／mm；D1－油管外徑，88.9mm；D2－油管內(nèi)徑，76mm；ρ－井內(nèi)壓井液密度，1.08＊10－5N／mm3。

計算可得：F＝235 131.03 N。

3.2 薄弱環(huán)節(jié)處橫截面積

式中，S－工具最薄處橫截面積，mm2；S1－最薄處外徑面積，4 211.97mm2（d1＝Φ73.25）；S2－最薄處通徑面積，2 457.3 7mm2（d2＝Φ55.95）。

則S＝1 754.6 mm2。

3.3 實際拉應(yīng)力

σ＝F／S＝235 131.03÷1 754.6＝134.01 N／mm2

工具采用P110鋼級42CrMo鋼，其抗拉強度為：

許用拉應(yīng)力 ［σ］＝σB／［S］S＝360 N／mm2（安全系數(shù)［S］S＝3）

得σ＜ ［σ］

因此，工具在薄弱環(huán)節(jié)處入井時不會被拉斷。

4 室內(nèi)試驗

4.1 滑動密封試驗

將丟手輔助工具置于延時機上，反復(fù)多次進(jìn)行拉伸、壓縮試驗，試驗完畢后檢查密封組件完好。

4.2 承壓試壓

將完成滑動試驗的工具，接試壓工裝進(jìn)行水密封試驗，采用正打壓方式，對工具整體試水壓，分別試壓至15 MPa、30MPa、70MPa，各穩(wěn)壓15min，觀察壓降情況，判斷工具是否存在泄漏（表1）。

表1 水密封試驗結(jié)果表

丟手輔助工具整體水密封性能滿足施工要求。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

室內(nèi)試驗成功后，在ZG16－2H井開展了現(xiàn)場應(yīng)用試驗，該井是塔中 Ⅰ 號斷裂坡折帶上的一口開發(fā)井，采用“插管式尾管懸掛器＋裸眼封隔器＋改造滑套”分段改造工藝，對該井裸眼段分3段進(jìn)行酸壓改造及放噴求產(chǎn)測試。

丟手輔助工具連接在插管密封上，處于拉伸狀態(tài)入井。管柱下至設(shè)計深度后，正替一定體積坂土漿，投樹脂球，球入座后，分級正打壓 14、19、24、28、32MPa各穩(wěn)壓10min坐封插管式尾管懸掛器＋裸眼封隔器。反打壓15MPa，穩(wěn)壓30min壓降0.2MPa，驗封合格。緩慢下放管柱，懸重1 560KN無變化，繼續(xù)下放，懸重下降；然后上提管柱，至懸重增加至1 580KN，正轉(zhuǎn)20圈，懸重降至1 560KN，上提管柱10m，懸重不變，一次丟手成功。

丟手輔助工具在現(xiàn)場試驗成功的基礎(chǔ)上，自2014年1月至12月中旬，在塔里木油田塔中區(qū)塊進(jìn)行了大規(guī)模現(xiàn)場應(yīng)用，累計現(xiàn)場應(yīng)用48井次，一次性丟手成功率達(dá)到100%，取得了很好的應(yīng)用效果。

6 結(jié)論

1）室內(nèi)及現(xiàn)場應(yīng)用表明，該丟手輔助工具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，使用安全可靠，一次丟手成功率由70%↗100%，顯著地降低了由于丟手不成功而導(dǎo)致復(fù)雜井下事故的風(fēng)險。

2）丟手輔助工具現(xiàn)場應(yīng)用后，單井平均節(jié)約作業(yè)時間5h左右，提高了作業(yè)時效。可進(jìn)一步推廣至其他丟手工藝中。

［1］劉文啟，田印忠，李敬偉.APR測試在海上油氣勘探開發(fā)中的應(yīng)用分析［J］.油氣井測試，2014，23（2）：32－34.

［2］許鎮(zhèn)宇，等.機械零件［M］.北京：人民教育出版社，1982：44.

［3］石愛華，馬志建，等.管柱伸縮補償器的研制與應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2004，27（2）：70－71.