在S22水平井解封R封隔器的實(shí)踐

鄭明學(xué)　羅　冰　韋海濤（中國石化國際勘探開發(fā)有限公司，北京　100083）

在S22水平井解封R封隔器的實(shí)踐

鄭明學(xué)羅冰韋海濤
（中國石化國際勘探開發(fā)有限公司，北京100083）

針對(duì)R封隔器在伊朗Y油田S22水平井中的使用情況及解封時(shí)遇到的困難，分析了封隔器剪切銷釘個(gè)數(shù)設(shè)計(jì)、各種解封工況下的解封力計(jì)算。查找該類封隔器難解封的原因，進(jìn)而找到了切實(shí)可行的解封方案，不但成功地解決了S22水平井R封隔器解封難的問題，而且，提出了一套R(shí)封隔器在水平井中使用的優(yōu)化方案，為今后該類封隔器在該區(qū)塊其他水平井中使用提供了借鑒。同時(shí)，為已完成水平井在今后修井時(shí)的解封提供了可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

水平井；R封隔器；工況分析；解封封隔器；解封力；實(shí)踐

S22水平井完鉆井深4 096 m，完鉆垂深2940.45 m。造斜點(diǎn)深2 562.02 m，造斜率4.42°/30 m，最大井斜角90.89°，閉合距1 317.10 m。本井在完井酸化施工中，發(fā)生CTU噴嘴“硬卡”故障，先后采取上下活動(dòng)、開泵沖等手段解卡均無效果，最后采用連續(xù)油管內(nèi)打壓的“膨脹法”，將連續(xù)油管噴嘴打落在?114.3 mm尾管內(nèi)，這才順利將連續(xù)油管起出地面。為了處理井下落魚，需要解封R封隔器。

1　R封隔器在S22水平井中的工況

考慮到油藏含有H2S，在套管程序設(shè)計(jì)時(shí)，?177.8 mm尾管下部采用了CRA合金管，生產(chǎn)封隔器盡可能下深，坐封在?114.3 mm篩管懸掛器之上約100 m的?177.8 mm合金尾管內(nèi)，以防止地層腐蝕性流體與封隔封隔器之上的生產(chǎn)套管及油管外壁接觸，達(dá)到保護(hù)的作用。S22水平井套管程序見表1。

R封隔器是一種液壓坐封、上提解封的可回收式生產(chǎn)封隔器。該類封隔器的設(shè)計(jì)解封方案是靠上提完井管串，剪斷封隔器上的剪切銷釘，使得封隔器中心管與外筒發(fā)生相對(duì)位移，筒式卡瓦回縮與生產(chǎn)套管分離，達(dá)到解封的目的。

R封隔器在S22水平井中下入深度為3 109 m，坐封位置為井斜角80o的大斜度井段。而且，油藏主體開發(fā)方案采用的是氣舉采油，地層流體中含有腐蝕性氣體H2S、瀝青質(zhì)等，所以，完井管串中設(shè)計(jì)了5級(jí)氣舉工作筒、2級(jí)化學(xué)劑注入閥（1個(gè)注入瀝青質(zhì)溶解劑，1個(gè)注入抗H2S腐蝕劑）、防管柱在生產(chǎn)過程中的縱向蠕動(dòng)的伸縮短節(jié)等完井工具，生產(chǎn)管串結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上提下放管串的摩阻非常大。

表1　S22水平井套管程序

2　R封隔器解封銷釘個(gè)數(shù)設(shè)計(jì)

2.1解封特點(diǎn)

根據(jù)所裝剪切銷釘數(shù)量及單個(gè)銷釘?shù)念~定剪切力，可調(diào)R封隔器的解封力。該種封隔器為生產(chǎn)封隔器，可用于封隔多層、單層、單管柱、電泵完井等多種完井管柱。設(shè)計(jì)的筒式卡瓦，能抵抗上下雙向的作用力，同時(shí)可有效保護(hù)油層套管。伊朗S油藏使用的R封隔器的材質(zhì)為耐腐蝕合金，能夠有效防止H2S的腐蝕，同時(shí)具有耐高溫高壓的特點(diǎn)。

2.2解封銷釘個(gè)數(shù)設(shè)計(jì)考慮的因素

對(duì)于S22水平井來說，最嚴(yán)酷工況就是在氣舉生產(chǎn)過程中油管被瀝青質(zhì)堵塞，突然斷氣停產(chǎn)，環(huán)空套壓降為0，環(huán)空中僅有的壓力為封隔器之上到最下一級(jí)氣舉工作筒之間的液體高度產(chǎn)生的液柱壓力。而封隔器之下是地層壓力，封隔器上下的巨大壓差將作用在封隔器解封機(jī)構(gòu)上，導(dǎo)致封隔器自動(dòng)解封。為防止這一情況的發(fā)生，在封隔器入井前，就要根據(jù)其在井下可能遇到的最嚴(yán)酷工況，優(yōu)化設(shè)計(jì)剪切銷釘個(gè)數(shù)。表2是S22井R封隔器的設(shè)計(jì)規(guī)范。

表2?177.8 mm，43.16 kg/m R封隔器設(shè)計(jì)規(guī)范

2.3解封銷釘個(gè)數(shù)設(shè)計(jì)

R封隔器在井下最嚴(yán)酷工況下的受力如圖1。

圖1　封隔器坐封后，油管底部堵塞工況示意圖

剪切銷釘受力方程式如下

式中，x為最小銷釘個(gè)數(shù)；F為作用在剪切銷釘上的力，F(xiàn)= 封隔器心軸外徑截面積×壓差；f為每個(gè)銷釘承受的剪切力；0.75為溫度變化的安全系數(shù)。

對(duì)于S22水平井來說，在最嚴(yán)酷工況下，封隔器以上的柴油柱高度只有641 m，折算靜液柱壓力為5.28 MPa。地層壓力35.16 MPa，所以，R封隔器上、下的環(huán)空壓差為29.88 MPa。封隔器芯軸外徑為117.73 mm，那么，作用在銷釘上的剪切力為

最少銷釘個(gè)數(shù)為

按照個(gè)數(shù)取整原則，設(shè)計(jì)銷釘數(shù)為10個(gè)，剪斷10個(gè)銷釘需要的合力為45 459.7 kg。

3　解封R封隔器不成功方案的受力計(jì)算

3.1直接上提油管串剪切銷釘解封

S22水平井井內(nèi)油管懸重420 kN（拉開伸縮短節(jié)時(shí)的懸重），R封隔器設(shè)計(jì)的解封力為454.6 kN，?88.9 mm、14.76 kg/m的L80油管額定抗拉負(fù)荷為922 kN，理論上過提500 kN力應(yīng)該解封。用WellCat對(duì)S22水平井完井生產(chǎn)管串進(jìn)行受力計(jì)算，當(dāng)過提500 kN時(shí)，已達(dá)到油管的額定抗拉強(qiáng)度，但傳遞到封隔器軸向的解封力僅為320 kN，不足以克服設(shè)計(jì)解封力值454.6 kN。

3.2環(huán)空加壓上提解封封隔器

由于環(huán)空打壓要相對(duì)降低油管抗拉強(qiáng)度，用Wellcat對(duì)各壓力級(jí)別下的上提管柱井口最大拉力進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，并對(duì)環(huán)空打壓產(chǎn)生的等效解封力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表3。

表3　環(huán)空打壓上提解封等效解封力計(jì)算結(jié)果

3.3油管內(nèi)加壓上提解封

用水泥車向油管內(nèi)打壓至27.58 MPa，緩慢上提管柱，上提懸重參考下表數(shù)據(jù)，期間仔細(xì)觀察懸重變化判斷封隔器是否解封。計(jì)算結(jié)果如表4。

表4　油管內(nèi)打壓上提解封等效解封力計(jì)算結(jié)果

3.4油管內(nèi)、外加壓上提解封

這一方案是綜合了方案2和方案3，油管內(nèi)加壓27.58 MPa，環(huán)空打壓20.68 MPa，上提解封封隔器。按照理論計(jì)算，這一方案應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)封隔器的解封。但是，由于生產(chǎn)管串太復(fù)雜，完井工具及化學(xué)劑注入管線及保護(hù)套的摩阻影響，實(shí)際傳遞到封隔器銷釘上的剪切力還是不夠把銷釘剪斷。

4　成功解封R封隔器的方案分析

上述各種解封方案沒能實(shí)現(xiàn)R封隔器的解封，根本原因就是剪切解封銷釘?shù)牧Σ蛔阋约魯噤N釘。針對(duì)這一問題，按照R封隔器的設(shè)計(jì)思路，提出“井口提拉輔以掏空”的方案。

這一方案的基本思路是模擬R封隔器銷釘個(gè)數(shù)設(shè)計(jì)的最嚴(yán)酷工況，下入井下堵塞器將管柱底部堵住，打開滑套，利用氮?dú)馀e升掏空油管和環(huán)空內(nèi)的完井液，利用封隔器上、下產(chǎn)生的壓力差作用的向上推力，輔助井口提拉剪斷封隔器銷釘，以實(shí)現(xiàn)封隔器解封。

4.1掏空產(chǎn)生的負(fù)壓

式中，p為掏空產(chǎn)生的負(fù)壓，即作用在封隔器銷釘上的剪切壓差，MPa；ρ為壓井液密度，g/cm3，本井ρ= 1.20 g/cm3；H為掏空垂深，m。

4.2掏空負(fù)壓產(chǎn)生的剪切力

式中，F(xiàn)為掏空負(fù)壓作用在銷釘上的剪切力，kN；Do為封隔器芯軸外徑，?117.73 mm。

表5是掏空提拉解封的各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算結(jié)果。

表5　掏空提拉解封各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)以上計(jì)算，井口上提懸重增至78 kN（在1.20 g/cm3鹽水中拉開伸縮節(jié)時(shí)的穩(wěn)定懸重為420 kN，掏空1 730 m，懸重約為454.6 kN，即過提拉力為325.4 kN）時(shí)，懸重突然降為420 kN，初步判斷為封隔器成功解封。隨后用密度1.20 g/cm3的鹽水正循環(huán)壓井，通過節(jié)流分離導(dǎo)入循環(huán)罐，出口見大量油氣排出，分離點(diǎn)火一次成功，證實(shí)成功解封封隔器。

5　認(rèn)識(shí)和建議

（1）液壓坐封提拉解封的可回收式R型生產(chǎn)封割器用于水平井，國內(nèi)外還沒有成功的資料介紹。S22水平井試探摸索出了一套R(shí)封隔器在水平井使用中的解封方案，經(jīng)過理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，證明在水平井中“掏空輔助提拉”這一方案對(duì)R封隔器的解封成功有效，為今后S油藏其他水平井在修井時(shí)解封該類封隔器探索出了一條行之有效的途徑。

（2）R封隔器坐封位置的優(yōu)化，是今后修井解封該類封隔器的基礎(chǔ)。通過受力計(jì)算分析，結(jié)合S22水平井的解封經(jīng)驗(yàn)，不建議R型可回收式封隔器下入大斜度井段，坐封位置的井斜角不建議大于60o。

（3）在滿足油井正常生產(chǎn)條件下，盡可能簡(jiǎn)化生產(chǎn)管柱結(jié)構(gòu)，減少摩阻。

（4）對(duì)于確實(shí)需要下入大斜度井段的復(fù)雜管柱完井，做好管柱受力分析，優(yōu)化R封隔器剪切銷釘數(shù)量，減少今后解封作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。

［1］孫樹強(qiáng).井下作業(yè)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2013-02.

［2］ 萬仁溥.現(xiàn)代完井工程（第三版）［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.

（修改稿收到日期2014-10-09）

〔編輯付麗霞〕

Practice of Releasing R Packer in S22 horizontal well

ZHENG Mingxue, LUO Bing, WEI Haitao
（SINOPEC International Petroleum E&P Corporation, Beijing 100083, China）

Based on understanding the technical parameters, using and operating conditions of R Packer, and focuing on the working condition and difficulties encountered when releasing this packer in the S22 horizontal well of the Y Oilfield in Iran, we analyzed the amount of shear pin design for R packer and all kinds of operating conditions of releasing force calculation. to study the obscure reasons to unset this kind of packer, finally, a practical solution to unset this kind of packer is founded. Not only successfully solved the R Packer releasing problem in S22 horizontal well, but also put forward a set of optimized plan for using of R Packer in horizontal well. In the future, it provides a useful reference for this kind of packer using in the other horizontal wells in the S reservoir. Meanwhile, for the horizontal wells which had been completed in this oilfield, it provides a useful experience draw from the lessons learnt of releasing the packer for the workover operation in the future.

horizontal well; R Packer; operating condition; releasing packer; releasing force; practice

TE931.2

B

1000 – 7393（ 2015 ） 02 – 0117 – 03

10.13639/j.odpt.2015.02.031

鄭明學(xué)，1968年生。1991年畢業(yè)于石油大學(xué)（華東）鉆井工程專業(yè)，現(xiàn)任中石化國勘鉆井高級(jí)專家，高級(jí)工程師。電話：18801357981。E-mail：mxzheng@petroyada.com。

引用格式：鄭明學(xué)，羅冰，韋海濤. 在S22水平井解封R封隔器的實(shí)踐［J］.石油鉆采工藝，2015，37（2）：117-119,123.