濾砂管分段切割打撈一體化技術研究與應用

王繼強 田啟忠

(中石化勝利油田分公司樁西采油廠，山東 東營 257237) (中石化勝利油田分公司石油工程技術研究院， 山東 東營 257000)

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濾砂管分段切割打撈一體化技術研究與應用

王繼強 田啟忠

(中石化勝利油田分公司樁西采油廠，山東 東營 257237) (中石化勝利油田分公司石油工程技術研究院， 山東 東營 257000)

當生產井濾砂管防砂失效時，需要打撈濾砂管重新防砂。若井下濾砂管較長且砂卡嚴重，加上腐蝕等因素使濾砂管機械強度下降，一次性整體打撈的成功率低，現有的技術是先用內割刀將濾砂管分段切割，再下入打撈管柱進行分段打撈，可減小施工難度，但完成一次切割打撈需要分別起下一趟切割管柱和一趟打撈管柱，要將其全部打撈出來需反復進行多次施工，作業效率低。為提高作業效率，通過研制提放式油管內割刀和一體化撈矛形成了切割打撈一體化管柱，由割刀割斷井下管柱后，直接下放管柱通過一體化撈矛將割斷的油管撈出，切割打撈一趟管柱完成，可簡化施工步驟。經過中間試驗及現場應用，證明施工工藝簡單可靠，能提高作業效率，節約作業成本，具有極大的推廣應用價值。

防砂；濾砂管；切割；打撈；一體化技術

隨著油田開發的深入，水平井特別是熱采水平井的套管損壞(以下簡稱“套損”)問題日益突顯，部分水平井濾砂管出現堵塞、破損、變形等，造成防砂失效，需要打撈并更換濾砂管重新防砂[1]。若濾砂管串較長，并且砂卡嚴重；另外受流體沖蝕及化學腐蝕等因素影響造成機械強度降低，打撈過程中打撈力過高、濾砂管易拔斷，一次性整體打撈成功率不到20%。

為了解決這一問題，開發了井下管柱分段切割打撈技術，先用內割刀將管柱切斷一段，然后下入水平井增力打撈管柱進行打撈，大大減少了施工難度。但是，完成一次切割打撈需要分別起下一趟切割管柱和一趟增力打撈管柱，欲將濾砂管全部打撈出來，需要反復進行多次施工，大大延長了施工時間，降低了作業效率。

1 問題分析

要縮短施工周期，提高作業效率，最有效的辦法就是采用切割打撈一體化工具及工藝，而現有的切割管柱及打撈管柱無法實現這一要求。因為現有切割管柱的內割刀為旋轉坐封式油管內割刀[2]，這種旋轉坐封式油管內割刀的結構存在以下缺陷：①用于稠油井時，井壁死油多，靠扶正機構的摩擦塊來完成旋轉坐封動作比較困難[3]，費時費力；②旋轉坐封式油管內割刀一旦坐封，切割作業完成后，上提管柱即可解封，但卡瓦及扶正機構仍處于自由狀態，只能上提管柱，不能下放管柱，顯然這一缺點滿足不了切割打撈一體化施工工藝的要求。現有的撈矛也存在技術缺陷：只能放置于打撈管柱的最下端起打撈作用，撈矛下部不能連接其他工具或管柱。

2 方案設計

2.1 設計思路

通過對問題分析研究結合現場施工要求，形成以下設計思路：①把油管內割刀由管柱旋轉坐封設計為提放管柱坐封；②優選撈矛種類，改進撈矛結構，使其滿足切割打撈一體化施工工藝要求；③將新型油管內割刀和改進型撈矛組合成切割打撈一體化管柱。圖1為切割打撈一體化管柱示意圖。

圖1 切割打撈一體化管柱示意圖

2.2 內割刀結構設計

提放式油管內割刀主要包括切割機構、扶正機構和中心桿(圖2)，切割機構和扶正機構均安裝在中心桿上，中心桿上設有坐封解封換向軌道，在切割機構與扶正機構之間還裝有坐封機構，該坐封機構與切割機構通過卡瓦連接。

圖2 提放式油管內割刀結構示意圖

坐封機構包括卡瓦套、卡瓦、坐封套和活塞，卡瓦套下部的鎖球孔中裝有鎖球，該鎖球卡在中心桿上的鎖球槽中，實現坐封機構和中心桿的相對固定；卡瓦通過T型頭與卡瓦套的T型槽連接，卡瓦內表面與支撐套是燕尾槽軌配合；切割機構主要由頂刀、切割刀和限位塊組成，在中心桿上部開有3條凹槽，放置切割刀和限位塊，由銷釘固定在凹槽內的定位圓孔內，切割刀可以繞銷釘向外旋轉，中心桿轉動時能帶動切割刀沿管柱周線旋轉完成切割動作。

扶正機構主要包括扶正套，設有3個凹槽放置摩擦塊，摩擦塊和凹槽之間安裝彈簧，摩擦塊的最大外徑大于濾砂管的內徑，能使扶正套總是撐在濾砂管內壁上。另外扶正套上部有鎖球槽，下部內圓的旋轉凹槽放置轉環和定位銷，中心桿在軸向上有長、短2個換向軌道，當扶正套上下活動時，定位銷在換向軌道內變換，此時轉環可以自由轉動，保證扶正套和中心桿徑向的相對固定。

2.3 一體化撈矛設計

一體化撈矛在這套切割打撈工藝中承擔連接傳扭和打撈落魚的作用，既要把切割工具和打撈管柱連接并整合在一起，還要具有較高的打撈強度，因此起著至關重要的作用。

從一體化打撈工藝的要求來分析，首先是切割位置的精確定位，濾砂管過濾部分是由多層濾網構成，強度不高，但厚度較大，如果選擇這一部分進行切割，當濾砂管基管被切斷后，濾網極難被完全切斷，打撈時，濾網會被不規則地扯斷，給第二次打撈造成極大困難[4]。因此，切割位置要精確地定位在濾砂管的盲管或接箍部分[5]。管柱在井下處于伸長狀態，如果用整個管柱的長度進行定位，誤差較大，因為割刀和一體化撈矛之間的距離較短，伸長變形可忽略，因此可利用一體化撈矛對割刀實施定位[6]。

定位時，先將管柱最下面的割刀引入魚腔，繼續下探管柱，直至撈矛探到魚頂，再根據設計切割位置上提管柱調整割刀位置，然而此時撈矛極有可能已經撈住落魚，這就需要撈矛能夠順利退出[7]。因此，一體化撈矛必須采用可退式結構；現場作業時，若要旋轉管柱退出撈矛，就要換方鉆桿，操作較麻煩[8]。因此，決定采用提放式可退結構進行一體化撈矛設計。

圖3 一體化撈矛結構示意圖

一體化撈矛主要由上接頭、彈簧、轉環、定位銷、矛爪套、打撈桿組成。打撈桿上部與上接頭連接，下部設計有斜坡脹頭，斜坡脹頭下部設計有螺紋，可以連接其他工具或管柱。打撈桿中部有坐封解封換向軌道[9]；矛爪套下部外圓開有數條豎槽，使其成瓣狀并具有彈性，套裝在打撈桿上，其上部的內凹槽中安裝有轉環和定位銷，可將矛爪套固定在打撈桿的換向軌道內，上接頭和矛爪套之間安裝彈簧，其作用是提高坐封軌道與解封軌道換向的可靠性[10]。

2.4 工作原理

參考圖1對切割打撈一體化管柱的工作原理進行詳細闡述。

1)確定撈矛的具體位置 首先確定定位油管的長度，將撈矛、定位油管和油管內割刀順次連接在管柱底部，下至魚頂，將油管內割刀引入濾砂管基管內，直至撈矛的矛爪套探至魚頂；輕加壓再上提管柱，此時撈矛已經撈住落魚，確定管柱到位。

2)確定切割位置 再次下放管柱，使撈矛的軌道換向進入解封狀態，根據定位油管長度上提管柱，使割刀處于設計的切割位置；此時油管內割刀的扶正機構的定位銷已進入中心桿的坐封軌道內。

3)坐封機構坐封 再次下放管柱，使油管內割刀的卡瓦撐出坐封在濾砂管內壁上。

4)油管內割刀就位 繼續下放管柱，由于支撐套已經通過卡瓦支撐住，頂刀上頂切割刀，使切割刀撐出并咬入濾砂管內壁。

5)切割濾砂管 通過地面驅動裝置旋轉管柱，油管內割刀的中心桿帶動切割刀作圓周運動切割濾砂管。

6)坐封機構回位 切割完成后，上提管柱使切割刀收回，當中心桿的鎖球槽到達鎖球的位置后，扶正套上沿將鎖球推入中心桿的鎖球槽內，活塞在彈簧作用下將鎖球頂緊在中心桿的鎖球槽內，實現坐封機構和中心桿的相對固定。

7)打撈準備 繼續上提管柱，使扶正機構中的定位銷由中心桿的坐封軌道換入解封軌道。

8)打撈切割后的濾砂管 再次下放管柱，直至撈矛的矛爪套進入魚腔內，撈住割斷的上部濾砂管，將其打撈出井筒外，完成一次切割打撈一體化施工。

3 室內試驗

配套工具研制完成后，裝配形成了切割打撈一體化管柱，并在試驗井進行了井下模擬試驗。

3.1 試驗目的

檢驗切割打撈一體化管柱的整體性能。

3.2 試驗過程

1)連接切割打撈一體化管柱。管柱組合(自下而上)為：提放式油管內割刀+1根油管+一體化撈矛+油管短節。

3)再次下放管柱加壓30kN，上提管柱2m，無負荷，證明撈矛退出；再次下放0.3m，遇阻加壓50kN，證明油管內割刀坐封良好；將壓力載荷減為10kN，正轉管柱50圈，壓力載荷略有下降；再次將載荷加至10kN，正轉管柱50圈，上提管柱解封油管內割刀；再次下放管柱直至有遇阻顯示，加壓到30kN，撈矛軌道換向后上提管柱撈住落魚；當載荷上升至35kN時突降，上提管柱無阻力，打撈出的管柱下部切口均勻，證明切割、打撈均已成功。

3.3 試驗結論

切割打撈一體化管柱在整個試驗過程打撈、釋放、坐封以及切割動作均正常，完全滿足設計要求。根據試驗數據確定了切割打撈一體化管柱的技術參數，結果見表1。

表1 切割打撈一體化技術參數

4 現場試驗

表2 落魚管柱數據表

表3 草27更平2井實施效果統計表

切割打撈一體化管柱經過室內模擬試驗后，正式投入現場試驗。以草27更平2井為例介紹該管柱現場應用效果。

該井采用懸掛器懸掛濾砂管、高壓擠填石英砂防砂完井。在后期生產過程中出砂，嚴重影響了正常生產。因此，決定打撈井內濾砂管，重新進行防砂。打撈施工方案采用濾砂管分段切割配合液壓增力打撈技術，降低打撈提升力，提高打撈成功率。該井防砂管柱結構如表2所示。

2014年7月底該井開始施工，前4次施工采用切割和增力打撈獨立作業，后12次采用切割打撈一次管柱作業。現場施工情況對比見表3。

由表3可知，前4次施工作業平均時間28.75h,后12次采用切割打撈一體化施工平均時間12.58h。通過現場施工效果對比分析可以得知：研制的切割打撈一體化管柱，施工工藝簡單可靠，施工成功率100%，在800～1100m井深范圍內單次切割打撈施工周期平均縮短16.17h。

5 結論

1)現場試驗表明，形成的切割打撈一體化管柱工藝簡單可靠，能顯著提高作業效率，應用前景廣闊。

2)通過提放式坐封機構設計，形成的新式油管內割刀，滿足了稠油水平井濾砂管切割、打撈一體化工藝的現場需要。

3)切割打撈一體化技術的應用，能顯著縮短施工周期，加快問題井的產能恢復，同時能大幅節約作業成本，在低油價的國際市場環境下具有極大的經濟效益和社會效益。

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[編輯] 黃鸝

2016-06-12

王繼強(1985-)，男，工程師，現從事采油及井下作業工作，1048618100@qq.com。

TE358.1

A

1673-1409(2016)35-0057-04

[引著格式]王繼強，田啟忠.濾砂管分段切割打撈一體化技術研究與應用[J].長江大學學報(自科版), 2016,13(35):57～60.