下部小尺寸管柱沖砂工藝及工具研制

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(中海油能源發展股份有限公司 工程技術分公司，天津 300452)

1 技術分析

1.1 工藝結構和原理

小尺寸沖砂工藝技術的井下管柱如圖1，主要由分流封隔器、橋式工具、旋轉沖砂工具和雙層管柱組成。該管柱隨鉆桿或油管下入。分流封隔器只在244.5 mm(9英寸)生產套管內滑動，封隔套管環空。根據具體井深結構對雙層管柱進行配長。分流封隔器、雙層管柱和橋式工具組成液流轉向系統，實現沖砂液從環空流入，流經雙層管柱[6-7]夾層，通過橋式工具液流轉換到中心管，從旋轉沖砂工具噴出，高速流動的沖砂液對井底和側壁進行沖洗。上返的沖砂液通過橋式工具轉換，從雙層管柱的夾層流入到中心管內，通過鉆桿或油管中心上返回地面。實現上部反循環，下部正循環沖砂作業。

1—鉆桿；2—分流封隔器；3—雙層管柱；4—橋式工具；5—旋轉沖砂工具；6—人工井底；7—沉砂；8—防砂管柱；9—177.8 mm(7英寸)頂部封隔器；10—177.8 mm(7英寸)尾管；11—244.5 mm(9英寸)生產套管。

1.2 適用環境及工藝參數

1) 244.5 mm(9英寸)套管井。

2) 82.55 mm(3英寸)、120.65 mm(4英寸)、127 mm(5英寸)、139.7 mm(5英寸)小尺寸管柱沖砂。

3) 儲層壓力衰竭，易漏失井。

4) 長井段沉砂井。

5) 不具備大排量施工泵平臺完修井作業，如修井機平臺。

6) 適用井斜0～90°。

7) 循環壓力<20 MPa。

3.對接“共同方法”成果的國內稅法選擇性轉化。中國國內稅法選擇對接了“共同方法”成果之行動計劃7、8、9、10和15共5項成果，而AP-BEPS中1和11成果暫時沒有對接。

8) 排量0.4～0.8 m3/min。

1.3 技術特點

1) 采用皮碗結構的分流封隔器，入井管柱無相對運動部件，可靠性高。

2) 通過液流轉向技術，實現上部反循環，下部正循環沖砂，沖砂液沖擊力大，小油管攜砂能力強，作業效率高，成本低，儲保效果好。

3) 沖砂液在雙層管內循環，提高攜砂液速度，不易砂堵、砂卡，攜砂徹底。

4) 用常規設備即可完成沖砂作業，不需專用設備，易推廣。

2 配套工具

2.1 分流封隔器

表1 分流封隔器技術參數

1—上接頭；2—中心管；3—分流短節；4—皮碗；5—壓環；6—限位環；7—鎖環；8—連接套；9—外套。

2.2 雙層管柱

雙層管由外管部分和內管部分組成，結構如圖3，原材料采用常規油管加工成本相對低。雙層管柱技術參數如表2。每一根雙層管為一個獨立的雙層管單元，采用多個雙層管單元直接連接即能實現雙層管通道。常規雙層管柱需下入兩趟，該工具的應用能大幅縮短雙層管柱的連接時間，并為沖砂作業提供循環通道。雙層管接箍采取無臺階設計，可有效降低管串在長距離水平井段的摩阻。

1—平滑接箍；2—內層管上接頭；3—外層管；4—內層管。

表2 雙層管技術參數

2.3 橋式工具

橋式工具由一個部件加工制成，結構如圖4。與雙層管中心管扣連接，外壁與雙層管外管配合密封，實現沖砂液從雙層管夾層流出到中心管，從井底上返液從橋式通道的雙腎形夾層上返到中心管內，循環出井口，橋式工具技術參數如表3。

圖4 橋式工具

表3 橋式工具技術參數

2.4 旋轉沖砂工具

旋轉沖砂工具結構如圖5，可以旋轉著對管柱內部進行清洗，既能沖出管柱內的細砂，又能將該砂粒等雜質排出，達到疏通油層恢復產層的目的[9-10]。該工具技術參數如表4，上端是API標準扣型，與雙層管柱內層管柱連接，內部有液體流道，下部有13個不同方向的噴嘴，在高壓沖洗液的作用下，8個旋轉噴嘴提供切向力，促使工具旋轉，并沖洗側面的管柱內壁；下部5個噴嘴向下沖洗，沖洗管柱下部雜質；工具內部有對向安裝的單列圓錐滾子軸承，在承受高壓作用下旋轉軸推力的同時，可以減小工具在旋轉過程中的阻力。

1—上接頭；2—密封套；3—旋轉密封；4—軸承；5—本體；6—心軸；7—噴頭；8—噴嘴。

表4 旋轉沖砂工具技術參數

3 典型井沖砂工藝分析

PL19-3油井井深結構如圖6，油井基礎參數：套管程序244.5 mm(9英寸) 47#,13Cr 3SB, Casing@2 040.6 m+177.8 mm(7英寸)23#, TSH 563 L-80 @2 114.278 m+ 177.8 mm(7英寸)29#, TSH 563 L-80 @2 445 m， 177.8 mm(7英寸)尾管射孔完井，射孔段2 157～2 376.6 m，4個單層114.3 mm(4英寸)12.6# POROMAX篩管+礫石充填防砂完井防砂，防砂管柱最小內徑82.55 mm(3英寸)，最大井斜67.85°@1057.46 m MD，人工井底2 445 m。

產層出砂，油井故障關停；修井作業沖砂參數：起完電泵機組，測井筒靜漏失速度為2.1 m3/h，下入沖砂鉆具：52.39 mm(2英寸)引鞋 + 52.39 mm(2英寸)沖管28根 + 變扣(海德里511×310) + 88.9 mm(3英寸)鉆桿 + 變扣(311×410) + 127 mm(5英寸)鉆桿；正循環排量80～318 L/min，泵壓1.3～5.5 MPa；動態漏速2.7～6.8 m3/h，無砂粒返出；反循環排量790 L/min 、壓力4.1～4.8 MPa，監測漏速8.0 m3/h，振動篩處收集返出地層砂和陶粒大約0.4 m3，陶粒占95%。

根據現場遇到的復雜難題，提出一種改進的井筒循環通道,如圖7。針對循環通道尺寸變化大、環形空間截面積大的特點，改變循環通道，減少孔徑變化量，縮小環空循環截面積，增加環空攜砂能力，下入小尺寸套管，從防砂管柱頂部回接到井口，然后下入小尺寸鉆具進行沖砂。回接套管組合：插入錨定密封(82.55 mmID)+變扣+127 mm(5英寸)套管(111.96 mmID)×190 m+變扣+139.7 mm(5英寸)17#套管(124.3 mmID)×2 100 m。沖砂鉆具組合：52.39 mm(2英寸)沖管+變扣+2鉆桿。此方法至少需要下入兩趟管柱進行沖砂作業，作業復雜，而本文研制的小尺寸沖砂工藝管柱較好地解決了此種井沖砂作業，只需下入一趟沖砂管柱：48.26 mm(1.9英寸)旋轉沖砂工具+73 mm(2英寸)×48.26 mm(1.9英寸)橋式工具+73 mm(2英寸)×48.26 mm(1.9英寸)雙層管柱+分流封隔器+127 mm(5英寸)鉆桿，沖砂液從鉆套大環空注入，經液流轉換系統，從旋轉沖砂工具正循環噴出，上返沖砂液經橋式工具到沖砂管柱中心管內，循環出井口，發揮了正反循環的雙重優勢，解決了現場難題。

圖6 PL19-3井井身結構

圖7 PL19-3井改進的井筒循環通道

4 結論

1) 小尺寸沖砂工藝技術通過研制液流轉換工具，利用雙層管實現沖砂液流向的轉換，實現正、反循環作業，作業效率高，成本低，儲保效果好。若管柱下部帶負壓舉升泵，效果更佳。

2) 沖砂返出液不進入油套環空，不存在砂卡、砂埋管柱可能性。

3) 現場沖砂修井作業表明，小尺寸沖砂工藝技術能夠滿足上部大環空套管、下部小尺寸防砂管柱井的沖砂需求。小油管攜砂能力強，解決不具備大排量施工的完修井平臺的沖砂作業問題，具有較好的推廣應用價值。