適用于高壓含硫氣井電子式脫掛器的研制

中國石油西南油氣田分公司川中油氣礦 四川 遂寧 629000

磨高區塊龍王廟組及燈影組氣藏為高溫、高壓、酸性氣藏,川中油氣礦產量主要來源于磨高區塊,該區塊動態監測任務重,試井裝備不足,傳統試井工藝壓力監測時間長,成本費用高,試井裝備長處于高溫、高壓、高含硫環境,存在較大安全風險。因此,有必要針對高壓含硫氣井研制一種新型的利用鋼絲作業投放和撈出且安全可靠的壓力計電子式脫掛工具,從根本上解決了長時間占用鋼絲試井車,鋼絲腐蝕嚴重而導致的儀器落井問題,提高了試井裝備的有效利用率,降低試井作業成本,又大大減輕了現場操作人員的勞動強度,并且杜絕了井口防噴系統漏失的安全隱患。

1 結構及原理

研制電子式脫掛器的初衷是為了試井作業擺脫鋼絲的束縛,將儀器置于井下,增加鋼絲的使用率,降低下井成本。脫掛器要能夠使用鋼絲順利下至指定位置,使用某種方式觸發后,脫掛器外徑能夠迅速增大,卡在油管內壁,然后將鋼絲起出,脫掛器與測試儀器留在井下。測試完成后使用專用工具用鋼絲進行打撈。為適應磨高區塊工況,研制設計承壓80MPa、耐溫150℃、抗硫化氫、抗二氧化碳的電子式脫掛器。整套工具包括四個部分:(1)電動投放器(2)脫掛器(3)打撈器(4)XGQV100軟件系統。

1.1 電動投放器 使用電池組件供電,依靠電機的轉動實現脫掛器的觸發,使脫掛器懸掛于指定位置。由投放短節和電池短節兩部分構成,見圖1～3。其特點如下:

(1)電池組件容量大,驅動力強。電池組采用4節高溫大容量電池串連,保證電池組的驅動能力及使用可靠性;(2)動作可靠性高。采用推力軸承平衡外部加在輸出軸上的壓力;(3)密封可靠。電池路通、電路護筒、傳動軸三處采用雙道膠圈,保證密封的可靠性。

圖1 投放短節剖面圖

1.2 脫掛器 脫掛器為純機械結構,施工時,將脫掛器使用電動投放器下至指定位置后,到達設定時間后電動投放器電機動作,使脫掛器觸發,支撐臂張開,脫掛器錨定于油管內壁。脫掛器錨定后,上提投放器,由于已解除鎖定塊的限位,鎖定塊可以向上翻轉,從而使投放器與脫掛器脫離。其特點如下:

(1)結構簡單。脫掛器錨定機構采用連桿結構,動作迅速,結構緊湊;

(2)雙向錨定。脫掛器支撐臂分為上下兩組,共六個,齒向相反,在圓周方向均布,在扶正的同時,保證儀器能可靠的錨定在油管內;

(3)可靠性高。支撐臂觸發后處于機械自鎖狀態,保證錨定的可靠性。

1.3 打撈器 打撈器為純機械結構。打撈器的解卡功能也是依靠彈簧實現,初始狀態下彈簧收縮蓄能,待與懸掛器對接成功后觸發打撈器,使打撈器上的彈簧釋放,依靠打撈器的外殼下壓懸掛器的固定架體,實現解卡功能。

依靠計算,保證打撈器上彈簧伸長后的最小彈簧力大于懸掛器上彈簧壓縮后的彈簧力,即可保證解卡后懸掛器的支撐爪處于完全收起的狀態。其特點如下:

(1)打撈器采用純機械結構,結構緊湊;

(2)打撈器在抓住脫掛器后,使用推力彈簧使脫掛器的支撐臂完全收起,保證脫掛器解除自鎖狀態,順利打撈;

(3)打撈時使脫掛器的支撐臂處于完全收起狀態,可有效保護支撐臂不受損傷,同時可保護油管內壁不被刮傷。

圖2 脫掛器剖面圖

圖3 脫掛器剖面圖

1.4 XGQV100軟件系統 XGQV100軟件用于設定電動投放器的動作時間,定義完成對脫掛器的觸發時間。

2 試驗效果

2.1 室內試驗

(1)投放器承壓性能測試。在打壓筒對投放器打壓80 MPa,進行儀器承壓性能測試,密封面無漏水現象。試驗結論:投放器的電路護筒及電池護筒的密封性能及承壓性能滿足80 MPa以內要求。

(2)投放器高溫性能試驗。投放器整體進行烘高溫150℃,保溫1小時后,在高溫狀態下驗證儀器是否可以正常動作。實驗結論:在150℃環境下,電池可驅動投放器電機正常動作,可順利觸發脫掛器,使脫掛器支撐臂打開。

(3)投放器的定時誤差測試。設置不同的觸發時間,上電后測定相對應的實際觸發時間。實驗結論:投放器的定時誤差與電機動作持續時間誤差均在10s內。

(4)投放器的抗振動、抗沖擊性能測試。在加速度為29.4m/s2,頻率為10～200 Hz,掃頻頻率1oct/min,時間為30min參數下,投放器仍可以正常動作,滿足要求;“儀器沖擊性能試驗”項,將儀器提離地面25cm左右,使投放器進行自由落體運動,重復五次后,投放器仍可以正常動作,滿足要求。

2.2 現場試驗 電子式壓力計脫掛器研制完成后,首先在高磨區塊磨溪18井進行現場試驗。磨溪18井生產套壓20.5 MPa,油8.7 MPa,日產氣1.1×104m3,日產水21m3,天然氣甲烷含量95.98%,相對密度0.5864,硫化氫含量8.71g/m3,二氧化碳44.96g/m3。

試驗過程如下:

(1)通井:井口、通徑工具串及防噴管準備,通徑規φ59.5mm,通徑至4020m;

(2)投放脫掛器:設定電機啟動時間,接電池組件,安裝好電池短節,將裝配好的脫掛器用鋼絲下入到試驗井油管中,待設定時間到,電池驅動電機轉動觸發機構動作,卡爪張開并鎖定,完成座掛;緩慢下放鋼絲,驗證脫掛器座掛情況,緩慢上提鋼絲使投放器與脫掛器分離,完成丟手,收回投放工具串。

(3)打撈脫掛器:更換投放器為打撈工具,利用鋼絲下入打撈工具串,待到達脫掛器座掛位置上方10米左右,向下微振擊打撈脫掛器將脫掛器從井內起出。

試驗結論:分別在磨溪18井3000m、4000m處進行2次投放、錨定、打撈試驗,并驗證其錨定后的可靠性,本次投放、錨定、打撈試驗成功

2.3 試驗效果評價 通過室內試驗和現場試驗證明該投放器電池組件容量大,電機驅動力強,能夠順利投放。脫掛器采用連桿機構,動作迅速、結構緊湊、雙向錨定、機械自鎖、可靠性高。打撈器采用純機械結構,結構緊湊、卡瓦完全收回,順利打撈。

以目前開展為期1個月的連續壓力監測為例,如果采用常規壓力監測工藝需要費用112.8萬元,其中試井費用93.0萬元(包含人員費用),每天3.1萬元;吊車費用19.8萬元,每小時275元。采用電子式脫掛器進行壓力監測僅需動用試井裝備和吊車2天,共計7.52萬元,其中試井費用6.2萬元,吊車費1.32萬元,為期1月壓力監測節省費用105.28萬元。磨溪龍王廟氣藏觀察井3口,根據觀察井壓力監測需要,每口井每年至少監測3個月計算,全部推廣電子式脫掛器進行壓力監測,每年可以節省壓力監測費947.52萬元,經濟效益顯著。

3 結論

(1)該工藝技術可在較短時間內完成多口井的試井作業,提高試井設備的利用率和試井作業效率。

(2)電子式脫掛器下至指定位置,使用電動方式觸發后,脫掛器外徑能夠迅速增大,卡瓦采用上下雙向卡瓦,滿足在扶正的同時,保證脫掛器能可靠的錨定在油管內。

(3)通過新型電子式脫掛器的研制,形成一種新的井底壓力長期測試方式,達到削減三高氣井測試風險,降低測試費用的目的。