防噴器閘板導向塊損傷連續油管案例及應對措施

孫厚俊

中國石油大慶油田有限責任公司 井下作業分公司（黑龍江 大慶 163112）

連續油管作業技術以其獨特的優勢，已廣泛地應用于油氣井勘探開發生產的各領域。隨著油氣井勘探開發的深入，大角度位移井、水平井等特殊結構井數量的不斷增加，井下作業施工難度不斷增大，對連續油管裝備的性能提出了更高的要求[1-3]。連續油管的損傷直接影響其使用壽命，易造成斷裂，增加作業的安全風險。

1 連續油管損傷情況

自2021年開始施工以來，連續油管隊伍進行底封拖動大規模壓裂作業施工，單支隊伍每月可施工3～4口井。施工進行45 d的時間，共出現了3次連續油管損傷的情況。2021年1月4日施工的Z12-P3井在第84層壓裂施工結束后，上提連續油管準備施工第85層，當上提到1 862.2 m處發現管柱有損傷（圖1）。2月6日施工的GF7-058井在第13層施工結束后，上提連續油管至第14層施工時，反復坐封失敗。準備更換工具重新施工，當上提至1 825.0 m時發現連續油管損傷（圖2）。2月20日施工的Z12-P4井在下壓裂工具的過程中，當連續油管下至2 775.2 m時發現連續油管本體損傷有刺漏現象（圖3）。

圖1 施工Z12-P3井時的損傷處

圖2 施工GF7-058井時的損傷處

圖3 施工Z12-P4井時的損傷處

三次連續油管損傷處的形態均為邊長約15 mm的三角狀，且一條印痕較明顯，油管損傷處變形，最小外徑55 mm，最大外徑64 mm。其中施工Z12-P4井的連續油管損傷處為焊縫位置，是管體較為薄弱的部位，損傷導致焊縫開裂、刺漏。

2 原因分析

2.1 施工工藝

井下作業施工現場在底封拖動壓裂作業時，每段施工井下工具串均需要坐封，現場操作人員操作設備使注入頭提供30~40 kN的下壓力，此時連續油管在井下呈微螺旋狀，模擬示意圖如圖4所示。井口位置也存在一定彎曲。由于連續油管自身應力原因，其在井控閘板防噴器中靠向防噴器通徑的邊緣。

圖4 連續油管在井下彎曲示意圖

2.2 注入頭

注入頭作為連續油管裝置最為重要組成之一，其正常工作時，夾持裝置直接夾緊連續油管，并均勻控制其提升和下放速度。注入頭在現場使用過程中，可能會導致連續油管擠壓變形。損傷的連續油管也發現了注入頭卡瓦的壓痕（圖5），與造成刺漏的損傷痕跡不符，檢查注入頭與夾持塊未發現異常。

圖5 連續油管卡瓦壓痕

2.3 井控防噴器

井控防噴器的工作原理是利用液壓推動活塞、活塞桿帶動閘板沿滑軌動作，使井控防噴器的閘板關閉或打開[4]。從連續油管損傷所形成的印痕判斷，損傷管柱的物體應為相同物體。根據對油管損傷位置的長度估算，所有油管損傷處，均在封隔器坐封后半封閘板關閉位置。由此判斷連續油管損傷為井控防噴器半封閘板導向塊所致。

連續油管井控閘板防噴器每塊半封閘板上有一個導向塊（圖6），用來將不居中的連續油管引入至井控防噴器半封閘板中心密封段中[5-6]。井下作業施工過程中在管柱不居中的情況下關閉井控防噴器半封閘板，這兩個導向塊都會與連續油管本體發生摩擦和相互作用，正常情況不會對管柱造成損傷。

圖6 井控防噴器半封閘板示意圖

井控防噴器閘板開關的控制使用連續油管設備動力，由兩個液壓油缸進行控制，半封閘板的關閉存在不同步情況。如圖7所示，井控防噴器半封閘板正常情況下同時關閉。即使井控防噴器一側半封閘板先行關閉，在導向塊有效且管柱可以進行水平移動的情況下，連續油管將順利引入閘板密封段中。

圖7 井控防噴器半封閘板關閉示意圖

連續油管在注入頭30~40 kN壓力作用下，位置緊貼井控防噴器通徑邊緣，且在半封閘板關閉位置（圖8）。連續油管所受的橫向推力f1=fsinθ，橫向推力為3.9~5.2 kN。

圖8 連續油管受力分析示意圖

在此情況下關閉閘板，當閘板體導向塊接觸連續油管實施導向功能時，由于連續油管在水平方向無法產生位移[7-8]。此時導向塊與連續油管接觸力F=P/S，閘板開關的壓力強度21 MPa，導向塊與連續油管接觸面積S=9.7×10-5m2，最大接觸力F為2.2×108kN。這時即使接觸力增大也無法使連續油管引入閘板密封段中。半封閘板在液壓力的作用下繼續關閉，導向塊前端面與連續油管進一步接觸、擠壓，在超過連續油管抗外擠壓力5.5×107kN時導致其損傷。

3 應對措施

3.1 更換井控防噴器閘板

事件發生后，連續油管井控防噴器送回井控車間進行檢查，井控防噴器閘板經井控車間拆解后發現兩塊半封閘板導向塊均有堆積，密封膠件有破損。從閘板防噴器拆解后可以看出，經過擠壓后的閘板體導向塊前端面局部已經變形，導向角已經破壞，繼續使用會影響其導向作用（圖9）。需更換閘板體并進行檢修，恢復其導向功能。

圖9 井控防噴器半封閘板導向塊

3.2 加裝扶正防噴器

在連續油管現有的井控防噴器下部加裝單閘板扶正防噴器[9-10]（圖10）。扶正防噴器通徑與原井控防噴器一致，扶正防噴器閘板前端安裝半圓形耐磨扶正塊，在閘板打開狀態下，不影響工具串通過。坐封井下工具時，先關閉扶正防噴器，現場操作人員再操作設備使注入頭提供下壓力，工具坐封。

圖10 扶正防噴器意圖

3.3 嚴格施工操作

底封拖動壓裂工藝所使用的工具，在下壓力作用下就可實現坐封。工具坐封的載荷與管柱的自重有關，施工操作時嚴格控制坐封載荷，根據管柱自重調整注入頭下壓力，而不是固定在30~40 kN。較小的下壓力使連續油管的彎曲度減小，即使連續油管在井控閘板防噴器中靠向內通徑的邊緣，在導向塊的作用下，連續油管進行水平移動，可將連續油管順利引入閘板密封段中。

4 現場應用

連續油管設備在現有的井控防噴器下部加裝單閘板扶正防噴器后，施工時先關閉扶正防噴器后再下壓管柱使工具坐封。扶正防噴器直接與連續油管井控防噴器相連接，連續油管在井控防噴器通徑內基本居中，關閉半封閘板時不會損傷連續油管。

加裝單閘板扶正防噴器的連續油管設備在L4A隊伍試驗施工4口井，歷時29 d，平均每口井施工32層，實施下壓65~70次，未發生連續油管損傷的情況。在之后的底封拖動壓裂工藝施工過程中一直按照關閉扶正防噴器→下壓管柱→關閉井控防噴器的操作步驟進行。

5 結論

1）加裝扶正防噴器后，進行底封拖動壓裂工藝施工時，扶正防噴器作為工作防噴器，允許在閘板關閉的情況下上提或下放連續油管。施工時在連續油管自由狀態下（油管基本居中）關閉扶正防噴器閘板，再下放連續油管，避免井控防噴器閘板對連續油管的損傷。

2）加裝扶正防噴器后，在關閉井控防噴器半封閘板時，閘板導向塊可完全發揮其導向功能，無需進行優化設計導向塊結構，更換半封閘板，原連續油管井控防噴器半封閘板可繼續使用，節約生產成本。

3）繼續對扶正防噴器進行改進，如使其能代替壓裂井口，原連續油管井控防噴器僅用于緊急情況下關閉井口使用，將更加符合井控技術要求。同時也應減少壓裂施工過程中，井控防噴器閘板上下壓力不平衡時打開閘板對井控防噴器的損壞。