水平井管類落物打撈工具的設計

□ 趙瑞元 □ 楊義興 □ 王國鋒 □ 張遠東 □ 肖宗政

1.長慶油田分公司第一采油廠 陜西延安 716009 2.長慶油田分公司油氣工藝研究院 西安 710018 3.川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司 西安 710021 4.長慶油田分公司第二采油廠 甘肅慶陽 745099

1 水平井管類落物打撈處理技術現狀

通過調研近年來油井水平井管類落物打撈處理情況,確認普遍作業平均周期長達51 d,成功率僅67%。2015～2020年某油田水平井管類落物打撈處理實例見表1。

2 原因分析

第一,打撈工具入魚難,無法抓住落魚。

常規的滑塊卡瓦打撈矛位于水平段,卡瓦在阻力或其它臟物粘附的作用下,處在工具的后端,未能與錐面貼合,無法咬住落魚,上提時工具會退出落魚。

第二,水平段管柱扭矩施加難。

管柱在自身重力作用下,在水平段與套管內壁完全接觸,摩擦阻力大,在井口施加的扭矩很難傳遞至打撈工具。

第三,打撈工具存在脹破、破壞魚頂等問題。

普通滑塊接觸面積為27 cm2,存在油管變形及破裂的風險。在設計矛桿錐面時,最薄弱點的橫截面積為13.72 cm2,存在強度不足的弱點。

常規打撈工具工作原理對比分析見表2。常規打撈工具卡瓦依靠自重下滑、反轉或正轉管柱來實現管類落物的打撈,通過對比分析可見,常規打撈工具打撈方法無法滿足水平井管類落物的打撈需求。

表2 常規打撈工具工作原理對比分析

3 水平井防脹破滑塊撈矛

3.1 結構

所研制的水平井防脹破滑塊撈矛主要由上接頭、矛桿、滑塊、軌道、彈簧、筒體等組成。這一打撈工具的滑塊接觸面積為40.5 cm2,而普通滑塊的接觸面積僅為27 cm2,接觸面積增大50%,降低油管變形及破裂風險。通過將滑塊后端端部夾角設計為30°燕尾臺階狀,可以保證在加長滑塊的同時不減小矛桿的直徑,使矛桿最薄弱點橫截面積由原來的13.72 cm2增大至14.53 cm2,有效提升矛桿強度。為滑塊增加軌道與彈簧,有效解決打撈矛滑塊在水平段無法咬住落魚的問題,提高打撈工具的入魚率和打撈落物的一次成功率。水平井防脹破滑塊撈矛主要尺寸如圖1所示。

圖1 水平井防脹破滑塊撈矛主要尺寸

3.2 工作原理

水平井防脹破滑塊撈矛是一種內撈外襯工具,芯軸和卡瓦進入魚腔后,卡瓦依靠推桿向下滑動,卡瓦與斜面產生相對位移,卡瓦齒面與芯軸中心線距離增大,使徑向打撈尺寸逐漸增大,直至與魚腔內壁接觸為止。上提矛桿時,斜面向上運動所產生的徑向分力迫使卡瓦咬入落物內壁,抓住并撈獲落物。同時,對于偏磨破損油管,由于外筒限制,也可以進行有效打撈。外筒的特殊結構能夠實現自動找正,并且限制破損油管變形,保證打撈效率。水平井防脹破滑塊撈矛三維模型如圖2所示。

圖2 水平井防脹破滑塊撈矛三維模型

3.3 技術參數

水平井防脹破滑塊撈矛技術參數見表3。

表3 水平井防脹破滑塊撈矛技術參數

3.4 特點

在滑塊與彈簧作用下,助推卡瓦與落魚內壁接觸,內撈外襯,防止管柱脹破。

4 水平井偏磨油管防縮徑偏心卡瓦打撈筒

4.1 存在的問題

根據油田水平井偏磨破損油管打撈處理實例,針對水平井偏磨破損油管打撈處理,研制應用了水平井偏磨油管防縮徑偏心卡瓦打撈筒。

水平井偏磨破損油管無專用打撈工具,咬不住或者擠扁落魚,存在打撈工具入魚難、管柱旋轉難、易擠扁落魚等缺點。

4.2 主要原因分析

偏磨破損油管強度大幅度降低后,無法承受打撈工具卡瓦咬住落魚后的擠壓拉力,落魚受擠壓變形,導致打撈失敗。由于無專用偏磨破損油管打撈工具,在采用常規打撈工具打撈偏磨破損油管時,均存在油管變形、撕裂破壞等問題,導致打撈失敗。動力設備扭矩過大,將腐蝕或擰斷偏磨油管。

4.3 工具結構

水平井偏磨油管防縮徑偏心卡瓦打撈筒主要有筒體和萬向軸兩個部分,由上接頭、鎖緊套、萬向軸、滑動卡瓦、筒體、引鞋組成。

水平井偏磨油管防縮徑偏心卡瓦打撈筒主要尺寸如圖3所示。

圖3 水平井偏磨油管防縮徑偏心卡瓦打撈筒主要尺寸

4.4 工作原理

對于偏磨破損油管,設計了內萬向軸,可以進一步限制油管收縮。卡瓦和內撈螺紋同時作用,增大與被打撈落魚的接觸面積,魚頂受力均勻,不易被撕裂破壞。萬向軸的特殊結構能夠實現自動找正,并且限制破損油管變形,保證打撈工具的入魚成功率。水平井偏磨油管防縮徑偏心卡瓦打撈筒實物如圖4所示。

圖4 水平井偏磨油管防縮徑偏心卡瓦打撈筒實物

4.5 技術參數

水平井偏磨油管防縮徑偏心卡瓦打撈筒技術參數見表4。

表4 水平井偏磨油管防縮徑偏心卡瓦打撈筒技術參數

4.6 特點

這一打撈工具內襯外撈,可防止落物擠扁。萬向軸能夠實現自動找正,可防制破損油管變形。

5 試驗

對所研制的水平井管類落物打撈工具進行室內性能測試,材質及許用拉力完全滿足要求。2021年7月25日～29日,在某井采用水平井偏磨油管防縮徑偏心卡瓦打撈筒、安全接頭、滾珠扶正降阻器、鉆桿、方鉆桿、液壓轉盤組合,起下打撈管柱六次,打撈出井內全部落物,工具入魚率為100%,打撈成功率為85%,平均單井縮短施工周期5 d。2021年10月15日～29日,在某井采用水平井偏磨油管防縮徑偏心卡瓦打撈筒、安全接頭、滾珠扶正降阻器、鉆桿、方鉆桿、液壓轉盤組合,起下打撈管柱八次,打撈出井內全部落物,工具入魚率為95%,打撈成功率為90%。

6 結束語

針對原有水平井管類落物打撈工具存在的入魚難問題,研制了水平井防脹破滑塊撈矛,利用內撈外襯原理,實現入魚即可抓住落魚。

針對水平井偏磨破損油管打撈時卡瓦無法咬住落物的問題,研制了水平井偏磨油管防縮徑偏心卡瓦打撈筒,利用內襯外撈原理,解決了偏磨油管難以打撈的問題。

在實際應用中,結合水平井管類落物打撈工具及配套設備一體化打撈技術,實現一趟鉆打撈工具入魚、退出、倒扣等作業,提高了水平井管類落物的打撈效率,效果良好。