液力錘在海上連續油管作業中的應用探索

摘 要：連續油管水平井和大斜度井作業經常存在下推力無法有效傳輸的問題，而連續油管液壓震擊器往往只能實現單次震擊，效率低。鑒于此，將液力錘工具應用于海上連續油管水平井和大斜度井開/關滑套作業中，通過連續油管泵注流體，驅動液力錘在井下開展超過300次/min的往復式高頻沖擊，實踐效果可靠、高效。在此基礎上，探索了液力錘在連續油管清理井筒，砸破裂盤，打撈、解封封隔器和射流泵等作業中的應用。

關鍵詞：液力錘；水平井；高頻沖擊；連續油管；液壓震擊器

中圖分類號：TE358" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）05-0058-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.05.015

0" " 引言

水平井鉆探是開發油氣田、提高采收率的一項重要技術。水平井井眼穿過油層的長度長，大大增加了井與油層的接觸表面積，從而使油井的單井產量更高，在油田增儲上產中發揮著巨大作用。隨著油田勘探、開發技術的不斷進步，水平井成為增加原油產量、提高采收率的重要手段之一，并在國內石油工業尤其是在海上石油工業中得到廣泛應用，同時，也給后期修井作業帶來了較大困難。筆者在實踐應用基礎上，闡述了液力錘在連續油管水平井和大斜度井作業中的應用背景，開發出作業工具串，總結其在海上油田現場應用流程和效果，探索了液力錘在連續油管清理井筒、砸破裂盤、投撈類[1-2]作業中的應用，可為后續作業提供參考。

1" nbsp; 連續油管在水平井作業中的應用

水平井可以增加井筒與油層的接觸面積，與直井產量相比較，在同一壓差條件下，水平井的產量一般是直井的4～7倍。受海上平臺空間限制，海上油田普遍采用大斜度井和水平井等方式進行開采。以渤海油田為例，近年來，渤海油田在原有平臺基礎上不斷增鉆調整井，其中大多數為大位移定向井和裸眼水平井。據不完全統計，中國海油有超過500口水平井，水平井在海上油田中占比較大。

連續油管作業技術因具有節約成本、簡單省時、安全可靠等優點[3]，在國內外廣泛應用于油氣田鉆完井、修井、測井、增產措施等作業，貫穿于石油勘探開發的全過程。油田開發過程中，連續油管又以其優良的撓性特征，可解決鋼絲和電纜無法輸送工具等難題，在水平井和大斜度井作業中具備明顯優勢，得到廣泛應用，在石油行業中發揮著重要作用。

2" " 液力錘應用的技術背景

在連續油管水平井/大斜度井施工中，開關滑套，砸破裂盤，投撈堵塞器、配水器芯子、管內封隔器、射流泵等類型作業通常需要通過連續油管提供震擊力來完成。不同于鋼絲電纜，連續油管無法通過快速上提下放提供沖擊力，且海上油田井身結構和井下管柱復雜，連續油管在井下摩阻和螺旋彎曲自鎖[4]等情況下很難將地面施加的力尤其是下壓力傳遞給井下工具，因而此類連續油管作業常借助于在井下工具串中增加液壓震擊器提供震擊力，但液壓震擊器單次震擊后需通過拉伸/下壓使液壓缸復位才能再次實現震擊，效率低，且實際作業過程中由于生產管柱內無受力點導致震擊器無法復位而被棄用的情況經常存在，例如開/關滑套作業。

為解決液壓震擊器工作效率低且使用條件苛刻等問題，經過充分調研和論證，開發出液力錘工具。通過連續油管泵注液體，驅動液力錘在井下開展往復式高頻沖擊，以替代液壓震擊器實現震擊效果。

3" " 液力錘的工作原理和使用方法

液力錘是一種可以提供可控的高頻向上或向下沖擊的井下作業工具，其所傳遞的沖擊的頻率和幅度通過流量和施加的力來控制，能以較低的施加力傳遞高頻沖擊。液力錘實現沖擊動作時必須同時滿足兩個條件：連續泵注液體和施加機械力作用。

3.1" " 工作原理

以液力下沖擊錘（圖1）為例，液力下沖擊錘的下沖擊動作必須同時滿足連續泵注液體和機械下壓力作用兩個條件，只有兩個條件同時滿足，才能實現連續向下沖擊。當流體通過液力下沖擊錘時，無論多大排量均無法激發沖擊動作，當下放到位接觸到目標后，下壓連續油管，工具上接頭及外殼下移，內部的密封面與密封球接觸，阻隔了液體通道。此時繼續保持泵注排量不變，壓力升高，隨著壓力升高推動上接頭及殼體向上移動。待上接頭及殼體位移到極限位置后，密封球與密封面脫離，此時工具內部重新建立流體通道，壓力下降。外殼和上接頭在下壓力作用下迅速下移，從而實現撞擊效果。此時若保持下壓力和排量不變，則重復如上動作，實現高速連續沖擊，沖擊頻率最高可達到300次/min，最大沖擊力可達到155 000 N。

3.2" " 技術特點

液力錘具有多項技術特點，主要包括：

1）只需利用泵注液體便可實現連續沖擊，無須上提、下放連續油管。

2）可通過施加的下壓力改變沖擊效果，在允許范圍內下壓力越大，沖擊力越大。

3）沖擊力可實現高達25倍下壓力的作用效果。

4）適用于長水平段作業，相比于震擊器作業更便捷、適用條件更寬松等。

3.3" " 使用方法

以液力下沖擊錘為例介紹入井作業基本流程：當工具入井后，開泵并保持一個小排量運行，避免井內的雜質進入工具內部。如果入井摩擦力增大，則會激發沖擊錘動作，實現高頻沖擊，從而減小連續油管與井壁的摩擦。接觸目標前先泵注液體再施加下壓力，接觸到目標后，維持最小排量50～150 L/min，然后通過下壓力的大小調整沖擊力。最小的排量可維持一個較低的頻率，從而增大每次作用的沖擊力。推薦在作業過程中維持恒定的排量，可通過觀察壓力變化來判定井下的作業情況。如果需要更大的沖擊力，需要配合機械加速器使用，機械加速器的蝶形彈簧片可提供更大的沖擊力，可以通過壓力變化進行對比判定。液力下沖擊錘與匹配的機械加速器配合使用，可以實現最大3～5倍力的效果。

4" " 海上油田應用實踐

4.1" " 基礎數據

渤海某油田G02井為一口生產油井，采用渤海油田常見的Y管分采管柱進行開采，完井深度3 105 m，Y接頭以上為3-1/2″油管，Y接頭以下為2-7/8″油管，如圖2所示。

4.2" " 生產現狀及作業目的

該井換泵期間擠注的解堵液溝通了強水淹層，導致含水上升，根據周邊油水井的產吸情況，分析2#產層為主要產水層，需要關閉2#滑套，以降低含水，增加其他低含水層的儲量動用。由于該井最大井斜達81.6°，鋼絲作業無法實施，需要動用連續油管來關閉2#滑套（向下關閉）。

4.3" " 設計分析及模擬

4.3.1" " 井況分析及工具選擇

該井井斜較大，連續油管下推力難以傳遞到井下工具前端，且液壓震擊器在井下沒有復位所需的受力點，無法使用。綜合分析后，采用在工具串中增加液力錘代替液壓震擊器的方案，入井工具串組合為：連續油管+連接器OD1.75″+馬達頭總成（雙瓣式單流閥+液壓丟手短接+破裂循環短接）+機械加速器OD2.125″+液力錘OD2.125″+滑套移位工具OD2.25″+噴嘴OD1.75″。工具串最大外徑2.25″（57.15 mm），小于管柱最小內徑2.313″（58.75 mm），滿足作業要求。

4.3.2" " 軟件模擬及力學分析

考慮到滑套為向下打開，選擇連續油管尺寸時，要在平臺吊裝和設備擺放能力滿足的前提下，盡量選擇大管徑連續油管，以提供足夠的下推力。本井使用外徑1.5″、壁厚0.109″的連續油管進行作業，長度3 700 m。經過力學軟件模擬，連續油管攜帶該工具串起下過程中最大上提載荷在1.5″連續油管80%強度安全載荷內，在滑套位置可提供的理論下推力為22 200～26 700 N，可滿足液力錘工作所需的最小下壓力要求。

4.4" " 現場作業

4.4.1" " 通井作業

為防止工具串在起下過程中遇阻或遇卡，先使用連續油管攜帶多角度噴嘴對井筒進行清洗，使用高壓沖洗泵通過連續油管泵注清水或清洗劑，保持排量150 L/min以上，循環沖洗至盲堵（2 971 m）并循環沖洗1.5個井筒容積，直至返出干凈為止。

4.4.2" " 開滑套作業

地面對液力錘和滑套移位工具進行功能測試，并記錄數據如表1所示。

工具串入井。下放連續油管至2#滑套（2 811 m），有遇阻顯示后下壓13 300 N無法通過。上提連續油管10 m，啟泵泵注液體，泵排量120 L/min，泵壓和排量穩定后，以5 m/min的速度緩慢下放連續油管，遇阻后施加下壓力8 900 N，保持泵排量120 L/min，依靠液力錘的高頻沖擊力向下震擊。

3～5 min后，連續油管遇阻顯示逐漸消失并通過遇阻點。繼續下連續油管至2#滑套以下10 m位置（2 821 m），停止下入，停泵靜置10 min，待滑套移位工具打撈爪完全收回后上提連續油管至2#滑套以上10 m位置（2 801 m）。再次啟泵泵注液體，泵排量120 L/min，泵壓和排量穩定后，以5 m/min的速度緩慢下放連續油管，通過2#滑套（2 811 m）位置時無遇阻顯示，證明2#滑套已成功關閉。

4.5" " 應用情況及效果

在G02井成功實踐應用基礎上，液力錘工具在海上油田開關滑套作業中應用5井次，均實現滑套成功打開和關閉。實踐證明，液力錘在水平井開關滑套作業中應用可靠、高效，可有效解決連續油管下推力無法有效傳輸和液壓震擊器單次震擊效率低的問題，具有操作簡單、使用條件寬松等優點。目前，在井下工具串中增加液力錘工具已被確定為海上油田連續油管開關滑套作業的通用程序。

4.6" " 推廣應用與探索

液力錘在開關滑套作業中的成功應用為連續油管水平井和大斜度井作業提供了良好借鑒。綜合梳理近幾年海上油田連續油管作業類型，如清理井筒，砸破裂盤，投撈堵塞器、配水器芯子、管內封隔器、射流泵等作業類型，與開關滑套作業類似，需連續油管提供沖擊力來完成。經過探索，嘗試使用液力錘工具在海上某油田進行連續油管砸破裂盤作業，實踐效果穩定、可靠，據此推斷液力錘在其他幾類作業中也具備實踐價值，可在今后的應用中持續進行探索。

5" " 結論

1）連續油管水平井和大斜度井作業技術在國內油氣田已比較成熟，在海上油氣田上已得到廣泛應用，但連續油管在海上水平井和大斜度井作業中仍存在下推力無法有效傳輸等問題，需在實踐和探索中進一步解決。

2）經過對液力錘工具技術性能的分析和實踐論證，證實液力錘是一種可以提供可控的高頻向上或向下沖擊的井下作業工具，當連續泵注液體和施加機械力作用兩個條件同時滿足時，液力錘可實現沖擊動作，其所傳遞的沖擊的頻率和幅度通過流量和施加的力來控制，能以較低的施加力傳遞高頻連續沖擊，沖擊頻率最高可達到300次/min。與匹配的機械加速器配合使用，可以實現更大沖擊效果，最大沖擊力可達到155 000 N。

3）基于液力錘工具的良好技術性能，對連續油管開關滑套作業井下工具串進行優化，使用液力錘替代液壓震擊器，并在渤海某油田大斜度井開關滑套作業中進行應用，實踐證明液力錘可有效解決連續油管下推力無法有效傳輸和液壓震擊器單次震擊效率低的問題，實踐效果可靠、高效。在工具串中增加液力錘被確定為海上油田連續油管開關滑套作業的通用程序，為液力錘工具在連續油管作業中的應用提供了借鑒。

4）目前海上油氣田連續油管作業量可維持在70～80井次/年，在水平井和大斜度井作業中已成規模化應用。連續油管砸破裂盤，投撈堵塞器、配水器芯子、管內封隔器、射流泵等作業類型，與開關滑套作業類似，需連續油管提供沖擊力來完成，推斷液力錘在這幾類作業中具備實踐價值，可在今后的應用中持續進行探索。

[參考文獻]

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[4] 王方祥，張乾，姜有才，等.連續油管長水平段防自鎖技術[J].油氣井測試，2021，30（2）：25-29.

收稿日期：2024-11-26

作者簡介：葉春波（1986—），男，湖北人，工程師，研究方向：油氣開采開發。