水平井管類落物打撈工具的設(shè)計(jì)

□ 趙瑞元 □ 楊義興 □ 王國鋒 □ 張遠(yuǎn)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(shù)作業(yè)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(shù)現(xiàn)狀

通過調(diào)研近年來油井水平井管類落物打撈處理情況,確認(rèn)普遍作業(yè)平均周期長達(dá)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(shí)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(guī)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(shí)工具會(huì)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(nèi)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?shù)葐栴}。

普通滑塊接觸面積為27 cm2,存在油管變形及破裂的風(fēng)險(xiǎn)。在設(shè)計(jì)矛桿錐面時(shí),最薄弱點(diǎn)的橫截面積為13.72 cm2,存在強(qiáng)度不足的弱點(diǎn)。

常規(guī)打撈工具工作原理對比分析見表2。常規(guī)打撈工具卡瓦依靠自重下滑、反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)管柱來實(shí)現(xiàn)管類落物的打撈,通過對比分析可見,常規(guī)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(guī)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(jié)構(gòu)

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(fēng)險(xiǎn)。通過將滑塊后端端部夾角設(shè)計(jì)為30°燕尾臺(tái)階狀,可以保證在加長滑塊的同時(shí)不減小矛桿的直徑,使矛桿最薄弱點(diǎn)橫截面積由原來的13.72 cm2增大至14.53 cm2,有效提升矛桿強(qiáng)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(nèi)撈外襯工具,芯軸和卡瓦進(jìn)入魚腔后,卡瓦依靠推桿向下滑動(dòng),卡瓦與斜面產(chǎn)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(nèi)壁接觸為止。上提矛桿時(shí),斜面向上運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的徑向分力迫使卡瓦咬入落物內(nèi)壁,抓住并撈獲落物。同時(shí),對于偏磨破損油管,由于外筒限制,也可以進(jìn)行有效打撈。外筒的特殊結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)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(shù)參數(shù)

水平井防脹破滑塊撈矛技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 水平井防脹破滑塊撈矛技術(shù)參數(shù)

3.4 特點(diǎn)

在滑塊與彈簧作用下,助推卡瓦與落魚內(nèi)壁接觸,內(nèi)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(jù)油田水平井偏磨破損油管打撈處理實(shí)例,針對水平井偏磨破損油管打撈處理,研制應(yīng)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(zhuǎn)難、易擠扁落魚等缺點(diǎn)。

4.2 主要原因分析

偏磨破損油管強(qiáng)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(dǎo)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(guī)打撈工具打撈偏磨破損油管時(shí),均存在油管變形、撕裂破壞等問題,導(dǎo)致打撈失敗。動(dòng)力設(shè)備扭矩過大,將腐蝕或擰斷偏磨油管。

4.3 工具結(jié)構(gòu)

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(gè)部分,由上接頭、鎖緊套、萬向軸、滑動(dòng)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(shè)計(jì)了內(nèi)萬向軸,可以進(jìn)一步限制油管收縮。卡瓦和內(nèi)撈螺紋同時(shí)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(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)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(shí)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(shí)物

4.5 技術(shù)參數(shù)

水平井偏磨油管防縮徑偏心卡瓦打撈筒技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 水平井偏磨油管防縮徑偏心卡瓦打撈筒技術(shù)參數(shù)

4.6 特點(diǎn)

這一打撈工具內(nèi)襯外撈,可防止落物擠扁。萬向軸能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)找正,可防制破損油管變形。

5 試驗(yàn)

對所研制的水平井管類落物打撈工具進(jìn)行室內(nèi)性能測試,材質(zhì)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(zhuǎn)盤組合,起下打撈管柱六次,打撈出井內(nèi)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(zhuǎn)盤組合,起下打撈管柱八次,打撈出井內(nèi)全部落物,工具入魚率為95%,打撈成功率為90%。

6 結(jié)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(nèi)撈外襯原理,實(shí)現(xiàn)入魚即可抓住落魚。

針對水平井偏磨破損油管打撈時(shí)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(nèi)襯外撈原理,解決了偏磨油管難以打撈的問題。

在實(shí)際應(yīng)用中,結(jié)合水平井管類落物打撈工具及配套設(shè)備一體化打撈技術(shù),實(shí)現(xiàn)一趟鉆打撈工具入魚、退出、倒扣等作業(yè),提高了水平井管類落物的打撈效率,效果良好。