采用連續(xù)油管鉆磨井口旋塞閥的工藝與應(yīng)用

蔣斌范青陳恒詹斌

中國(guó)石化西南油氣分公司 工程監(jiān)督中心 （四川 德陽(yáng) 618000）

隨著單井開(kāi)采周期的延伸，轉(zhuǎn)層測(cè)試成為老井利用的重要手段，但是隨之而來(lái)的井下、管內(nèi)復(fù)雜情況不斷增多，造成修井成本上升。傳統(tǒng)的利用修井機(jī)進(jìn)行處理復(fù)雜作業(yè)已不能滿足目前各個(gè)石油公司降本增效的要求，特別是在處理小井眼和管內(nèi)復(fù)雜作業(yè)的需要。而連續(xù)油管具有搬遷快、安裝快、下放管柱時(shí)間快、受井眼尺寸限制小等特點(diǎn)，其越來(lái)越多應(yīng)用于處理井下和管內(nèi)復(fù)雜情況。

井控工作成為整個(gè)石油行業(yè)的命門。井口旋塞閥成為井控技術(shù)必不可少的裝備，但還是存在一定的弊端。當(dāng)發(fā)生溢流搶接井口旋塞閥后，由于井下高壓油氣流將壓力傳遞至旋塞閥下部，導(dǎo)致旋塞閥閥芯上下產(chǎn)生過(guò)大的壓差，從而無(wú)法開(kāi)啟旋塞閥。如何才能安全解決此問(wèn)題，是施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)隊(duì)伍最關(guān)心的。目前常用的方法是在旋塞閥閥體上部補(bǔ)充平衡壓力來(lái)啟旋塞閥，但是也出現(xiàn)補(bǔ)充平衡壓力打不開(kāi)旋塞閥的現(xiàn)象。

基于連續(xù)油管鉆磨橋塞的技術(shù)，利用連續(xù)油管能在小空間進(jìn)行帶壓作業(yè)的優(yōu)勢(shì)，提出了另外一種處理井口旋塞閥故障的工藝方法。

1 井口旋塞閥的結(jié)構(gòu)及工作原理

井口旋塞閥是一種重要的內(nèi)防噴工具，用專用的扳手轉(zhuǎn)動(dòng)閥芯，實(shí)現(xiàn)旋塞閥的打開(kāi)和關(guān)閉，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）旋塞閥打開(kāi)。用專用工具即旋塞扳手，將旋塞閥旋鈕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，通過(guò)撥塊，帶動(dòng)球閥閥芯一起旋轉(zhuǎn)90°，球閥通孔與本體通孔方向一致，旋塞閥處于打開(kāi)狀態(tài)。

（2）旋塞閥關(guān)閉。將旋塞閥旋鈕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°,通過(guò)撥塊，帶動(dòng)球閥閥芯一起旋轉(zhuǎn)90°，完成90°切換后球閥的通孔與閥體通孔垂直，上下閥座與閥芯緊密配合將水眼堵住形成密封，壓力愈大，作用到球面的推力愈大，球閥芯與閥座之間的密封也就越好，達(dá)到截?cái)嗪兔芊忏@具水眼的目的（圖2）。

2 連續(xù)油管鉆磨旋塞閥的難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)

（1）旋塞閥閥芯材質(zhì)堅(jiān)硬，內(nèi)通徑小，工具選型受到極大限制，對(duì)工具強(qiáng)度要求高，鉆磨難度極大。

（2）旋塞閥閥芯為球形，表面光滑，采用一般工具很難達(dá)到定點(diǎn)鉆磨，且鉆磨效率極低，還容易造成工具折斷，增大處理難度。

（3）鉆磨產(chǎn)生的鐵銷如果不能及時(shí)帶出，容易卡鉆損壞工具，甚至扭斷連續(xù)油管。

（4）旋塞閥下部壓力不清除，鉆穿旋塞閥后下部壓力釋放產(chǎn)生的上頂力易頂彎或頂端連續(xù)油管，甚至造成井噴事故。

3 連續(xù)油管鉆磨旋塞閥的工藝技術(shù)研究

目前國(guó)內(nèi)還無(wú)連續(xù)油管鉆磨旋塞閥工藝技術(shù)，也無(wú)相關(guān)工藝技術(shù)的探討可供借鑒。如何高效、安全的處理井口旋塞閥故障是整個(gè)工藝技術(shù)的前提。

對(duì)連續(xù)油管鉆磨井下橋塞工藝進(jìn)行分析可知，要對(duì)井口旋塞閥進(jìn)行鉆磨處理，就必須清楚旋塞閥的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)，才能設(shè)計(jì)有針對(duì)性的鉆磨工具。從旋塞閥的結(jié)構(gòu)來(lái)看，如何解決定點(diǎn)鉆磨成為該項(xiàng)技術(shù)能否成功的關(guān)鍵。

3.1 工具設(shè)計(jì)原則

根據(jù)井口旋塞閥結(jié)構(gòu)看，其密封主要是依靠球形閥芯與球面閥座接觸后的面密封。要對(duì)球形閥芯進(jìn)行鉆磨，首先要確保鉆磨工具能固定對(duì)某一點(diǎn)進(jìn)行鉆磨；其次是保證鉆磨后的鐵銷能及時(shí)帶出。

3.2 工具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 鉆磨閥芯上部凸面工具設(shè)計(jì)

如果鉆磨工具設(shè)計(jì)成平底，雖然能達(dá)到定點(diǎn)磨銑的效果，但是鉆磨工具與閥芯接觸面積過(guò)大，鉆磨產(chǎn)生的鐵銷不容易被帶出，易造成卡鉆，折斷工具，此外鉆磨產(chǎn)生的鐵銷在磨鞋底部易形成多次重復(fù)鉆磨，降低鉆磨效率。

依據(jù)鉆床鉆球形工件的原理，將鉆磨閥芯工具設(shè)計(jì)成下部呈錐形，可以在球形閥芯面進(jìn)行造孔，再進(jìn)行擴(kuò)孔，最后達(dá)到鉆穿閥芯的目的。但是連續(xù)油管至工具部位沒(méi)有任何固定或扶正，如果不對(duì)工具進(jìn)行扶正，工具將無(wú)法達(dá)到定點(diǎn)鉆磨。為此，根據(jù)閥座的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在工具上設(shè)計(jì)一扶正合金塊，一方面能讓工具在閥座通道內(nèi)對(duì)工具進(jìn)行一定的扶正，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)鉆磨；另一方可以對(duì)鉆孔后的閥芯進(jìn)行擴(kuò)孔，達(dá)到安全鉆磨閥芯的目的。其鉆磨原理如圖3所示，工具如圖4所示。

3.2.2 鉆磨閥芯下部凹面工具設(shè)計(jì)

由于凹面的最低點(diǎn)在中部，只要在工具上加壓力，工具與凹面的接觸點(diǎn)始終在凹面的最低點(diǎn)，增大了工具的選擇范圍。同樣不能選擇平底工具，主要是因?yàn)槠降着c被鉆磨對(duì)象接觸面大，鉆穿后的通道大，閥芯下步集聚的高壓在鉆穿閥芯下部會(huì)全面釋放至鉆磨工具上，造成連續(xù)油管折斷，甚至井噴風(fēng)險(xiǎn)。要保證連續(xù)油管安全和井控安全，就必須滿足鉆穿的孔眼小，讓閥芯下部的壓力緩慢釋放，為此可以將鉆磨閥芯下部的工具設(shè)計(jì)成麻花鉆頭樣式（圖5）。

3.3 鉆磨工具材質(zhì)選擇

根據(jù)旋塞閥內(nèi)開(kāi)關(guān)的材質(zhì)，優(yōu)選出YG8合金材料為鉆磨工具材質(zhì)，如表1所示。

表1 旋塞閥、鉆磨工具材料性能對(duì)比表

3.4 鉆磨液配制

及時(shí)清除鉆磨后產(chǎn)生的鐵銷是安全鉆磨的必要條件。在一般情況下，具有環(huán)空流速大于30.48m/min的稠化液就可勝任清除井筒內(nèi)磨屑的任務(wù)。因此，為降低連續(xù)油管循環(huán)摩阻，鉆磨液能順利帶出鋼屑，鉆磨液配方采用:0.3%胍膠+降阻劑，其性能如表2所示。

表2 鉆磨液性能

3.5 鉆磨工具室內(nèi)評(píng)價(jià)

利用加工工具在室內(nèi)試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)常用的旋塞閥進(jìn)行鉆磨，成功鉆穿旋塞閥球芯，為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提供可靠依據(jù)，如表3所示。

3.6 鉆磨工藝

設(shè)計(jì)滿足鉆磨旋塞閥的工具是滿足施工的首要條件，但是如何達(dá)到安全鉆磨是施工成功的關(guān)鍵。關(guān)閉的旋塞閥下部往往集聚有高壓，如何才能保證施工設(shè)備的安全、保證井控安全成為鉆磨首先要解決的問(wèn)題。

由于連續(xù)油管能進(jìn)行帶壓作業(yè)，安裝一條裝有可變式調(diào)節(jié)閥的放噴管線，如底部壓力高，放噴泄壓時(shí)采用調(diào)節(jié)閥控制放噴，減少旋塞閥上下壓差，避免氣流頂彎連續(xù)油管

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

XⅡ井是一口深層預(yù)探井，先期對(duì)須家河4段進(jìn)行射孔測(cè)試，達(dá)到工業(yè)產(chǎn)能。由于勘探需要準(zhǔn)備壓井后進(jìn)行轉(zhuǎn)層試生產(chǎn)，壓井后在提管柱過(guò)程中發(fā)生溢流，搶裝旋塞準(zhǔn)備壓井時(shí)由于管柱上部旋塞閥無(wú)法打開(kāi)，采用打平衡壓力的措施也未成功打開(kāi)旋塞閥，為此覺(jué)得采用連續(xù)油管進(jìn)行鉆磨井口旋塞閥。

4.1 連續(xù)油管及井口裝置選擇

4.1.1 連續(xù)油管

該井井口裝置通徑為78mm。根據(jù)就鉆磨時(shí)加鉆壓、鉆穿后泄壓流通面積等因素的分析，綜合優(yōu)選出，Φ44.45mm連續(xù)油管接頭加井下馬達(dá)最大外徑為60.5mm，較為合適。

4.1.2 井口裝置

該井須家河四段鉆井時(shí)泥漿密度為2.1g/cm3，由此估算地層壓力在85MPa以內(nèi)，因油管內(nèi)存在1.95g/cm3泥漿，故連續(xù)油管施工選用105MPa防噴器、防噴盒、防噴管，連續(xù)油管壓力級(jí)別為105MPa。

4.2 連續(xù)油管鉆磨工藝過(guò)程

4.2.1 鉆磨閥芯上部

鉆具組合:連續(xù)油管+井下馬達(dá)+鉆磨閥芯上部鉆頭。

實(shí)探旋塞閥位置后起泵進(jìn)行鉆磨施工，施工泵壓 14～15MPa，施工排量 0.17～0.18m3/min，鉆壓 0.2～0.4t，進(jìn)尺15mm，起出鉆磨管串檢查鉆頭，發(fā)現(xiàn)鉆頭磨損嚴(yán)重。更換鉆頭，繼續(xù)鉆磨旋塞閥，施工泵壓13～15MPa，施工排量 0.1～0.18m3/min，進(jìn)尺約 5mm后鉆壓突然下降，連續(xù)油管無(wú)遇阻下放48mm，初步判定球芯上表面被鉆通，鉆磨時(shí)間60min。

表3 實(shí)驗(yàn)室鉆磨效果對(duì)比表

4.2.2 鉆磨閥芯下部

鉆具組合:連續(xù)油管+井下馬達(dá)+鉆磨閥芯下部麻花鉆頭。

施工泵壓 13～15MPa，排量 0.17～0.18m3/min，進(jìn)尺鉆壓0.2～0.4t，進(jìn)尺25mm后，鉆壓降低，油管壓力上漲至30MPa，旋塞閥已經(jīng)鉆通。后利用可調(diào)式節(jié)流閥進(jìn)行控制放噴，井口油壓從30MPa緩慢下降，出口排出大量前期壓井泥漿，鉆磨時(shí)間80min。

后開(kāi)油壓排液，在井底流動(dòng)壓力為13.86MPa下獲得天然氣產(chǎn)量5.4527×104m3/d，天然氣絕對(duì)無(wú)阻流量為5.6230×104m3/d，大大提高了該井的產(chǎn)能。

5 結(jié)論和建議

（1）利用連續(xù)油管帶壓作業(yè)優(yōu)勢(shì)，成功鉆穿井口旋塞閥球芯，泄掉井內(nèi)壓力，為下步施工作業(yè)奠定了基礎(chǔ)，解決了常規(guī)修井作業(yè)無(wú)法解決的技術(shù)難題。

（2）面對(duì)旋塞閥接觸面為球面、且球閥材料硬、不易鉆磨等復(fù)雜情況，研制了優(yōu)質(zhì)高硬合金刮刀鉆頭，最終成功鉆通井內(nèi)旋塞閥。不僅將連續(xù)油管鉆磨技術(shù)提上了一個(gè)新的臺(tái)階，也證實(shí)了連續(xù)油管技術(shù)在解決復(fù)雜井的靈活性和獨(dú)特功能，在今后油田事業(yè)中拓寬了連續(xù)油管服務(wù)的領(lǐng)域。

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