液壓脈沖式震蕩解卡技術(shù)研究與應(yīng)用

伊偉鍇， 呂芳蕾， 田啟忠， 亢武臣， 溫盛魁

(1中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院 2勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院)

疏松砂巖油藏水平井為保證正常生產(chǎn)都需要進(jìn)行防砂措施，防砂管失效時(shí)要進(jìn)行作業(yè)將防砂管撈出重新防砂生產(chǎn)[1]。而目前進(jìn)行防砂管打撈作業(yè)過程中，有些井下工具由于下入時(shí)間較長(zhǎng)、本身材料和水平段砂卡長(zhǎng)度較長(zhǎng)等原因，目前現(xiàn)場(chǎng)常用的打撈方式主要采用的是利用地面作業(yè)設(shè)備大力提升與液壓方式進(jìn)行打撈[2]，前者在造斜段會(huì)損失較大的拉力，后者只能向上形成拉力，容易造成濾砂管在接箍位置螺紋損壞脫開與濾砂管被拔斷等狀況[3]。為此提出了利用井下活塞反復(fù)的脈沖震蕩作用來提高解除砂卡效果的改進(jìn)方案[4]，創(chuàng)造設(shè)計(jì)出了新型的井下脈沖震蕩式解卡技術(shù)，研制了新型的關(guān)鍵工具，取得了很好的應(yīng)用效果。

一、液壓脈沖式震蕩解卡管柱

1.管柱結(jié)構(gòu)

水平井井下液壓脈沖式震擊解卡打撈工藝管柱主要由水力錨、井下脈沖震蕩解卡器與提放式可退撈矛(撈筒)等井下工具組成[5]，如圖1所示。

圖1 水平井液壓脈沖式震蕩增力解卡管柱結(jié)構(gòu)

其中井下井下脈沖震蕩增力器具有液壓增力并能疊加脈沖震擊的功能，提放式可退撈矛(撈筒)在800 kN拉力長(zhǎng)時(shí)間作用下，仍能順利從魚頂中退出。

2.液壓脈沖震蕩解卡器

液壓脈沖震蕩解卡器是該工藝管柱的核心工具[6]，其主要作用就是轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的作業(yè)方式中打撈管柱與待撈管柱的受力形態(tài)，通過液壓錨定，直接在在卡點(diǎn)處通過液壓力轉(zhuǎn)化成大負(fù)荷的拉力，并通過工具的震蕩機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生向上的震擊效果[7]，破壞砂卡結(jié)構(gòu)，使濾砂管周圍砂子松動(dòng)，使井下防砂管柱產(chǎn)生移動(dòng)。液壓脈沖震蕩解卡器的結(jié)構(gòu)見圖2所示。

1上接頭 2閥套接頭 3中心管上接頭 4閥體1 5限位環(huán) 6閥體2 7閥體3 8主閥閥芯 9閥套 10泄壓連桿 11液缸 12活塞 13下中心管 14外筒 15復(fù)位彈簧 16鋼球 17彈簧球座 18下接頭 19先導(dǎo)閥芯 20先導(dǎo)閥芯連桿

該工具的震擊部分是實(shí)現(xiàn)震蕩的核心部分，主要由中心管上接頭、三個(gè)閥體、兩個(gè)閥芯、泄壓連桿、活塞和液缸等部件組成。當(dāng)有液壓力進(jìn)入中心管時(shí)，液缸和活塞環(huán)空通過進(jìn)液孔進(jìn)液，閥體和主閥閥芯進(jìn)液，由于壓力差使活塞帶動(dòng)先導(dǎo)閥芯連桿運(yùn)動(dòng)，從而使閥體2運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)泄壓，由于壓力的突然釋放，活塞產(chǎn)生向上的震擊作用，由泄壓環(huán)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)閥體2復(fù)位，從而實(shí)現(xiàn)震擊部分的反復(fù)震蕩效果。

液壓活塞增力部分是該工具實(shí)現(xiàn)液壓力轉(zhuǎn)化為大噸位拉力的機(jī)構(gòu)，主要包括中心管、外筒、活塞與下接頭等部件，當(dāng)?shù)孛嫱ㄟ^泵車向作業(yè)管柱內(nèi)打壓時(shí)，液體進(jìn)入活塞和外筒之間的環(huán)空，因活塞通過中心管結(jié)構(gòu)與水力錨相連而固定在套管內(nèi)壁上，所以在液壓的作用下外筒部分相對(duì)產(chǎn)生向上的拉力，該力通過外筒與配套的撈矛(撈筒)等機(jī)構(gòu)連接傳遞，直接作用于待撈防砂管柱。該部分可進(jìn)行多級(jí)串聯(lián)來增大產(chǎn)生的拉力，根據(jù)打撈工藝所需拉力的不同，推薦最多六級(jí)機(jī)構(gòu)串聯(lián)。

水平打壓球座是液壓脈沖震蕩解卡器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泄壓的部件，其結(jié)構(gòu)滿足工具在水平狀態(tài)下打壓過程保持密封的技術(shù)要求，同時(shí)當(dāng)液壓脈沖震蕩解卡器走完一個(gè)工作行程后，水平打壓球座的球離開球座，使液壓脈沖震蕩解卡器實(shí)現(xiàn)泄壓。

液壓脈沖震蕩解卡器的規(guī)格與技術(shù)參數(shù)見表1。

3.工藝原理

現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，按圖1所示的管柱下入解卡工具組合，到達(dá)待撈管柱的魚頂附近后，緩慢下放打撈管柱。待撈矛(撈筒)撈住落物后，上提使液壓脈沖震蕩解卡器呈拉伸狀態(tài)。從施工管柱內(nèi)打液壓，液壓錨定器的錨爪從工具內(nèi)伸出，將整個(gè)打撈管柱固定在套管內(nèi)壁上，通過地面泵車升高工藝管柱內(nèi)壓力，由于液壓的作用使液壓脈沖震蕩解卡器的震擊部分開始在液缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生向上的震擊力，同時(shí)，由于液壓作用，產(chǎn)生大負(fù)荷的向上拉力，將力傳遞到井下留井管柱的同時(shí)，利用震擊作用使井筒內(nèi)濾砂管周圍的地層砂產(chǎn)生松動(dòng)，從而使防砂管柱整體向上移動(dòng)[8]。當(dāng)井下的留井濾砂管柱移動(dòng)走完一個(gè)工作行程后，工具利用球座機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)管柱與井筒聯(lián)通，地面在泵車處顯示壓力突降、井口返水，此時(shí)停泵。待水力錨的錨爪收回后，慢慢上提管柱至超出原懸重一定負(fù)荷，如果可持續(xù)向上提出，則說明原井下防砂管柱已解卡，起出全部的作業(yè)管柱，即可完成濾砂管打撈作業(yè)。如果提升管柱過程懸重持續(xù)增加，依靠地面設(shè)備的提升載荷不能將井下管柱起出，可以繼續(xù)利用地面泵車打壓，重復(fù)上述的過程，使井下的防砂管柱完全提出地面。

二、中間試驗(yàn)

完成了液壓脈沖式震擊解卡工藝管柱及配套工具的試制后，模擬現(xiàn)場(chǎng)工況條件，對(duì)液壓脈沖式震擊解卡器進(jìn)行了整體密封性能、震擊頻率試驗(yàn)。工具的各項(xiàng)性能參數(shù)均達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果見表2和表3。

表2 密封性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表3 脈沖震蕩性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

三、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

1. 施工流程

(1)進(jìn)行通井、刮管與沖砂洗井作業(yè)，洗凈井內(nèi)臟物與沉砂，并確保工具可下入。

(2)按圖1所示的管柱連接井下工具，下入解卡管柱，到達(dá)魚頂附近，緩慢下放管柱。

(3)在原懸重基礎(chǔ)上減少20～40 kN，使撈矛(撈筒)插入魚頂，上提在原負(fù)荷基礎(chǔ)上增加40～60 kN，使撈矛(撈筒)撈住落物，使液壓脈沖式震擊解卡器處于拉伸狀態(tài)。

(4)利用地面泵車向打撈管柱內(nèi)打壓，液壓錨定器的錨爪從內(nèi)部伸出，將整個(gè)解卡管柱固定在套管內(nèi)壁上，繼續(xù)升高壓力，由于液壓的作用使液壓脈沖震蕩解卡器的震擊部分開始在液缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生向上的震擊力，同時(shí)，由于液壓作用，產(chǎn)生大負(fù)荷的向上拉力，將力傳遞到井下留井管柱的同時(shí)，利用震擊作用使井筒內(nèi)濾砂管周圍的地層砂產(chǎn)生松動(dòng)，從而使防砂管柱整體向上移動(dòng)。

2. 應(yīng)用實(shí)例

樁1-平5井是樁西采油廠1999年投產(chǎn)的一口水平井，因防砂管失效而停井，采用了多種打撈方式，一直無法撈出井內(nèi)濾砂管。分析該井由于出砂嚴(yán)重而導(dǎo)致砂卡嚴(yán)重，且停井時(shí)間長(zhǎng)井下工具材料腐蝕嚴(yán)重，所以決定采用液壓脈沖震蕩式增力解卡管柱[9]，管柱結(jié)構(gòu)(自下而上)為：LT-T116×73可退撈筒+剛性扶正器+液壓脈沖震蕩增力器+水力錨兩級(jí)+剛性扶正器+油管至井口[10]。

打撈管柱下至待撈防砂管柱的魚頂位置，下壓懸重25 kN，成功撈獲防砂管柱，上提加載荷55 kN，確定撈住防砂管柱，打壓至14 MPa，進(jìn)行震擊解卡，解卡1 h后，提高壓力至17 MPa，進(jìn)行大力解卡，壓力突然釋放，提出管柱。撈獲變扣接頭、皮碗封隔器、扶正器、濾砂管、油管短節(jié)和絲堵等，總長(zhǎng)共計(jì)150.73 m。

四、結(jié)論

(1)研制了液壓脈沖震蕩增力器等關(guān)鍵工具，配套形成了液壓脈沖震蕩增力解卡技術(shù)，該技術(shù)突破了現(xiàn)有打撈作業(yè)過程中管柱的受力方式，直接在井下管柱的魚頂產(chǎn)生大負(fù)荷的拉力，并疊加產(chǎn)生震擊解卡效果，特別適合于水平井與大斜度井的井下防砂管柱的打撈作業(yè)。

(2)液壓脈沖震蕩增力解卡技術(shù)可在大力解卡的基礎(chǔ)上疊加作用脈沖式震擊波，對(duì)于濾砂管周圍的沉沙松動(dòng)有明顯的作用，可顯著提高濾砂管解卡效果。

(3)液壓脈沖震蕩增力器在打壓過程中可進(jìn)行連續(xù)的反復(fù)震蕩，但工作時(shí)間受限，工作一段時(shí)間后出現(xiàn)故障的幾率較高，今后重點(diǎn)對(duì)該工具的結(jié)構(gòu)與材料等進(jìn)行完善，提高工具的工作時(shí)間。

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