過電纜封隔器異常坐掛分析與優(yōu)化應用

王 鵬，張 明，李 凡，張紅杰，和鵬飛，楊 程，譚俊瀟

1.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)分公司 （天津 300452）

2.中海石油（中國）有限公司天津分公司 （天津 300452）

3.中聯(lián)煤層氣有限責任公司 （山西 呂梁 033200）

1 概述

1.1 基本數(shù)據(jù)

A-X井所在的油田位于渤海遼東灣海域，所在區(qū)塊是一個呈北東走向的斷裂背斜構(gòu)造，西側(cè)以遼西大斷層為界與遼西凹陷相鄰，東側(cè)呈斜坡逐漸向遼中凹陷過渡[1-2]。A-X井所在油田經(jīng)過多年開發(fā)生產(chǎn)，注入水量不足，注水效率降低，儲層水驅(qū)動用程度變差，地層壓力下降較多，但單井控制剩余儲量偏大，采油速度較低，部署了一批加密調(diào)整井。

A-X井生產(chǎn)層位東營組，地層壓力12.8 MPa，較該層位未動用時降低2 MPa，本井是加密調(diào)整井中的一口水平生產(chǎn)井，井深2 450 m，其中215.9 mm(8-1/2")水平段長327 m。鉆井時使用PRD無固相鉆開液形成防漏失、潤滑穩(wěn)定的泥餅，保證177.8 mm(7")梯級優(yōu)質(zhì)篩管+球形防漏失閥組成的防砂管柱下入到位。替入破膠液加快泥餅降解，使井筒和地層有效連通。因地層壓力低，井筒液面下降，防砂服務工具起出時將防砂管柱上部的防漏失閥關閉，完井期間控制大量的完井液漏失。待生產(chǎn)管柱快到位時，通過管柱底部攜帶防漏失閥開關工具將防漏失閥打開，實現(xiàn)地層與上部井段連通[3-5]。

1.2 過電纜封隔器提前坐掛過程

1）第一個坐封過程。A-X井生產(chǎn)管柱下入到位前，下壓2 t打開防漏失閥，觀察環(huán)空液面下降較快。下放管柱遇阻，上提管柱遇卡，上下活動管柱多次無法解卡，過提25 t提活管柱，再次活動無明顯阻、卡現(xiàn)象。到位后，裝采油樹后，坐封過電纜封隔器后驗封不合格；起生產(chǎn)管柱，檢查坐封銷釘已經(jīng)剪切，活塞已運動，解封銷釘已剪切。

2）第二個坐封過程。更換過電纜封隔器后再次下入生產(chǎn)管柱，打開防漏失閥，遇阻1 t，繼續(xù)下放無法通過，緩慢上提遇卡2 t，繼續(xù)上提管柱至55 t，未能提活，多次活動，卡點未能變化，逐漸上提管柱，至過提25 t提活管柱，等待20 min，緩慢下放打開防漏失閥，無明顯遇阻、遇卡顯示，起生產(chǎn)管柱，檢查過電纜封隔器，坐封銷釘未剪切，起出封隔器后檢查發(fā)現(xiàn)6個坐封銷釘均未動作，活塞基本未運動，解封銷釘已剪切，在地面對該封隔器試壓4.83MPa×10min，壓力不降，但卡瓦套上銷釘均已剪切。

2 原因分析與研究

2.1 原因分析

過電纜封隔器卡瓦套銷釘已剪切，是提前坐掛的主要原因；卡瓦套銷釘受到外力方可剪切，意外剪切原因主要有卡瓦套在套管接箍處臺階面受阻和液體的強大沖擊，

過電纜封隔器提前坐封所在井段井斜20.0°，狗腿度0.9°/30m～1.4°/30m，在套管中部，距離接箍位置較遠，且生產(chǎn)管柱下入過程中無明顯遇阻、卡顯示。

結(jié)合漏失情況對卡瓦套銷釘剪切進行液體沖擊分析：本井防砂后多次測漏失速度均大于20 m3/h，漏失量大。球型防漏失閥關閉能有效減少完井液漏失，球閥上下存在壓差，打開防漏失閥瞬間，10 s內(nèi)井底壓力計由13.90 MPa降為13.13 MPa，井筒內(nèi)液體快速下降，而過電纜封隔器與套管內(nèi)徑間隙越小，液體通過該間隙時的流速越快，通過結(jié)構(gòu)分析[1-3]，高速流體在卡瓦套上端面產(chǎn)生較大力。

2.2 受力分析計算

打開防漏失閥的漏失排量：

式中：Q為漏失排量，m3/s；R1為套管內(nèi)徑，m；R2為油管內(nèi)徑，m；P1為未開啟防漏失閥時底部壓力計數(shù)值，psi；P2為未開啟防漏失閥時底部壓力計數(shù)值，psi；ρ為井筒內(nèi)液體密度，g/cm3;g為重力加速度，m/s2；t為壓力降低時間，t。

其中：1MPa=145psi

流經(jīng)卡瓦上端面液體流速：

式中：v為液體流速，m/s；R3為卡瓦套內(nèi)徑，m。

液柱沖擊形成的壓力：

式中：P為壓力，psi；H1為封隔器所處井段垂深，m。

卡瓦套上端面受力：

式中：F為所受的力，t；R4為卡瓦套外徑，m。

入井提前坐封封隔器的卡瓦套上端面受力為3.3 t，單個銷釘剪切值為1.4 t，2個銷釘不能承受液柱的沖擊力，造成銷釘被剪切，即導致卡瓦移動和張開，反映的現(xiàn)象是遇阻、卡情況發(fā)生。

3 研究應用

3.1 封隔器結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1）增大銷釘?shù)募羟辛?。?yōu)化卡瓦套與上、下錐體的連接方式：原封隔器卡瓦套上下各有2顆剪切銷釘，每顆剪切值1.4 t，分別與上、下錐體相連（防轉(zhuǎn)銷釘除外），優(yōu)化增強剪切銷釘?shù)募羟兄抵?.2 t，并與上錐體相連，僅用防轉(zhuǎn)銷釘與下錐體相連。

2）優(yōu)化卡瓦套與椎體的連接。封隔器膠皮下規(guī)環(huán)通過固定銷釘與上錐體相連，優(yōu)化封隔器膠皮下規(guī)環(huán)與上錐體利用絲扣連接，且下規(guī)環(huán)通過2顆剪切銷釘固定在心軸上，每顆剪切值2.2 t。

3）卡瓦套端面倒角。第一種封隔器將卡瓦套上下打磨成45°倒角，減少下放遇阻、上提遇卡對卡瓦套剪切銷釘?shù)臎_擊力，同時減少此類情況下流體在卡瓦套上端面產(chǎn)生的沖擊力。

3.2 現(xiàn)場應用

更換優(yōu)化后的過電纜封隔器,隨生產(chǎn)管柱再次入井，管柱打開防漏失閥時，液面下降較快，繼續(xù)下放管柱，無遇阻現(xiàn)象，最終并順利下放到位，并順利完成坐封。

4 結(jié)論

1）地層壓力系數(shù)偏低，可利用防漏失閥控制漏失，但打開閥瞬間井筒內(nèi)液體產(chǎn)生的沖擊力大，優(yōu)化后封隔器提高銷釘剪切值，可滿足地層壓力下降較大的儲層開發(fā)要求。

2）過電纜封隔器與套管間隙小，受液體沖擊最大，因結(jié)構(gòu)和部件設計缺陷，易出現(xiàn)故障，導致復雜情況發(fā)生。要不斷優(yōu)化工具結(jié)構(gòu)和加大部件強度，提高抗沖擊力，提高工具的使用范圍。