海洋棄井套管回收輔助工具

1.目的

隨著油氣資源的持續(xù)開采，進(jìn)入生產(chǎn)中后期的老井或死井需進(jìn)行臨時棄井，便于后續(xù)開窗側(cè)鉆以達(dá)到增產(chǎn)增效的目的。《石油天然氣鉆井海洋棄井作業(yè)規(guī)程（2021）》要求：在鄰海以內(nèi)的棄井中所涉及的所有套管、樁、井口等裝置的切割位置必須深于海底泥面4 m，并將生產(chǎn)套管逐段切割、拉拔，最終回收至平臺，以利于技術(shù)套管開窗側(cè)鉆作業(yè)。由于2010年以后的海上固井作業(yè)中水泥漿基本都返高至井口處，這造成水泥環(huán)膠結(jié)力將套管完全“抱死”，加大了套管的拉拔難度。傳統(tǒng)的切割磨銑工藝一次僅能拔動3 m以內(nèi)的套管，需多次起下鉆，進(jìn)行反復(fù)的切割打撈套管作業(yè)，才能完成預(yù)期套管回收作業(yè)目標(biāo)，導(dǎo)致作業(yè)效率低下、周期長且安全性得不到保障。為降低套管拉拔難度，筆者團(tuán)隊(duì)研制了一種用于破碎水泥環(huán)膠結(jié)力的套管回收輔助工具——水泥環(huán)破碎器（圖1），可在不損壞生產(chǎn)套管、技術(shù)套管的情況下，通過偏心滾動擠壓對水泥環(huán)產(chǎn)生物理性破壞、使水泥環(huán)與內(nèi)層套管脫粘，從根本上破壞或大幅降低水泥環(huán)膠結(jié)力，顯著降低拔套管過提噸位。使用水泥環(huán)破碎器時，單趟作業(yè)即能輔助回收較長套管，提高作業(yè)效率。

圖1 水泥環(huán)破碎器作業(yè)原理示意圖

2.方法

該工具主要由主軸、動滾輪、靜滾輪三個部分構(gòu)成（圖2），使用高壓流體作為工作驅(qū)動力，靜滾輪排布在動輪兩端，其內(nèi)部均安裝有徑向、推力軸承組件及密封組件，圓柱形活塞組件均布在動滾輪內(nèi)部，其在高壓流體作用下可以將動滾輪推至偏心工作狀態(tài)。進(jìn)行擠壓破碎水泥環(huán)時，先開啟鉆機(jī)使工具處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，隨后注入高壓流體使工具進(jìn)入偏心狀態(tài)，最后緩慢勻速上提工具擴(kuò)大作業(yè)面積，直至完成預(yù)期段水泥環(huán)破碎作業(yè)。隨后起出水泥環(huán)破碎器，依次下入切割、打撈設(shè)備，根據(jù)水泥環(huán)膠結(jié)破碎后計(jì)算的一次性可拉動套管長度，進(jìn)行分段切割打撈，完成整個套管回收作業(yè)。

圖2 水泥環(huán)破碎器結(jié)構(gòu)示意圖

3.作用和效果

基于水泥環(huán)破碎器方案試制?244.5 mm套管規(guī)格工具并進(jìn)行室內(nèi)測試（圖3）。室內(nèi)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)表明：該工具具有良好的密封性能且在套管內(nèi)可以正常開啟偏心狀態(tài)，關(guān)閉壓力后，上提工具時產(chǎn)生的徑向作用力可以使工具順利解除偏心狀態(tài)。動滾輪偏心滾動擠壓作業(yè)可以有效降低膠結(jié)力，工具最佳作業(yè)速度為30～40 r/min、上提速度0.5 m/min，使用工具后可以將膠結(jié)力降低56%左右，大幅降低了含水泥環(huán)工況的套管回收難度，一次性可拔出套管長度可增長至直接進(jìn)行拉拔的兩倍，即可將套管回收作業(yè)周期減少50%左右。水泥環(huán)破碎器結(jié)合套管切割打撈工具在油氣井棄井領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用空間和廣闊的發(fā)展前景。

圖3 水泥環(huán)破碎器性能測試實(shí)驗(yàn)圖