液压倒扣器在水平井、斜井修井中的应用.pdf

一 56 一 石 油机械 C H I N A P E T R O L E U M M A C H I N E R Y 2 0 1 0年第 3 8卷第 9期 ●应用技术 液压倒 扣器在水平井 、斜 井修 井中的应用 徐克彬 马昌庆 邹余明 薛建国 刘利 田 1 ．渤海钻探 井下作业公 司2 ．华北油田公 司井筒设计 中心 摘要 针对水平井、斜井在修井时下井管柱在水平段和斜井段 内贴靠在井壁底边，管柱与套 管 内壁发生多点接触，受摩擦 面积大、管柱弯 曲等 因素影响，使 倒扣打捞等操作不能进行旋转， 加不上压重等 问题，开发 了液压倒扣器。该装置通过油管或钻杆连接送入井中，由相应配套的打 捞工具捞获被卡管柱 ，通过地面液压操作 ，液压倒扣器动力部分产 生左旋扭矩 ，此扭矩直接从倒 扣器锚定部分传递 给落鱼，使落鱼左旋，卸开落鱼管柱上的螺纹，实现 了不旋转管柱进行倒扣施 工，解决 了水平井、斜井及丛式井旋转管柱扭矩过大、传递扭矩困难等难题。 关键词 水平井 斜井 修井 液压倒扣器 0 引 言 随着水平井 、斜井及丛式井等在油气开发中广 泛应用 ，相应的修井和措施改造 等作业也逐渐增 多。受其特殊的井身结构影响 ，这类井眼修井时下 井管柱在水平段和斜井段 内贴靠在井壁底边 ，受摩 擦面积大 、管柱与套管内壁发生多点接触以及管柱 弯曲等因素影响，修井倒扣解卡打捞等工艺存在不 能旋转 、加不上压重以及摩擦损伤套管等问题 。为 此 。笔者开发了液压倒扣器。液压倒扣器由油管或 钻杆连接送人井 中，下带相应配套的打捞工具捞获 被卡管柱 ，通过地面液压操作 ，液压倒扣器动力部 分产生左旋扭矩 ，此扭矩直接从倒扣器锚定部分传 递给落鱼，使落鱼受到反旋扭矩 ，从而卸开落鱼管 柱上的螺纹。该液压倒扣器实现了不旋转管柱进行 倒扣施工，解决了水平井、斜井及丛式井旋转管柱 扭矩过大、传递扭矩困难等难题。 1 技术分析 1 ． 1 结构 液压倒扣器 由动力部分和锚定部分组成 ， 见 图 1 和 图 2 。 动力部分主要 由上接头、复位 弹簧 、扭矩轴 、 离合套和防回旋棘齿等组成 ，它可将地面提供的液 压转换成扭矩 ，使扭矩轴产生左旋扭矩。 图 1 液压倒扣器动力部分 1 一上接头；2 一增力心轴 ；3 一弹簧 ；4 一中间接头；5 0形 密封圈 ； 6 一 内筒 ； 7 一活塞 ； 8 一复位弹簧 ； 9 一导向轴 ； 1 O 一滑块 体 ； 1 1 一 复位心轴 ； 1 2 一锁定壳体 ； l 3 一伸缩 弹簧 ； l 4 一 下接头 。 图 2液压倒扣器锚定部分 l 一连接头 ；2 一稳钉 ；3 一弹簧压板；4 一 复位 弹簧 ； 5 一 锁套 ； 6 一螺 钉 ； 7 一锚 定翼 板； 8 一合 金块 ； 9 一锁 簧 ； 1 0 一锚 定心轴 。 锚定部分主要 由锚定翼板 、锚定心轴和复位弹 簧等组成。锚定翼板可张开 ，固定在套管内壁上， 使上部工作管柱不动 ，不受扭矩。 1 ． 2工作原 理 分别 将带有倒扣功能的打捞工具下至鱼顶位置 ，按 照相应的抓捞操作程序打捞后 ，加压使锚定部分上 华北油田科研项目 “ 水平井 侧钻井井下作业技术研究” 2 0 0 7 1 3 0 5 K 。 2 0 1 0年第3 8卷第9期 徐克彬等液压倒扣器在水平井、斜井修井中的应用 一 5 7一 的锚定翼板在心轴 的作用 下张开 ，与套管壁接触 ， 下放钻具 ，使钻具载荷通过锚定部分的心轴 ，作用 到锚定翼板上即作用在套管上 ，从而将打捞管柱在 井内固定好。 正加压 ，压力液作用于顶部 活塞和底部活塞 ， 使其下行 ，压缩弹簧 ，产生左旋扭矩 ，其扭矩通过 外套，传递至锚定部分的锚定翼板 ，锚定翼板相对 套管不动，而作用力则通过扭矩轴传递到打捞工具 上。当泵压逐渐上升 时，其产生 的扭 矩也相应增 大。当扭矩增大到使需要卸扣的螺纹转动 圈时 ， 泵压降为 0 ，重新加压继续下一个循环 ，直至将螺 纹卸开。 倒扣结束后 ，上提钻具 ，使油套连通 ，锚定翼 板在弹簧力的作用下收回，起 出打捞钻具。 1 ． 3 液压倒扣器倒扣管柱结构 倒扣器与打捞工具 的连接顺序 自下而上 依次 为 打捞工具 倒扣捞筒或倒 扣捞矛 倒扣安 全接头 下击器 液压倒扣器 油管至地面 也 可不接下击器 。 上述组接形式中，利用倒扣捞筒或倒扣捞矛去 抓捞落鱼 ，用液压倒扣器伸缩弹簧或下击器去补偿 连接螺纹松扣时的上移量 ，安全接头的作用是在特 殊情况下释放其以上的管柱 。 2 倒扣施工作 业程序 1 下钻具、探鱼顶 。 2 打捞 ，上提钻具检查捞筒是否捞获落鱼 。 3 上提钻具 ，悬重控制在设计倒开位置处 ， 即为中性点 可以通过拉伸试 验来计算钻具 中性 点位置 。 4 正加压 的同时下放钻具 ，加压若干 ，使 锚瓦外壁接触到套管 内壁 ，并使锚瓦坐封 ，套管返 出水 ，则表明工具已开始倒扣或循环，继续加压使 工具处得到足够的压差 ，产生倒扣扭矩。 5 油管压力 自动下 降至 0后 停泵 ，使油套 平衡 ，倒扣工具活塞弹簧回到工作状态 ，为下一个 循环做准备。 6 反复正加压 、放 压，每加 压一次 ，液 力 扭力转换 系统动力部分就会倒 扣转 动 圈 随着 加放压次数的增加 ，下部 的反扭矩增加 ，所需 的压 力越来越高，直到钻具倒开后压力才会下降 。当 发现压力下降说明倒扣作业完成。 7 倒扣 完成 后 ，上提 管 柱 ，使 卡 瓦收 回， 解除锚定。 8 起 出井 内打捞钻具 ，捞出落鱼。 3 使 用 时注意事项 1 静液柱压差足 以阻止柱塞 回到顶部起 始 位置 ，使得工具不能加压 ，这时就需要通过 向环空 加压 0 ． 3～ 0 ． 7 MP a 帮助活塞返 回，环空 的压 力可确保活塞返 回上部倒扣起始位置 ，需保持压力 约 1 mi n 再放压。 2 倒扣器工具 安装有 1个卸压 阀，此 阀充 当完成 1 个 完整行程 时的指示器。每完成 1个行 程 ，卸压阀就会打开 ，泵压下降 ，每一个行程倒扣 旋转 圈。 3 何时卸 开接 头及加 压 多少个 循环 行程 ， 取决于倒扣工具 以下落鱼管柱的长度。记录好总的 加压循环数。 4 在倒扣时建立扭矩 的过程中 ，每打 1个 循环泵压会逐渐上升 ，直到有足够的扭矩克服接头 的卸扣扭矩 ，继续加压直到作为卸压 阀打开地面显 示压降 ，完成 1 个完整循环 。地面判断完成倒扣 的 显示是泵压趋低或不起压。 5 当加压压力 降低或 不起压 并达到所需的 循环次数后 ，上提钻具重力至原悬重加上倒 出钻具 重力加摩擦重力 ，以判断倒开与否 ，如果落物管柱 底部不是连通的 ，要加上管内流体或残 留物的附加 重力来确定其悬重重力。 6 倒扣器不可锚定在裸 眼内或者破损套 管 内。如需调整管柱 时 ，可在倒扣 器下加接反扣钻 杆 ，使倒扣器锚定在完好套管内。 4现场 应用 情况 2 0 0 9年 1 0月 ，利用液压倒扣器在华北油田任 平 6井成功地进行了倒扣工作 ，收到 良好效果。 4 ． 1 基本情况 任平 6井是冀中坳陷饶阳凹陷断块上的一 口水 平开 发 井 ，人 工 井 底 为 4 3 3 0 ． 0 m，井 底 垂 深 3 8 0 5 ． 0 m。最 大 井 斜 8 6 ． 1 。 ，井 底 总 水 平 位 移 7 1 1 ． 2 3 m。该井于 3 8 4 6 ． 8 1 m进入水平段 ，水平 段合计 4 9 6 ． 1 9 m。该井 3 9 6 0 ． 0～4 3 3 0 ． 0 m 为水 淹段 ，遂用桥塞封堵 ，其后下封隔器验证封堵桥塞 密封情况 ，上提管柱 8 1 0 k N未能提起验封封隔器 管柱 ，遂判断管柱被卡，拟进行倒扣打捞处理。 4 ． 2倒 扣 施工 采用正常倒扣后提出油管 3 6 3根 ，余下落鱼管 石 油机械 2 0 1 0年第 3 8卷第 9期 柱由于已进人斜井段 、水平段 ，采用液压倒扣器进 行倒扣打捞 ，其步骤如下 下液压倒扣器 提放式倒扣捞矛 ； 下放钻具加压 3 5 k N打捞 ，上提管柱 7 ． 7 m， 悬重增加 1 7 0 k N，判断捞获落鱼 ； 正加压 3 ． 5 MP a同时下放钻具加压 7 0 k N使锚 瓦坐封 ，套管开始返水 ； 正循环泵压 3 1～ 0 M P a ，倒扣 ，先后共 7 7次 ， 泵 压不 再起压 ； 提出液压倒扣器，带出油管 3 2根 ，井 内尚有 1 6根油管 ； 随后重复上述动作 ，又下液压倒扣器 提放式 倒扣捞 矛，捞获后正循环泵压 2 9～0 MP a ，共 1 9 次 ，泵压不再起压 ，提 出油管 1 1根 ，井 内尚有 5 根 ，结束倒扣。 4 ． 3 工 艺分析 1 采用液压倒 扣工具 、倒扣捞 矛成功地实 现了水平井段倒扣并捞出了大部分管柱 ，说明此项 工艺是有效的。 2 目前常规使用 的倒扣方法 和工艺 ，在水 平井中受扭矩传递困难 、摩擦力大和磨损套管等影 响，不能实现倒扣 。采用液压倒扣器后 ，倒扣操作 只进行井液循环 ，上部管柱不旋转 、不受力 ，保护 了套管 、油管 ，使倒扣工作使用油管即可，不用倒 换钻杆等 ，节约了大量的费用和时间。 5 认识与结论 1 使用液压倒扣器在水平井斜井倒扣作业 ， 地面不需任何旋转动作 ，管柱不承受扭矩 ，因此在 倒扣作业中不需配备左旋钻具和高强度接头管柱， 可 以在最大程度上保护工作管柱。 2 该工具液压力直接作用在鱼顶上 ，避免 了套管对钻具 的摩擦力和井身轨迹对钻具拉伸力的 无效消耗等弊端 ，防止打捞管柱的机械损坏，有效 预防井下复杂情况出现。 3 在打捞 的过程 中，载 荷作用 在套 管上 ， 对打捞钻具和作业设备不增加任何附加载荷。 4 采用液 体作业，提高传力 的可靠性 和施 工操作的平稳性 ，且打捞管柱被 固定在套管 内，可 避免解卡作业因大力拉拔而造成事故。 第一作者简 介 徐 克彬 ，高 级工 程师 ，生 于 1 9 6 4年 ， 2 0 0 5年毕业于中国石油 大学 华东 采油 工程专业 ，现从 事试油测试 、修井 完井 工作 。地 址 0 6 2 5 5 0 河北 省 任丘 市 。电话 0 3 1 7 2 7 3 9 4 3 5 。 E m a i l j X x k b p e t r o e h i - n a．eom ． e n 。 收稿 日期 2 0 1 0 0 2 2 2 本文编辑刘锋 上接 第 3 1页 2 0 0 9年 5月 2 2日，移走单井抽油机后 ，重新安 装双井抽油机开始运行。为了对 比节能效果 ，在不 动管柱和不改变生产参数的条件下 ，进行 了跟踪和 现场测试，2口井平均 日产液为 4 ． 6和 6 ． 0 m ，日 耗电为 1 5 3～ 1 7 0 k W h ，平均 日耗电为 1 5 6 k W h 。 与 2台高原皮带机 日耗 电 2 6 7 ． 6 k W h相 比，双井 抽油机平均 日节电 1 1 2 k W h ，节电率达 4 0 ． 7 ％。 4 结 论 1 双井节 能抽油 机具有 井距适 应能 力强 、 生产参数调节范围广和操作简单方便等特点 ，特别 适合丛式井 、小井距加密井的开发需要。 2 双井抽油机 1套动力 系统可带动 2口井 生产 ，具有合理利用动力源和高效节能等特点 ，该 机在修井作业时让位快捷方便 ，作业空 间满 足要 求 ，且很好地实现了一井作业而另一井仍可正常抽 油生产，提高了油井利用率。 3 现场试验表 明，双井 抽油机运转情况 良 好 ，节能效果明显，平均节电率达 4 0 ％以上 。 参考文献 [ 1 ] 张 连 山 ．丛式 井抽 油机 的发展 前景[ J ]．石油机 械 ，1 9 9 3 ，2 1 1 1 4 95 2 ． [ 2 ] 张焱，张骥 ． J P C Y J C型丛式井智能长冲程抽油 机设计[ J ]．石油矿场机械 ，2 0 0 5 ，3 4 3 3 5 3 7． 作者简介 李新华 ，高级工程师 ，生 于 1 9 6 6年 ，1 9 8 8 年毕业于石油大学矿机专业 ，2 0 0 2年毕 业于上海 交通大学 机械 工程专业 ，获硕士 学位 ，现从事 采油机 械方面 的研究 工作。地 址 2 5 7 0 0 0山 东 省 东 营 市。电 话 0 5 4 6 8 781 21 5。 收稿 日期 2 0 1 0 0 3 0 8 本 文编辑赵连禄