可控式套铣打捞一体化工具研制与应用

张成江

(中石化江苏油田分公司，江苏 江都 225265)

可控式套铣打捞一体化工具研制与应用

张成江

(中石化江苏油田分公司，江苏 江都 225265)

在油气田开发过程中，管柱砂卡、水泥卡是比较常见的井下故障，排除该类井下故障的传统做法是分别下入专门的套铣和倒扣打捞解卡管柱进行处理，施工效率很低。为此，通过将套铣与打捞倒扣工具巧妙组合设计，采用投球打压推动活塞原理，研制出可控式套铣打捞一体化工具，实现一趟管柱同时兼有套铣、打捞功能，且由套铣向打捞状态转换过程可控。现场应用表明，该工具具有结构合理、性能可靠、经济实用等优点，为解决长井段砂卡、水泥卡传统处理方法效率低下问题，提供了安全有效的技术手段。该项技术获国家实用新型专利，专利号为201020100201.6。

解卡处理;套铣打捞;一体化工具;现场应用

引 言

油田开发进入中后期，由于分层压裂、挤水泥堵漏封串等技术措施应用较频繁，长井段(大于20 m)管柱砂埋、水泥固卡事故时有发生，如何经济、高效地处理这类井下事故，是石油工程技术人员需要研究解决的修井技术之一。

1 传统处理方法存在的主要问题

在诸多井下事故中，管柱砂卡和水泥卡是比较常见的1种，处理该类井下事故的传统的做法:先下管柱套铣环空致卡物，然后起出套铣管柱，下专门的管柱进行打捞、解卡操作。采用该方法处理时，考虑施工安全，一般每次只套铣1根油管(10 m左右)，每倒扣取出1根油管，起、下管柱各2趟，工作效率很低。该处理方法在管柱砂卡或水泥卡的井段较短小于30 m)情况下，是一种行之有效的方法，但如果砂卡或水泥卡的井段较长(大于30 m)，有时达到100 m以上，上述处理方法表现出明显的不足，主要表现在事故处理效率低、修井周期长。

2 套铣打捞一体化工具设计原则和思路

2.1 设计原则

处理长井段管柱砂卡和水泥卡的传统方法存在的主要问题是工作效率低、修井周期长。解决该问题的技术思路:将传统的套铣、打捞分2趟管柱完成，改为1趟管柱完成，即1趟管柱同时兼有套铣、打捞功能。套铣打捞一体化工具的设计原则［1－2］为:①不影响套铣管柱正常起下和循环洗井作业，保证工艺管柱的安全;②能进行正常套铣，达到常规套铣效果;③具备可靠的落鱼打捞功能;④具有较高的抗拉、抗扭强度，捞获落鱼后，能进行活动解卡操作;⑤在活动解卡无效的情况下，能进行有效的倒扣解卡操作;⑥在落鱼无法倒开时，可进行退鱼操作;⑦能重复使用，制造、维修成本低。

2.2 设计思路

实现1趟管柱同时具备套铣、打捞功能，关键要解决2个方面的技术问题［3－4］:一是如何实现套铣、打捞工具的组合式连接;二是如何实现套铣、打捞分阶段地面控制。在设计研究过程中，总结常规套铣、打捞作业技术要点，参照国内外油田的经验做法，确定了套铣、打捞一体化工具的设计思路:将常规打捞工具改进后，连接于特制的筒体内，利用液压驱动活塞原理，通过地面投球、打压，使打捞工具由筒体内运动至筒体外，即井下套铣管柱由套铣状态转换为打捞状态，从而实现一趟管柱既可正常套铣作业，又可安全地进行倒扣打捞。

3 可控式套铣打捞一体化工具研制

3.1 工具结构

可控式套铣打捞一体化工具结构见图1。整体结构由控制机构和打捞机构组成，其中控制机构由上接头、密封圈、活塞、上筒体、中间接头、限位销钉、内接头、下筒体、挡环、剪断销钉、钢球组成;打捞机构由加长杆、矛杆背帽、捞矛矛杆、捞矛卡瓦组成。

图1 可控式套铣打捞一体化工具结构示意图

上接头作用是实现修井钻杆与工具之间的连接;活塞是将液体压力转换为剪切力的主体部件;上筒体作用是套铣时传递扭矩并建立循环通道;中间接头横截面为内六方形，与活塞杆正六方形相吻合，用于连接上、下筒体，传递套铣和倒扣扭矩;限位销钉是限制活塞杆与内接头之间的周向运动，便于工具起至地面后退出落鱼(此功能针对使用不可退式打捞工具时);内接头作用是实现控制机构与打捞机构(工具)之间的可靠连接。下筒体作用是套铣时传递扭矩并建立循环通道;挡环是限制落鱼进入筒体内，保证套铣、冲砂操作安全，为方便拆卸，将其断面设计为内“十”字形。

打捞机构:是1套内藏式打捞工具，作用是抓取落物并可实施倒扣操作。图1中由加长杆、矛杆背帽、捞矛矛杆、捞矛卡瓦组成的打捞工具，是具有可退功能的倒扣捞矛，其结构、工作原理与常规倒扣捞矛相似，主要区别是矛杆进行了加长，上端连接形式有所改变。打捞机构除选择图1中由零件捞矛矛杆、捞矛卡瓦、下筒体、挡环组成的倒扣捞矛，亦可选择其他类型的打捞工具，如滑块捞矛等［5－8］。

3.2 工作原理及操作方法

用钻杆连接工具上接头，工具下端连接常规套铣筒1～2根，下至距鱼顶3～4 m位置(此时管柱处于套铣状态)，开泵循环正常后，按规范要求进行冲砂、套铣作业;当冲砂或套铣无进尺时，结合实际进尺情况综合分析，确认已冲砂或套铣至预计深度，充分循环至返出液清洁，从钻杆内投入钢球，送球入座(活塞顶部中心孔);上提管柱距鱼顶约1.0 m，缓慢憋压12.0 MPa以上，液压推动活塞剪断销钉，当活塞下行至中间接头部位时，处于内腔的打捞工具已通过挡环进入套铣筒(管柱由套铣状态转换为打捞状态);在保持泵压情况下，下放管柱，按常规打捞、解卡、倒扣规范要求进行相应操作。根据指重表指示变化判断是否捞获落鱼和倒开落鱼，确认已抓获落鱼，即可泄去泵压;当证实落鱼已解卡或被倒开，便可正常起钻。若内接打捞工具是采用图1所示的倒扣捞矛，一旦出现落鱼无法倒开现象，可通过打压、下放、正转管柱方法退出落鱼。

倒扣时井口施加在钻杆上的倒扣扭矩，通过中间接头与活塞杆之间的六方配合传递给内接头，又依次通过加长杆、捞矛矛杆、捞矛卡瓦传递至落鱼。工具起出地面，退掉落鱼，现场检查密封圈完好情况、更换剪断销钉，即可重复下井使用。图2为可控式套铣打捞一体化工具下井工作原理示意图。

3.3 主要技术参数和适用范围

可控式套铣打捞一体化工具(KTD－116)主要技术参数:最大外径为116 mm，总长为2 392 mm，活塞最大行程为800 mm，剪断销钉压力为 12.0 MPa，许用拉力为420 kN，许用扭矩为7 600 N·m。适用于ø139.7 mm套管内对ø73 mm油管进行套铣(或冲砂)与倒扣打捞一体化作业。

图2 下井工作原理示意图

3.4 地面测试情况

2009年11月进行地面测试，测试内容:工具密封性、销钉剪断压力、活塞及内置打捞工具运动灵活性、打捞杆最大出腔长度及打捞工具工作可靠性等。测试情况:用试压泵打压，当泵压上升至12.0 MPa时，销钉全部剪断;活塞运动顺畅;工具出腔顺利，无刮阻现象;打捞杆最大出腔长度为780 mm;模拟打捞灵活可靠;测试过程中筒体各部位密封良好。

4 现场应用及效果分析

可控式套铣打捞一体化工具(KTD－116)，已在B1－7、S23－2等4口井解卡处理中应用，共下井15次，套铣打捞一次成功14次，成功率为93.3%;累计套铣进尺173.4 m;累计倒扣打捞出油管16根×152.6 m;单次下入最长套铣筒为22.4 m;单次最大套铣长度为22.4 m;单次最多倒出油管2根×19.1 m;最深套铣井段为2 612.1～2 650.3 m。应用的4口井中，砂卡3口，水泥卡1口，应用井统计见表1。

表1 可控式套铣打捞一体化工具应用井统计

现场应用结果表明，该工具具有以下优点:①能将传统的套铣、打捞分2趟管柱完成，变为1趟管柱完成，提高工作效率;②实现套铣、打捞分阶段地面控制，可控性强，安全性好;③不影响正常起下管柱和套铣作业，增加现场工作量很小;④可使同类型大修作业修井周期缩短30%左右，费用降低20%左右;⑤减轻现场工人劳动强度;⑥工具可重复使用。

5 结论

(1)可控式套铣打捞一体化工具集套铣与打捞功能为一体，并对功能转换过程进行地面有效控制，确保施工安全，这既是该工具的技术创新之处，也是同类技术首创。

(2)该工具具有结构合理、性能可靠、安全性好、经济实用等优点。

(3)该工具研制成功，为解决长井段砂卡、水泥卡传统处理方法效率低下问题，提供了安全、有效的技术手段。

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Research and application of a controllable integrated tool for casing milling and fishing operation

ZHANG Cheng－jiang
(Jiangsu Oilfield Company，SINOPEC，Jiangdu，Jiangsu225265，China)

Pipe string stuck by sand or cement is a common downhole failure in the development process of oil and gas fields．Tradiional method to solve such problem is to respectively run in special casing－milling string and back－off fishing string，which has ery low operation efficiency．Therefore，a tactical combination of milling and back－off fishing tools has been designed based on the principle of injecting balls to pressurize and push piston，thus developed a controllable integrated tool for milling and fishing operaion，realized milling and fishing operations being implemented in one trip and controllable conversion from milling to fishing process．Field applications indicate that this tool is reasonable in structure，reliable in performance，practical and economical，proides a safe and effective means for solving the problem of low efficiency when using traditional method to remove stuck by sand or ement from long interval．This technology has won a national utility model patent by the patent number of No．201020100201.6．

back－off treatment;milling and fishing;integrated tool;field application

TE358

A

1006－6535(2011)04－0132－03

20110128;改回日期20110410

中石化江苏油田分公司井下作业处科技攻关项目“套铣打捞一体化技术研究与应用”(JX09－08)

张成江(1961－)，男，工程师，1981年毕业于江苏石油学校钻井专业，2000年毕业于南京经济学院企业管理专业(专科)，现从事井下作业工艺技术研究与应用工作。

编辑 王 昱