水平井打捞工具的选择与设计

孟强

[摘 要]本文针对水平井弯曲井段的特性，分析了管柱受力情况，对打捞难点进行了分析，提出了打捞工艺技术，主要从打捞工具选择，打捞工具外径和长度设计，打捞钻柱选择等三个方面来进行把控，从而提高打捞的成功率，减少意外施工事故的发生。

[关键词]水平井；特征分析；打捞工具；设计

中图分类号：TE358 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）11-0031-01

1 水平井所具有的特性研究

对于水平井弯曲井段可看作是由井斜角不同的多边形组成，这是水平井的特点。受重力作用，水平井与直井相比有如下特点：

①油层砂粒更易进入井筒，形成长井段的“砂床”，严重时形成砂堵井眼。

②井内管柱贴近井壁低边，“钟摆力”F获得平衡。

长井段“砂床”中的管柱，受“钟摆力”和磨擦力的双重作用，更易形成卡钻，所以水平井解卡打捞成为常见的井下作业之一，是修井作业首要解决的问题之一。

1.1 水平井管柱受力分析

水平井修井井下管柱受力比较复杂，定量分析水平井管柱施工中的受力，建立合理的理论模型是必要的。它有利于选择合理的修井方式和管柱。

1.2 水平井打捞的难点

通过水平井管柱受力分析可以得出水平井打捞存在以下难点：

（1）水平井内由于造斜段和水平段的磨阻，使得井口的上提力无法有效传递到井下水平段内，同时出于保护套管的原因，在直井中普遍采用的大力上提、活动解卡等打捞工艺技术水平井中实施效果变差。

（2）同样由于造斜段和水平段磨阻的影响，井口扭矩也无法有效传递到井下水平段，因此在水平井实施常规的套铣时扭矩不能有效的传递到井底、倒扣时中和点无法准确掌握等这些常规打捞工艺实现比较困难。

（3）尤其是对于防砂管柱，一般直井防砂管柱长度只有几米至十几米，而水平井水平射孔段比较长，因此滤砂管也比较长，一般长度为几十米以上，有的甚至长达几百米。几乎每根滤砂管均带有扶正器，在扶正器处有变径，这也增加了打捞、解卡的难度。

2 水平井打捞工艺

2.1 打捞工具的选择

（1）尽可能选择可退式工具

尽可能选择可退式打捞工具，当捞获落鱼不能解卡时可以顺利退出工具。当受到条件限制选用不可退工具时，下井管柱应配有安全接头。

（2）防止工作部件的磨损。

工作部件的磨损是直接影响到打捞成功与否的关键，因此必须采取措施防止工作部件的磨损。通常要加扶正器加以扶正以防止机件的磨损。

（3）防止堵塞水眼。

工具在下井过程中由于受到井身结构的影响，水眼很容易被套管壁上的垢、锈、沉砂等脏物堵塞，因此如何避免水眼堵塞是必须解决的问题。

2.2 打捞工具最大外径和长度设计

打捞管柱能否顺利下入到油层设计位置，取决于工具能否顺利通过造斜段和水平段。在水平井套管内径确定的条件下，造斜段由于曲率半径对工具通过时最大长度和外径给予限制，为了保证打捞管柱不被破坏，应进行验证计算。

假设打捞工具为刚体则

公式整理可得出

式中： Lmax—修井工具管能够通过造斜段最大长度m

R—水平井曲率半径m

D—套管内径m

d—打捞工具外径m

α—最大平均造斜度°

一般

L—弯曲段单位长度m

取：α≤45°，通常中曲率半径水平井α≤35°

7in套管：D=0.1597m d=0.140m 则Lmax=4.47m

51/2in套管：D=0.12426m d=0.116m 则Lmax=2.90m

根据上述公式可以计算出下井工具的最大外径，从中可以看出套铣在水平井中不宜使用，只能根据现场的实际情况选择能够下入的工具，使得落井管柱与打捞工具的偏心距基本一致，中心线基本一致，否则应根据计算给予调节。再有内捞时工具端部需有引锥，外捞时工具端部有拔钩，外表面无死台阶，防止挂卡现象发生。下井工具的外表面一般不准镶焊硬质合金、敷焊钨钢粉等硬质合金等坚硬物，若必要时应小于最大工具外径2-3mm。

2.3 打捞钻柱的选择

（1）无需大力解卡打捞落井管柱时，选用与落井管柱同尺寸的钻柱，以便于能够保持水平段中打捞钻柱与落鱼的偏心距和中心线一致，有利于捞获。

（2）为利于轴向载荷和扭转载荷的传递，可以考虑选用倒装钻具，即：下段采用与落井管柱同尺寸的钻具柱，上段采用大一级的钻柱。

（3）在钻柱上近工具处加扶正器，利用钻柱的弯曲变形来调节井下工具倾斜角β（支点T至工具端部中心线与井眼中心线夹角）。以利于抓捞落物。

（4）使用优质钻具施工，勤检查，打捞工具使用一次后就应检查保养一次以防止工具失效

（5）打捞钻柱使用2-3次后就应将下井顺序倒换一次，防止钻柱折断。

2.4 扶正器的选用

根据几何原理，三点才能决定一条定形的曲线。因此，三个扶正器保持和井壁三点接触（双扶正器时，井下工具相当于下扶正器），从而限制井下工具的侧向移动。钻柱可看作受集度为q的均布载荷作用的细长杆，由于井壁磨擦力的影响，钻头的真实钻压是很难了解的，钻压对扶正器安放位置影响小，为计算方便不考虑钻压的影响，即不考虑钻柱压曲而造成的正旋和螺旋彎曲，仅考虑自重作用。钻柱进入水平段后，由于重力作用将沿着套管下部运行，其受力状态如图（图中F动力、f摩擦阻力、P管柱重力）。从图可以看出，钻柱在水平段运行主要克服套管内壁与扶正片间的刚体摩擦阻力，其摩擦系数与整个打捞工具与套管内壁摩擦系数相比大大减少，且正常情况下，井内充满液体，具有润滑作用，摩擦系数更小，完全可以保证工具顺利通过水平段到达油层设计位置。

因此保证配套机具入井过程中，特别是进入造斜段和水平段后不受损伤，并通过扶正能够顺利捞获落鱼，要求下井工具（尤其是内捞工具）必须下扶正器，一般要求扶正器外径尺寸比套管内径小6-8mm。

3 结束语

综上所述，在进行水平井打捞过程中，要充分分析水平井特征，在打捞工具选择过程中要尽可能选择可退式工具，防止工作部件的磨损，防止堵塞水眼，选择合适外径打捞工具和长度，对钻柱组合进行优化，防止工具失效。

参考文献

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