过电缆封隔器异常坐挂分析与优化应用

王 鹏，张 明，李 凡，张红杰，和鹏飞，杨 程，谭俊潇

1.中海油能源发展工程技术分公司 （天津 300452）

2.中海石油（中国）有限公司天津分公司 （天津 300452）

3.中联煤层气有限责任公司 （山西 吕梁 033200）

1 概述

1.1 基本数据

A-X井所在的油田位于渤海辽东湾海域，所在区块是一个呈北东走向的断裂背斜构造，西侧以辽西大断层为界与辽西凹陷相邻，东侧呈斜坡逐渐向辽中凹陷过渡[1-2]。A-X井所在油田经过多年开发生产，注入水量不足，注水效率降低，储层水驱动用程度变差，地层压力下降较多，但单井控制剩余储量偏大，采油速度较低，部署了一批加密调整井。

A-X井生产层位东营组，地层压力12.8 MPa，较该层位未动用时降低2 MPa，本井是加密调整井中的一口水平生产井，井深2 450 m，其中215.9 mm(8-1/2")水平段长327 m。钻井时使用PRD无固相钻开液形成防漏失、润滑稳定的泥饼，保证177.8 mm(7")梯级优质筛管+球形防漏失阀组成的防砂管柱下入到位。替入破胶液加快泥饼降解，使井筒和地层有效连通。因地层压力低，井筒液面下降，防砂服务工具起出时将防砂管柱上部的防漏失阀关闭，完井期间控制大量的完井液漏失。待生产管柱快到位时，通过管柱底部携带防漏失阀开关工具将防漏失阀打开，实现地层与上部井段连通[3-5]。

1.2 过电缆封隔器提前坐挂过程

1）第一个坐封过程。A-X井生产管柱下入到位前，下压2 t打开防漏失阀，观察环空液面下降较快。下放管柱遇阻，上提管柱遇卡，上下活动管柱多次无法解卡，过提25 t提活管柱，再次活动无明显阻、卡现象。到位后，装采油树后，坐封过电缆封隔器后验封不合格；起生产管柱，检查坐封销钉已经剪切，活塞已运动，解封销钉已剪切。

2）第二个坐封过程。更换过电缆封隔器后再次下入生产管柱，打开防漏失阀，遇阻1 t，继续下放无法通过，缓慢上提遇卡2 t，继续上提管柱至55 t，未能提活，多次活动，卡点未能变化，逐渐上提管柱，至过提25 t提活管柱，等待20 min，缓慢下放打开防漏失阀，无明显遇阻、遇卡显示，起生产管柱，检查过电缆封隔器，坐封销钉未剪切，起出封隔器后检查发现6个坐封销钉均未动作，活塞基本未运动，解封销钉已剪切，在地面对该封隔器试压4.83MPa×10min，压力不降，但卡瓦套上销钉均已剪切。

2 原因分析与研究

2.1 原因分析

过电缆封隔器卡瓦套销钉已剪切，是提前坐挂的主要原因；卡瓦套销钉受到外力方可剪切，意外剪切原因主要有卡瓦套在套管接箍处台阶面受阻和液体的强大冲击，

过电缆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，距离接箍位置较远，且生产管柱下入过程中无明显遇阻、卡显示。

结合漏失情况对卡瓦套销钉剪切进行液体冲击分析：本井防砂后多次测漏失速度均大于20 m3/h，漏失量大。球型防漏失阀关闭能有效减少完井液漏失，球阀上下存在压差，打开防漏失阀瞬间，10 s内井底压力计由13.90 MPa降为13.13 MPa，井筒内液体快速下降，而过电缆封隔器与套管内径间隙越小，液体通过该间隙时的流速越快，通过结构分析[1-3]，高速流体在卡瓦套上端面产生较大力。

2.2 受力分析计算

打开防漏失阀的漏失排量：

式中：Q为漏失排量，m3/s；R1为套管内径，m；R2为油管内径，m；P1为未开启防漏失阀时底部压力计数值，psi；P2为未开启防漏失阀时底部压力计数值，psi；ρ为井筒内液体密度，g/cm3;g为重力加速度，m/s2；t为压力降低时间，t。

其中：1MPa=145psi

流经卡瓦上端面液体流速：

式中：v为液体流速，m/s；R3为卡瓦套内径，m。

液柱冲击形成的压力：

式中：P为压力，psi；H1为封隔器所处井段垂深，m。

卡瓦套上端面受力：

式中：F为所受的力，t；R4为卡瓦套外径，m。

入井提前坐封封隔器的卡瓦套上端面受力为3.3 t，单个销钉剪切值为1.4 t，2个销钉不能承受液柱的冲击力，造成销钉被剪切，即导致卡瓦移动和张开，反映的现象是遇阻、卡情况发生。

3 研究应用

3.1 封隔器结构优化

1）增大销钉的剪切力。优化卡瓦套与上、下锥体的连接方式：原封隔器卡瓦套上下各有2颗剪切销钉，每颗剪切值1.4 t，分别与上、下锥体相连（防转销钉除外），优化增强剪切销钉的剪切值至2.2 t，并与上锥体相连，仅用防转销钉与下锥体相连。

2）优化卡瓦套与椎体的连接。封隔器胶皮下规环通过固定销钉与上锥体相连，优化封隔器胶皮下规环与上锥体利用丝扣连接，且下规环通过2颗剪切销钉固定在心轴上，每颗剪切值2.2 t。

3）卡瓦套端面倒角。第一种封隔器将卡瓦套上下打磨成45°倒角，减少下放遇阻、上提遇卡对卡瓦套剪切销钉的冲击力，同时减少此类情况下流体在卡瓦套上端面产生的冲击力。

3.2 现场应用

更换优化后的过电缆封隔器,随生产管柱再次入井，管柱打开防漏失阀时，液面下降较快，继续下放管柱，无遇阻现象，最终并顺利下放到位，并顺利完成坐封。

4 结论

1）地层压力系数偏低，可利用防漏失阀控制漏失，但打开阀瞬间井筒内液体产生的冲击力大，优化后封隔器提高销钉剪切值，可满足地层压力下降较大的储层开发要求。

2）过电缆封隔器与套管间隙小，受液体冲击最大，因结构和部件设计缺陷，易出现故障，导致复杂情况发生。要不断优化工具结构和加大部件强度，提高抗冲击力，提高工具的使用范围。