月东油田防砂管柱打捞工艺及工具研究与实践

魏文科，宋宏宇，李 辉

（1.中信资源天时集团能源有限公司，辽宁盘锦 124013；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300547；3.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300547）

月东油田位于渤海湾盆地北部辽河滩海地区，属辽河盆地自然延伸部分，构造上位于海南-月东披覆构造带南端。西侧以月东断层、海南断层为界，与月牙构造和海南洼陷相邻；东北与海南1 油田和3 油田相邻，西南与锦州9-3 油田相邻。月东油田油藏主体部位为普通稠油油藏，采用蒸汽吞吐方式开发，2014 年全面投产，目前有定向井91 口，水平井37 口，年产量45×104t。月东油田纵向上各套地层均为强出砂地层，定向井采用套管内悬挂筛管防砂，水平井采用套管尾部悬挂筛管裸眼防砂。举升方式为塔式抽油机+管式泵+空心杆电加热生产。随着热采开发时间的延长，注汽轮次的增加，防砂管 柱失效井增加，出砂井逐年增多，目前严重出砂井达25 口，占油田总井数的19.5%，已严重影响油田正常开发。根据月东油田井况及修井设备状况，开展了一系列防砂管柱打捞工艺探索及相关工具研究，并进行了现场实践，取得了显著成效。

1 防砂管柱失效状况分析

月东油田热采井采用的筛管主要有绕丝筛管、金属网布筛管、弹性筛管及割缝筛管（图1）。生产过程中筛管失效的原因主要有三方面：①在油井生产、注汽过程中，地层产出液携带着砂粒沿炮眼方向呈射流状进入井筒，注入的蒸汽沿炮眼方向呈射流状进入地层，地层产出液和注入的蒸汽定向、定点、长时间冲蚀筛管，造成筛管冲蚀穿孔；②在高温高压蒸汽吞吐过程中，冷热交变，筛管膨胀收缩，导致筛管绕丝筛滤网崩裂；③注入蒸汽温度达350 ℃，筛管悬挂封隔器密封胶筒耐温不够，导致密封失效[1]。

图1 月东油田筛管类型

根据统计，弹性筛管失效井比例高达75.8%，平均有效生产时间为30.4 月；绕丝筛管失效井比例为22.7%，平均有效生产时间为41.8 月；金属网布筛管和割缝筛管失效比例较低，如表1 所示。

表1 防砂筛管失效井统计

2 防砂管柱打捞难点分析

2.1 防砂管柱长

月东油田油井分为定向井和水平井，井深为1 600～2 700 m。定向井的最大井斜达68°，防砂管柱串长度为30～150 m；水平井防砂管柱串长度为200～400 m。井斜大、防砂管柱长，导致砂卡严重，打捞难度较大。

2.2 修井机作业能力不足

现场作业机均为小修机，额定钩载仅为600 kN，提升能力不足；作业机缺乏转盘设备、顶驱设备，难以开展钻、磨、铣等大修作业。井内有φ177. 8、φ 168. 3、φ127. 0、114. 3 mm 四种类型的防砂管柱，需要多种专用的打捞工具，现场打捞工具配备不完善。

2.3 威德福BlackCat 筛管悬挂器解封难度大

月东油田生产井下入的防砂管柱，采用的均是威德福BlackCat 筛管悬挂器。该悬挂器座封结构复杂，采用双向卡瓦座封，必须使用威德福专用打捞工具才能打捞、解封，但威德福公司已退出中国市场，无法提供打捞服务，现场没有BlackCat 筛管悬挂器专用打捞工具。

3 防砂管柱打捞工具

3.1 筛、套环空冲砂工具

由于防砂管柱较长，筛管与套管之间的环空积满沉砂，打捞筛管时砂卡阻力大。为了能顺利打捞防砂管柱，既要使用专用打捞工具、解封筛管悬挂器，还需要配套可行的筛、套环空冲砂工艺及工具，冲出筛、套环空内沉砂，解除筛管砂卡[2-4]。

3.1.1 优选高效磨鞋

月东油田的防砂管柱基本结构为：威德福BlackCat 筛管悬挂器+盲管×1 根+筛管（若干）+筛管尾堵。根据防砂管柱的结构特点，优选高效磨鞋，磨穿筛管尾堵，建立筛、套环空冲砂循环通道。

现场有φ177. 78 mm、φ168.30 mm、φ127.00 mm、φ114.30 mm 四种类型的防砂管柱，防砂管柱的内径分别为φ159.40 mm、φ150.40 mm、φ108.60 mm、φ100.50 mm，筛管尾堵的材质均为N80。

根据筛管内径，优选了与φ177.78 mm、φ168.30 mm、φ127.00 mm、φ114.30 mm 四种防砂管柱内径尺寸相匹配的凹底高效磨鞋，其公称外径分别为：φ121 mm、φ110 mm、φ98 mm、φ89 mm。

高效磨鞋与普通磨鞋相比，具有磨削效率高的优点[5]，能在较短时间内磨穿筛管尾堵。

3.1.2 筛套环空冲砂专用工具

设计的冲砂专用工具尾部呈锥状，外径尺寸满足通过筛管尾堵的钻孔，并设置有侧向水眼和底部水眼，侧向水眼可冲洗筛管侧壁筛网，底部水眼可冲洗口袋内沉砂，结构形状如图2 所示。

图2 筛套环空冲砂专用工具结构示意图

用高效磨鞋钻穿筛管尾堵后，起出钻磨管柱，下入与尾堵钻孔尺寸相匹配的筛套环空冲砂专用工具。接近砂面时，启动地面泵，从油管内正打压，正循环冲砂。当冲砂工具通过筛管尾堵的钻孔后，继续向下冲洗，掏空尾堵下方口袋内的沉砂，形成沉砂腔；然后边缓慢上提管柱，边旋转管柱，水流从冲砂工具侧面水眼高压喷出，冲洗筛管侧壁筛网，筛套环空的沉砂受到冲刷，疏松下沉，进入筛管尾堵下方的沉砂腔；再下放管柱，使冲砂工具进入沉砂腔，这样反复冲洗筛管及沉砂腔，最终冲出筛套环空沉砂，解除筛管砂卡。若地层漏失严重，可采用氮气泡沫代替水进行冲砂。

3.2 专用打捞解封工具

拆解同类型的威德福BlackCat 筛管悬挂器，解剖分析悬挂器的结构组成及座封、解封原理，研制出针对威德福BlackCat 筛管悬挂器的专用打捞、解封工具。该工具为可退式，若捞获后无法解封、解卡，可以安全退出打捞工具，工具的结构组成及各部件名称如图3 所示。

图3 悬挂器专用打捞解封工具结构示意图

将打捞管柱分别过提负荷至50，70，130 kN 时，根据根据修井机拉力计指针的弹跳突变情况，来判断悬挂器专用解封打捞工具在各个阶段的功能是否实现及筛管悬挂器的解封环上的销钉是否剪断，可确定筛管悬挂器是否解封。

如捞获落鱼后管柱拔不动，则下放管柱，使负荷降至管柱悬重，正转打捞管柱15 圈，再上提管柱，实现脱手，即可安全可退出打捞工具。

3.3 井下液压拔卡装置改进

为了解决现场小修机拔负荷能力不足的问题，引进了井下液压拔卡工艺，并对拔卡装置进行了改进，以满足作业需求。

井下液压拔卡装置是近年来开发的新型井下举升装置。该装置主要由上接头、泄压开关、多级液缸、上锥体、上锚定器、上卡瓦座、下锥体、下锚定器、下卡瓦座、倒扣接头、液压丢手及相关附件组成，如图4 所示。井下液压拔卡装置能将地面泵压转换为井下液缸的举升力，可以避免常规打捞解卡时修井机的上提力被管柱的弹性伸缩、井筒摩阻和管柱自重所消耗，实现用小修机进行井下大力解卡[6-8]。

图4 井下液压拔卡装置结构示意图

3.4 井下水力机械切割工艺的改进

月东油田很多井防砂管柱长度超过100 m，即使使用井下液压拔卡装置，也难以整体拔出防砂管柱，因此，需要分段切割，分段打捞。为此，研究引进了井下水力机械切割装置，并进行了改进，提高了切割效率和成功率。水力机械切割装置结构如图5 所示，主要部件有上接头、上节流阀、下节流阀、压缩弹簧、割刀支架、割刀等[9]。

2019 年初引进了φ177.78 mm、φ244.50 mm 机械式割刀，开展井下筛管、套管切割尝试，但实践中存在割刀性能不稳定、易损坏、切割耗时长、成功率低及对井下切割状况判断不准的问题。对刀架结构和水力通道进行了改进，并优选更新了割刀材质，达到了理想效果。

图5 井下水力机械切割装置结构示意图

3.4.1 刀架结构改进

模拟割刀在旋转切割过程中割刀与套管内壁接触角度随着割缝深度的变化，适当减小了刀架结构焊接角，保证前角合金能充分接触套管，使割刀更加稳定，并根据车床车刀原理，优化设计了割刀角度，使传统的磨铣切割方式改为车刀车削方式。刀架结构改进前后割刀前角合金及后角挡板与套管内壁的接触点变化对比如图6 所示。

图6 刀架结构改进示意图

3.4.2 水力通道改进

在水力割刀设置了上节流阀和下节流阀，并对节流阀的通道尺寸进行了优化，配合刀架的限位机构。当切割完成后，上节流阀上的节流孔打开，泵压迅速下降，使井口操作人员能够通过观察井口压力变化准确判断割刀是否完成切割，结构如图7 所示。

3.4.3 割刀材质优选

刀头材质综合性能对比显示，在硬度相近的情况下，优选抗弯强度高的YW2A 合金为刀头加工材质，刀头材质，刀头材质性能见表2。

表2 刀头材质物理性能

4 防砂管柱打捞技术方案

图7 上节流阀和下节流阀示意图

分析月东油田修井设备能力、筛管悬挂器解封方式及防砂管柱结构，完善配套了与小修机相适应 的简易井口液压转盘、小型动力水龙头等大修附属设备，并根据研究出的筛套冲砂工艺及专用工具、筛管悬挂器专用打捞工具，改进后的井下液压拔卡装置及井下水力切割工具，并针对每口井井况，制定了以下三种防砂管柱打捞技术方案[2，8]：①建立筛、套环空循环通道，冲洗出筛、套环空内沉砂，解除筛管砂卡；②筛管悬挂器解封、筛管整体打捞；③采用分段切割、分段打捞工艺捞出长度较大的防砂管柱（适用于筛管长度较大，用井下液压拔卡装置也无法整体解卡的井）。

5 现场实践

5.1 整体打捞防砂管柱

YD-B16 井最大井斜54.51°，井深为2 095.51 m，φ17.78 mm 生产套管，井内防砂管柱结构为威德福BlackCatφ177.78 mm 筛管悬挂器+φ127.00 mm盲管×1 根+φ127.00 mm 筛管×1 根+φ127.00 mm盲管×2 根+φ127.00 mm 筛管×2 根+φ127.00 mm尾堵，总长度66.77 m。2017 年7 月该井因出砂严重而停井，判断防砂管柱失效。2018 年8 月通过钻穿尾堵、筛套环空冲砂、液压拔卡工艺捞出了防砂管柱组合。具体步骤为：①采用外径为φ89.00 mm 高效磨鞋钻穿了筛管尾堵；②下入φ63.00 mm 筛套环空冲砂专用工具成功冲出了大量筛套环空沉砂；③下入威德福BlackCatφ177.78 mm 筛管悬挂器专用打捞工具+φ177.78 mm 液压拔卡器+φ73.00 mm正扣钻杆，捞获落鱼上提管柱，悬挂器顺利解封，油管内正打压15 MPa，启动井下液压拔卡器（折算拉力900 kN），成功解卡，整体捞出了防砂管柱。打捞程序如图8 所示。

图8 防砂管柱打捞程序示意图

5.2 分段切割、分段打捞防砂管柱

YD-A13 井最大井斜47.6°，井深为1 900.42 m，φ244.48 mm 生产套管，井内防砂管柱结构为威德福BlackCatφ244.48 mm 筛管悬挂器+φ168.30 mm盲管×1 根+φ168.30 mm 筛管×2 根+φ168.30 mm盲管×5 根+φ168.30 mm 筛管×2 根+φ168.30 mm尾堵，总长度103.67 m。2019 年7 月通过切割、套铣、液压拔卡措施，成功捞出了井内防砂管柱。具体步骤为：①下入φ168.30 mm 割刀+φ168.30 mm 扶正器+φ73.00 mm 正扣钻杆，从防砂管柱的中间处盲管段切断了盲管；②下入φ244.48 mm 筛管悬挂器专用打捞工具+φ177.78 mm 液压拔卡器+φ73.00 mm正扣钻杆，解封解卡未成功，退出了打捞工具；③下入φ168.30 mm 割刀从筛管悬挂器的卡瓦上部100 mm 处割断了悬挂器上部接头，下入打捞工具捞出了上部接头；④下入φ215.00 mm 高强度套铣筒，套铣掉悬挂器锚牙，解封筛管悬挂器；⑤下入φ168.30 mm 可退式捞矛+φ177.78 mm 液压拔卡器+φ73.00 mm 正扣钻杆，打压13 MPa 启动井下液压拔卡器（折算拉力780 kN），捞出了防砂管柱上半部分；再次下入可退式捞矛、液压拔卡器，打压16 MPa（折算拉力960 kN），成功捞出下半部分防砂管柱。

2017—2019 年，月东油田使用小修作业机，根据不同井况，通过冲洗筛套环空沉砂、悬挂器专用工具解封、切割、套铣、液压拔卡等组合措施，成功捞出了22 口井的防砂筛管，基本解决了月东油田在作业设备受限条件下的防砂管柱打捞难题。

6 结论

（1）优选高效磨鞋，钻穿筛管尾堵，建立筛套循环通道，配合筛套冲砂工艺，能有效冲出筛套环空沉砂，解除筛管砂卡。

（2）改进井下液压拔卡工具，解决了修井机载荷不足的问题，有效助力小修机进行大负荷拔卡，提高了筛管打捞成功率。

（3）研制的悬挂器专用打捞工具，配合井下切割、套铣工艺解决了月东油田悬挂器解封、解卡，长段防砂管柱打捞难题，改进后的井下水力机械切割工具有效提高了切割效率和成功率。