水平井管类落物打捞工具的设计

□ 赵瑞元 □ 杨义兴 □ 王国锋 □ 张远东 □ 肖宗政

1.长庆油田分公司第一采油厂 陕西延安 716009 2.长庆油田分公司油气工艺研究院 西安 710018 3.川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司 西安 710021 4.长庆油田分公司第二采油厂 甘肃庆阳 745099

1 水平井管类落物打捞处理技术现状

通过调研近年来油井水平井管类落物打捞处理情况,确认普遍作业平均周期长达51 d,成功率仅67%。2015～2020年某油田水平井管类落物打捞处理实例见表1。

2 原因分析

第一,打捞工具入鱼难,无法抓住落鱼。

常规的滑块卡瓦打捞矛位于水平段,卡瓦在阻力或其它脏物粘附的作用下,处在工具的后端,未能与锥面贴合,无法咬住落鱼,上提时工具会退出落鱼。

第二,水平段管柱扭矩施加难。

管柱在自身重力作用下,在水平段与套管内壁完全接触,摩擦阻力大,在井口施加的扭矩很难传递至打捞工具。

第三,打捞工具存在胀破、破坏鱼顶等问题。

普通滑块接触面积为27 cm2,存在油管变形及破裂的风险。在设计矛杆锥面时,最薄弱点的横截面积为13.72 cm2,存在强度不足的弱点。

常规打捞工具工作原理对比分析见表2。常规打捞工具卡瓦依靠自重下滑、反转或正转管柱来实现管类落物的打捞,通过对比分析可见,常规打捞工具打捞方法无法满足水平井管类落物的打捞需求。

表2 常规打捞工具工作原理对比分析

3 水平井防胀破滑块捞矛

3.1 结构

所研制的水平井防胀破滑块捞矛主要由上接头、矛杆、滑块、轨道、弹簧、筒体等组成。这一打捞工具的滑块接触面积为40.5 cm2,而普通滑块的接触面积仅为27 cm2,接触面积增大50%,降低油管变形及破裂风险。通过将滑块后端端部夹角设计为30°燕尾台阶状,可以保证在加长滑块的同时不减小矛杆的直径,使矛杆最薄弱点横截面积由原来的13.72 cm2增大至14.53 cm2,有效提升矛杆强度。为滑块增加轨道与弹簧,有效解决打捞矛滑块在水平段无法咬住落鱼的问题,提高打捞工具的入鱼率和打捞落物的一次成功率。水平井防胀破滑块捞矛主要尺寸如图1所示。

图1 水平井防胀破滑块捞矛主要尺寸

3.2 工作原理

水平井防胀破滑块捞矛是一种内捞外衬工具,芯轴和卡瓦进入鱼腔后,卡瓦依靠推杆向下滑动,卡瓦与斜面产生相对位移,卡瓦齿面与芯轴中心线距离增大,使径向打捞尺寸逐渐增大,直至与鱼腔内壁接触为止。上提矛杆时,斜面向上运动所产生的径向分力迫使卡瓦咬入落物内壁,抓住并捞获落物。同时,对于偏磨破损油管,由于外筒限制,也可以进行有效打捞。外筒的特殊结构能够实现自动找正,并且限制破损油管变形,保证打捞效率。水平井防胀破滑块捞矛三维模型如图2所示。

图2 水平井防胀破滑块捞矛三维模型

3.3 技术参数

水平井防胀破滑块捞矛技术参数见表3。

表3 水平井防胀破滑块捞矛技术参数

3.4 特点

在滑块与弹簧作用下,助推卡瓦与落鱼内壁接触,内捞外衬,防止管柱胀破。

4 水平井偏磨油管防缩径偏心卡瓦打捞筒

4.1 存在的问题

根据油田水平井偏磨破损油管打捞处理实例,针对水平井偏磨破损油管打捞处理,研制应用了水平井偏磨油管防缩径偏心卡瓦打捞筒。

水平井偏磨破损油管无专用打捞工具,咬不住或者挤扁落鱼,存在打捞工具入鱼难、管柱旋转难、易挤扁落鱼等缺点。

4.2 主要原因分析

偏磨破损油管强度大幅度降低后,无法承受打捞工具卡瓦咬住落鱼后的挤压拉力,落鱼受挤压变形,导致打捞失败。由于无专用偏磨破损油管打捞工具,在采用常规打捞工具打捞偏磨破损油管时,均存在油管变形、撕裂破坏等问题,导致打捞失败。动力设备扭矩过大,将腐蚀或拧断偏磨油管。

4.3 工具结构

水平井偏磨油管防缩径偏心卡瓦打捞筒主要有筒体和万向轴两个部分,由上接头、锁紧套、万向轴、滑动卡瓦、筒体、引鞋组成。

水平井偏磨油管防缩径偏心卡瓦打捞筒主要尺寸如图3所示。

图3 水平井偏磨油管防缩径偏心卡瓦打捞筒主要尺寸

4.4 工作原理

对于偏磨破损油管,设计了内万向轴,可以进一步限制油管收缩。卡瓦和内捞螺纹同时作用,增大与被打捞落鱼的接触面积,鱼顶受力均匀,不易被撕裂破坏。万向轴的特殊结构能够实现自动找正,并且限制破损油管变形,保证打捞工具的入鱼成功率。水平井偏磨油管防缩径偏心卡瓦打捞筒实物如图4所示。

图4 水平井偏磨油管防缩径偏心卡瓦打捞筒实物

4.5 技术参数

水平井偏磨油管防缩径偏心卡瓦打捞筒技术参数见表4。

表4 水平井偏磨油管防缩径偏心卡瓦打捞筒技术参数

4.6 特点

这一打捞工具内衬外捞,可防止落物挤扁。万向轴能够实现自动找正,可防制破损油管变形。

5 试验

对所研制的水平井管类落物打捞工具进行室内性能测试,材质及许用拉力完全满足要求。2021年7月25日～29日,在某井采用水平井偏磨油管防缩径偏心卡瓦打捞筒、安全接头、滚珠扶正降阻器、钻杆、方钻杆、液压转盘组合,起下打捞管柱六次,打捞出井内全部落物,工具入鱼率为100%,打捞成功率为85%,平均单井缩短施工周期5 d。2021年10月15日～29日,在某井采用水平井偏磨油管防缩径偏心卡瓦打捞筒、安全接头、滚珠扶正降阻器、钻杆、方钻杆、液压转盘组合,起下打捞管柱八次,打捞出井内全部落物,工具入鱼率为95%,打捞成功率为90%。

6 结束语

针对原有水平井管类落物打捞工具存在的入鱼难问题,研制了水平井防胀破滑块捞矛,利用内捞外衬原理,实现入鱼即可抓住落鱼。

针对水平井偏磨破损油管打捞时卡瓦无法咬住落物的问题,研制了水平井偏磨油管防缩径偏心卡瓦打捞筒,利用内衬外捞原理,解决了偏磨油管难以打捞的问题。

在实际应用中,结合水平井管类落物打捞工具及配套设备一体化打捞技术,实现一趟钻打捞工具入鱼、退出、倒扣等作业,提高了水平井管类落物的打捞效率,效果良好。