免繩索投放預置式井下節流器研制與應用

楊旭東，肖述琴，衛亞明

（1.長慶油田公司油氣工藝研究院，西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安 710018）

在天然氣開采中為了降壓、節流、限產，通常在氣井井筒安裝井下節流器。井下節流器以坐封方式不同又分為卡瓦式井下節流器和預置式井下節流器。目前，蘇里格氣田廣泛應用的是卡瓦式井下節流器，大面積的推廣應用表明：該節流器難打撈，易造成井下事故［1］。預置式井下節流器密封膠筒變形量小，密封可靠性好，壽命長，且密封膠筒一旦與預置工作筒脫離，其外徑便小于井筒通徑，打撈上提時幾乎無摩擦阻力，易打撈。

目前，預置式井下節流器的投放工作需要將鋼絲繩下入井內，所需車輛多、人員多，而且操作復雜，投放費用高。本文介紹了一種免繩索投放預置式井下節流器，已在現場成功應用。

1 結構及工作原理

免繩索投放預置式井下節流器結構［2－3］如圖1所示，下擊錘結構如圖2所示。

圖1 免繩索投放預置式井下節流器結構

圖2 下擊錘結構

免繩索投放預置式井下節流器需在下采氣管柱時，將預置工作筒通過油管接頭連接在油管上，然后將預置工作筒隨油管下到設計深度。免繩索投放預置式井下節流器實施步驟如下：

1）將裝有預置式井下節流器的捕捉投撈器安裝在井口上，打開油管閥門，將預置式井下節流器投入井內。在進入油管口時，預置式井下節流器上的鎖塊收縮，依靠自身重力順利下行，到達預置工作筒位置時，本體的突出臺階便卡在預置工作筒的縮頸上而停止下行。

2）卸下捕捉投撈器，將裝有下擊錘（中空）的捕捉投撈器安裝在井口上，打開油管閥門，將下擊錘投入井內，當下擊錘遇預置式井下節流器的打撈頭時，打撈頭在慣性力的作用下相對于預置式井下節流器向下移動，此時銷釘被剪斷，鎖塊被打撈頭的大頸擠出卡于預置工作筒卡槽內，密封圈伸入預置工作筒縮頸內實現密封，既完成了井下節流器的投放。

3）開啟油管閥門即可正常生產。

2 室內模擬試驗

2.1 密封性能

模擬現場工況進行室內試驗，將免繩索投放預置式井下節流器裝入工作筒，加水壓觀察芯子位置變化。

1）試驗一常溫下，將免繩索投放預置式井下節流器裝入工作筒，加壓30 MPa，保壓0.5～3.0h，壓力不變。

2）試驗二將免繩索投放預置式井下節流器在100℃的沸水中加熱1.0～1.5h后（其V 形密封圈在加熱前后尺寸相差一定值），迅速將其裝入工作筒中加壓30 MPa，裝配容易，保壓0.5～3.0h后，壓力不變。對于此試驗過程任意選擇了4件免繩索投放預置式井下節流器、3個工作筒，每種任意組合密封情況良好。

免繩索投放預置式井下節流器在不同壓差和溫度下的性能試驗數據如表1。

表1 不同壓差和溫度下的性能試驗數據

試驗表明：免繩索投放預置式井下節流器鎖塊在壓差最高為30 MPa時，鎖塊未發生滑動，鎖塊能夠安全可靠工作；密封可靠，且反復坐封3次時，不滲不漏；V 形密封圈在不同壓差和溫度下的密封性能好，可以滿足長慶氣田氣井應用條件。

2.2 剪切銷釘材質確定

針對免繩索投放預置式井下節流器在投放過程中遇阻后活動時銷釘易剪斷問題，分析原因可能與油管狀況、銷釘強度因素有關。由于油管狀況因素不易確定，所以只針對剪切銷釘進行研究。

根據免繩索投放預置式井下節流器的結構及使用狀況，研究確定了剪切銷釘的材質及結構型式，設計制作了剪切試驗裝置，在WHY－500型全自動壓力試驗機上進行了剪切試驗，其測試結果如表2所示。根據測試結果，確定合理的銷釘材質。

表2 節流器用?3mm 銷釘剪切力測試結果

3 現場應用情況

蘇X 井在下完井生產管柱時，免繩索投放預置式井下節流器工作筒隨油管（油管尺寸為?73.02 mm×5.51mm）一起下入井中設計位置，其工作筒位置為2202m。

2011－11－05，蘇X 井投產，開井前油、套壓約24.3 MPa，井口使用加熱爐加熱后節流。2011－11－21，投放免繩索投放預置式井下節流器，氣嘴直徑為?2.3mm，設計配產1.5×104m3／d。2011－11－27，節流器正式啟動，油壓2.1MPa、套壓為22.5MPa，日產氣1.7471×104m3／d，至今節流器仍正常工作。

4 結論

1）免繩索投放預置式井下節流器投放工藝簡單，無需專用設備及專業操作人員，不僅節約操作成本，同時也節約了人工成本。

2）通過室內模擬試驗以及現場試驗，說明免繩索投放預置式井下節流器能夠滿足現場操作要求，可以在生產井中進行應用。

［1］肖述琴，于志明，商永濱，等.新型卡瓦式井下節流器打撈工具研制及應用［J］.石油礦場機械，2010，39（12）：81－83.

［2］《油田用封隔器及井下工具手冊》編寫組.油田用封隔器及井下工具手冊［K］.北京：石油工業出版社，1981.

［3］徐灝.機械設計手冊（第三冊）［K］.北京：機械工業出版社，1991.