套管千斤頂解卡技術(shù)在魯邁拉油田的應(yīng)用

聶小康

(中國石油長城鉆探井下作業(yè)分公司，北京 100101)

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套管千斤頂解卡技術(shù)在魯邁拉油田的應(yīng)用

聶小康

(中國石油長城鉆探井下作業(yè)分公司，北京 100101)

油管懸掛器黏卡在井口油管四通內(nèi)時(shí)有發(fā)生，復(fù)雜情況下井口懸掛器安全解卡是油、氣井修井作業(yè)順利開展的首要任務(wù)。分析了解卡過程中井口各部件的受力情況，采用理論分析及有限元模型分析計(jì)算的方法，確定解卡過程中井口能施加的最大安全載荷。利用安裝在井口的套管千斤頂，施加安全范圍內(nèi)的一定上拉力，使油管懸掛器與井口保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)，來成功實(shí)現(xiàn)復(fù)雜情況下的井口油管懸掛器安全解卡。利用實(shí)例對(duì)這一解卡工藝進(jìn)行了驗(yàn)證，不僅對(duì)井口松動(dòng)特殊情況下的解卡有很好的適用性，而且對(duì)于國內(nèi)外同類型井口油管懸掛器解卡作業(yè)也具有指導(dǎo)作用。

套管千斤頂；解卡；有限元模型；油管；魯邁拉油田

魯邁拉油田位于伊拉克南部，油田至今已投入開發(fā)了60多年。目前由英國BP公司、中國石油及伊拉克國家石油公司于2010年聯(lián)合投資合作重新開發(fā)，現(xiàn)年油氣產(chǎn)量位居世界第二。該油田以自噴為主，人工舉升(電潛泵)為輔，自噴井占全部開井?dāng)?shù)的75%以上，主要產(chǎn)層Main Pay平均地層壓力為4100psi(1psi=6.895kPa)[1,2]。隨著油田的規(guī)模性開發(fā)，新井完井、試油、生產(chǎn)井事故處理、日常檢修以及增產(chǎn)措施等工作量日益增多。修井作業(yè)時(shí)，油管懸掛器黏卡在井口油管四通的情況時(shí)有發(fā)生。有些情況下并不能簡單地采用加大上提載荷的方式就能實(shí)現(xiàn)解卡，需要具體情況具體分析，制定不同的解卡措施和方案。

1　油管懸掛器黏卡機(jī)理及常規(guī)解卡方式

油氣井井口中的油管懸掛器與井口油管四通本體在高溫、高壓、含油氣環(huán)境及一定強(qiáng)度應(yīng)力的作用下，由于接觸面金屬高分子的布朗運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致其發(fā)生擴(kuò)散，兩者相互滲透而黏卡在一起。要使油管懸掛器能順利從油管四通內(nèi)提出，從本質(zhì)上就是要破壞接觸面多組分體系之間的相互作用。

現(xiàn)場(chǎng)采用的井口油管懸掛器常規(guī)解卡方式有3種形式：化學(xué)方法解卡、物理方法解卡、復(fù)合解卡。化學(xué)方法解卡，是利用化學(xué)藥劑將牢牢卡死在井口的油管懸掛器浸泡一段時(shí)間，讓接觸面的金屬材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，破壞掉原來的應(yīng)力結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)解卡。物理方式解卡，即為施加一定的外力，一般是由修井機(jī)大鉤上提施加向上的拉力，達(dá)到接觸面黏卡的破壞強(qiáng)度而實(shí)現(xiàn)解卡。復(fù)合方式解卡，即為先用化學(xué)藥品浸泡一段時(shí)間，然后再通過施加外力而實(shí)現(xiàn)解卡。而在魯邁拉油田修井作業(yè)實(shí)際施工過程中，存在一些常規(guī)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)解卡的特殊情況，需要進(jìn)行具體分析研究。

2　套管千斤頂解卡原理

2.1施工背景

Ru242井位于伊拉克魯邁拉油田，完鉆于1993年3月，為Main Pay地層生產(chǎn)井。停泵前產(chǎn)液量3060桶/d，含水率2.1%。2014年7月，井內(nèi)電潛泵機(jī)械故障，油井停產(chǎn)。2014年11月，修井隊(duì)搬上，準(zhǔn)備進(jìn)行檢泵作業(yè)。拆原井口采油樹，安裝井口封井器組合。連接提升短接后大鉤上提，油管懸掛器黏卡在井口油管四通內(nèi)，試提至50t仍卡住無法提出。酸液浸泡井口12h后拆提升短接，安裝打撈管柱(撈矛+震擊器)，大鉤上提至60t，油管懸掛器仍然卡死。此時(shí)整個(gè)井口(油管四通和套管頭及表層套管)上移8in。停止作業(yè)，拆封井器，裝回原井口采油樹，關(guān)井研究解卡方案。

2.2特殊解卡方案研究及解卡原理

Ru242井的復(fù)雜之處在于采用復(fù)合解卡上提油管懸掛器時(shí)，井口整體向上移動(dòng)。如果繼續(xù)實(shí)施上提解卡則會(huì)進(jìn)一步損壞井內(nèi)套管的固井情況，故不能采取加大上提載荷的方式解卡。經(jīng)過分析和論證，計(jì)劃使用套管千斤頂配合打撈工具來實(shí)施井口解卡。

解卡原理：將套管千斤頂安裝在井口封井器上，下入打撈工具組合(撈矛+震擊器)撈獲油管懸掛器及管柱，利用套管千斤頂施加一個(gè)足夠大且安全的舉升力上提打撈管柱，使油管懸掛器與井口產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)解卡。

3　解卡方案實(shí)施

3.1井口套管底座加工及承載測(cè)試

2014年11月修井機(jī)上提解卡時(shí)，井口發(fā)生整體上移，表明套管固井狀況已經(jīng)發(fā)生一定程度的損壞。為了避免在使用套管千斤頂解卡時(shí)井口整體下沉，特加工了一個(gè)井口套管底座(圖1)，安裝在井口套管頭下，用來承擔(dān)套管千斤頂上提管柱時(shí)反向施加在井口向下的壓力，防止套管和井口整體向下移動(dòng)。對(duì)加工好的套管底座進(jìn)行無損探傷和抗壓測(cè)試，測(cè)定其額定承載壓力為200t。

3.2井口解卡提升管柱組合

圖1　井口套管底座　　　　　　　　　　圖2　套管千斤頂座

圖3　封井器有限元模型

3.3套管千斤頂技術(shù)數(shù)據(jù)

套管千斤頂座(圖2)安裝在封井器的上法蘭面上，系統(tǒng)內(nèi)的液壓油在一定的壓力作用下驅(qū)動(dòng)液壓油缸內(nèi)活塞向上運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生提升拉力，使提升管柱連同油管懸掛器一起上行，實(shí)現(xiàn)井口解卡[3]。選用的套管千斤頂最大提升拉力為350t，工作液壓力為5000psi。

3.4封井器安全承載分析

套管千斤頂上提解卡時(shí)，安裝在其下的封井器要承擔(dān)與提升拉力等額的向下的壓力[4]。當(dāng)承受的壓力大于封井器最大的安全抗壓載荷后，封井器會(huì)受到損傷，故需要分析計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)使用的FH18-35封井器最大安全抗壓載荷。采用三維建模軟件PRO-E建立FH18-35環(huán)形封井器主要承重件-殼體和法蘭面的三維模型，然后將模型導(dǎo)入專用的有限元軟件進(jìn)行分析計(jì)算。

3.4.1建立有限元模型

在單元?jiǎng)澐种校捎?節(jié)點(diǎn)的六面體單元[5,6]，單元平均長度為10mm[7]，封井器材料為ZG25CrNiMo,其化學(xué)成分和力學(xué)性能參考材料規(guī)范JSBW-002，材料屈服強(qiáng)度為517MPa。將其殼體和頂蓋進(jìn)行組合分析，頂蓋上施加350t的壓力載荷，與殼體底部接觸的剛性面施加全約束。封井器有限元模型見圖3。

3.4.2模型結(jié)果分析

采用彈縮性模型，應(yīng)力結(jié)果云圖如圖4所示。最大應(yīng)力為560.3MPa，位于底法蘭鋼圈槽內(nèi)鞋面處，已超過材料的屈服強(qiáng)度，殼體鋼圈槽部分發(fā)生塑性形變，最大值為0.054 mm，位于鋼圈槽內(nèi)表面，如圖5所示。

圖4　應(yīng)力結(jié)果云圖(及細(xì)節(jié)圖)　　　　　　　　　　　　圖5　塑性形變?cè)茍D

3.4.3不同承載載荷下封井器受力變形模擬分析

依照上述步驟對(duì)FH18-35封井器在頂部承受不同載荷的情況下進(jìn)行有限元分析，得出結(jié)果如表1所示。當(dāng)受壓載荷大于150t時(shí)，封井器將發(fā)生不同程度的形變，存在影響其密封性和安全性的風(fēng)險(xiǎn)，故封井器安全承壓載荷為150t。

表1　不同載荷下封井器的應(yīng)力和形變

3.5解卡過程

2015年11月28日，進(jìn)行解卡作業(yè)。套管底座安裝在井口套管頭下，拆井口采油樹。FH18-35封井器安裝在井口油管四通上，套管千斤頂安裝在封井器上。滑塊撈矛下入井口油管懸掛器并試提確認(rèn)撈獲，提升管柱坐入套管千斤頂。套管千斤頂逐步加壓上提，當(dāng)提升拉力上升至91t時(shí)，成功解卡，順利將卡死的油管懸掛器從井口提出。

4　結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)油井井口油管懸掛器黏卡情況復(fù)雜，解卡難易程度也不盡相同。在油管懸掛器卡死且井口整體松動(dòng)上移的情況下要實(shí)現(xiàn)解卡，常規(guī)解卡工藝無法實(shí)現(xiàn)，而套管千斤頂解卡技術(shù)對(duì)此井口解卡有很強(qiáng)的實(shí)用性。

2)通過有限元模型建模，對(duì)井口關(guān)鍵設(shè)備(封井器)進(jìn)行受壓狀態(tài)下應(yīng)力和形變分析，為解卡過程中能施加的最大允許提升拉力提供科學(xué)依據(jù)，確保了在解卡過程中封井器不會(huì)受到損壞。同時(shí)考慮提升管柱的安全拉升載荷以及井口底座的最大抗壓載荷，確保了解卡過程中各部件受力的安全性。

3)套管千斤頂解卡安全、高效實(shí)現(xiàn)復(fù)雜情況下的井口解卡，操作簡單，適用性強(qiáng)。

[1]閆建文，李勇，張為民，等.中國石油與BP聯(lián)合研究魯邁拉油田的實(shí)踐與感悟[J].石油科技論壇，2014，33(6)：36～41.

[2] 占煥校，冀成樓，崔可平，等.井下視像技術(shù)在魯邁拉油田大斜度井修井作業(yè)中的應(yīng)用[J].非常規(guī)油氣，2015,2(2)：64～68.

[3] 鄧飆，劉先煜，董江曼.八缸液壓同步舉升裝置的設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2004，32(4)：126～140.

[4] GB/T 10174-2006，鉆采和采油設(shè)備——鉆通設(shè)備[S].

[5] 陸璐，王輔忠，王照旭.有限元方法在金屬塑性成形中的應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報(bào)，2008，22(6)：87～91.

[6] 翟福寶，林新波，張質(zhì)良，等.有限元模擬在金屬塑性成形中的應(yīng)用[J].鍛壓機(jī)械，2000，3(5)：46～47.

[7] 杜平安.有限元網(wǎng)格劃分的基本原則[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2000，38(2)：34～36.

[編輯]帥群

2016-01-20

聶小康(1982-)，男，工程師，碩士生，從事油氣田井下作業(yè)技術(shù)工作，niexk.gwdc@cnpc.com.cn。

TE283

A

1673-1409(2016)26-0065-04

[引著格式]聶小康.套管千斤頂解卡技術(shù)在魯邁拉油田的應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2016,13(26):65～68.