鋼絲投撈自平衡堵塞器的研制和應用研究

柏小軍

中法渤海地質服務有限公司

鋼絲投撈自平衡堵塞器的研制和應用研究

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本文介紹了鋼絲投撈自平衡堵塞器的研究背景，闡述鋼絲投撈自平衡堵塞器結構原理，對鋼絲投撈自平衡堵塞器的現場應用進行了深入探討與研究，以供參考。

鋼絲投撈；自平衡堵塞器；研制；應用

前言

傳統鋼絲投堵工藝的堵塞器為實心工具，投堵打壓，封隔器坐封后，堵塞器上下存在壓差，壓差會將堵塞器壓在坐落接頭上，鋼絲無法將堵塞器順利提離坐落短節(球座)。為了解決這一難題，設計自平衡堵塞器，通過油管內打壓，建立聯通堵塞器上下的通道，消除壓差作用，確保鋼絲順利提出。

1 鋼絲投撈自平衡堵塞器的研究背景

在深井甚至超深井完井作業中，完井管柱中要求兩個液壓坐封的封隔器，上部套管封隔器需投球，打壓坐封；下部裸眼封隔器是后期酸壓過程中通過控制排量，通過節流器節流坐封。因傳統的投球球座有球(座)落井(球直徑一般大于節流器內徑)，故無法實現兩個封隔器坐封的施工。鋼絲投堵堵塞器是采用鋼絲下入堵塞器實現坐封套管封隔器，其與傳統投球坐封方式相比，無鋼球和球座落井，不影響封隔器下完井工具(裸眼封隔器)的正常使用，可以實現兩個封隔器分別坐封。

傳統的鋼絲投堵堵塞器工藝所采用的堵塞器為實心工具，投堵后堵塞器承受向下壓力F，取堵塞器時泄油壓至0，故堵塞器上部壓強為液柱壓力；

2 鋼絲投撈自平衡堵塞器結構原理

2.1 結構

自平衡堵塞器由和尚頭、中心桿、密封鋼球、內塞堵和導向頭構成，結構見圖1。

圖1 鋼絲投撈自平衡堵塞器結構圖

(1)和尚頭。和尚頭是和中心桿上端的實心圓球，鋼絲作業其他工具串(例如加重桿)的下端有特定的部位與其相連，從而實現鋼絲與自平衡堵塞器的連接。

(2)中心桿。中心桿由與和尚頭相接的實心圓桿和帶有螺紋的厚壁圓筒兩部分組成，厚壁圓筒上端凸起處對稱開兩個上傳壓孔；厚壁圓筒下端對稱開兩個下傳壓孔。

(3)密封鋼球。密封鋼球為打孔鋼球，密封鋼球穿入中心桿且能在中心桿上傳壓孔的凸起和導向頭間上下移動。密封鋼球的下部與球座內壁擠壓后可以實現金屬密封。

(4)塞堵和銷釘。塞堵通過銷釘安裝在中心桿厚壁圓筒處，將下傳壓孔堵塞。

2.2 工作原理

設定自平衡堵塞器的內堵塞銷釘剪切壓力值大于封隔器坐封壓力值，當堵塞器密封鋼球存在上下壓差，鋼絲無法將堵塞器提離球座時，通過油管內打壓剪斷中心桿內堵塞銷釘，內塞堵下行，溝通密封鋼球上下傳壓孔，平衡密封鋼球上下壓差。

2.3 工藝流程及技術特點

①將鋼絲投撈自平衡堵塞器通過和尚頭連接在鋼絲工具串上；②送放鋼絲將鋼絲投撈自平衡堵塞器下放到球座位置，油管打壓，自平衡堵塞器與球座形成金屬密封，坐封封隔器；③驗封封隔器成功后，油管泄壓，將鋼絲和自平衡堵塞器提出井口；④若鋼絲上提堵塞器困難，井口打壓(打壓值高于封隔器坐封時打壓值)，剪斷自平衡堵塞器銷釘，平衡堵塞器上下壓力；⑤將鋼絲和自平衡堵塞器提出井口。

3 鋼絲投撈自平衡堵塞器的現場應用

鋼絲投撈自平衡堵塞器經過室內模擬實驗，各項指標均到設計要求后，在TK915-10、TP145CH等4口井開展了現場應用試驗，在4井次施工作業中，自平衡堵塞器均順利入井，成功完成封隔器坐、驗封作業。TK915-10井坐封完后，上提張力300kg，正常上提，未進行再次井口打壓剪斷自平衡堵塞器作業。下面以TP145CH井為例，描述鋼絲投撈自平衡堵塞器現場應用。

TP145CH井為托甫臺奧陶系一口開發井，地層微漏，井口打壓2MPa，壓降1MPa/10min。該井的完井方式為酸壓完井，采用“水力錨＋PHP套管液壓封隔器(6218.83m)+K344裸眼封隔器(6633.15m)”套裸雙封完井管柱，完井井段為6633.15-7029.00m。完井管柱下到位、拆換井口后，用3.0mm鋼絲進行投堵作業，本井自平衡堵塞器堵塞設置銷釘4顆，單顆剪切值8MPa，投堵工具串下深至6217.5m時，張力由4143N下降至3998N，確定投堵器到達目的深度，逐級正打壓4-8-12-16-20-22MPa，各穩壓3min，打壓至25MPa，穩壓10min，坐封封隔器，泄油壓至0MPa。環空打壓15MPa，穩壓15min，驗證封隔器坐封成功。

坐驗封封隔器合格后，上提自平衡堵塞器，最大上提至5880N未能提動，判斷堵塞器上下可能存在壓差，可計算堵塞器上下壓差：ΔP=ρhg-Pdown=(5880-4341)*4/π/0.0552=0.65*106Pa=0.65MPa

由計算可得，由于地層微漏，堵塞器下部壓力降低0.68MPa，造成堵塞器無法順利上提。

為聯通堵塞器上下部壓力，需要擊落自平衡堵塞器堵塞，現場油管打壓至31.5MPa，壓力突降至12MPa，判斷擊落自平衡堵塞器堵塞，正擠油田水1.5m3，油壓12↑15MPa，環空不返液，正驗封合格。泄油套壓后再次上提，張力4870N，自平衡堵塞器順利上提至井口。

4口井在后期酸壓過程中完井工具均正常工作，酸壓均一次成功，表明鋼絲投撈自平衡堵塞器工藝應用效果良好。

4 結束語

綜上所述，鋼絲投撈自平衡堵塞器可解決由于地層存在漏失，壓差用在堵塞器上使其無法提出的問題，提高作業成功率，并且其性能可靠。堵塞器上下存在壓差時，油管打壓，擊落自平衡堵塞器堵塞的方法快捷方便，規避剪鋼絲、壓井、起管柱帶來的巨大風險與損失。

[1]鮑煦鋒.鋼絲投堵式油管堵塞器[J].科技與企業，2013，14：287.

[2]宣士奇，劉海龍，華剛，王子磊.鋼絲投堵式油管堵塞器[J].石油機械，2011，S1：65-66.