無臺階試井儀器打撈器研制及應用

王玉根， 汪 敏， 鄭 輝， 汪琛又， 鄭 永， 許紹俊

(川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院)

在試井測試過程中，隨著油氣田開發(fā)、油氣水井生產(chǎn)時間的延長，油氣水井井下狀況越來越復雜，儀器串與油管內(nèi)壁碰撞、鋼絲的彈性震動、起下速度的變化引起的振動使螺紋松動，以及在腐蝕性地層介質(zhì)的長期作用下，會造成儀器串的斷脫掉入井內(nèi)，發(fā)生儀器串落井事故后，需要進行打撈，相應對打撈工藝和打撈工具技術(shù)要求越來越高，由于圓柱形儀器外表光滑，硬度大，對打撈工具的綜合功能的要求尤為顯著[1]。

近年來，隨著修井技術(shù)的不斷進步，針對井下落物打撈的研究不斷深入和細化，打撈工具不斷革新改進，研發(fā)出了一系列打撈落物的工具以及較成熟打撈方法，同時新的打撈工具和工藝不斷涌現(xiàn)，比如開放式開窗撈筒打撈器[2]，針對細小光桿落物的打撈工具[3]。但通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前，國內(nèi)外油氣田現(xiàn)場針對鋼絲試井中常用的加重桿等光滑的無臺階落物尚無專用打撈工具，參考相關(guān)的研究成果[4-7]，研制了針對光滑的無臺階落物的專用工具。

一、現(xiàn)有打撈工具存在的問題

目前常用的卡瓦打撈器由上接頭、主體、卡瓦、彈簧、引鞋組成(如圖1所示)，打撈作業(yè)時，依靠工具串(繩帽+加重桿+震擊器+打撈工具)的慣性力，卡瓦抓取井下落物的繩帽臺階而將落物撈出。對于打撈光桿圓柱形落物，這種打撈器引鞋錐度孔上端無圓柱形內(nèi)腔扶正，斷脫儀器串圓柱形端部很難進入打撈器內(nèi)；分體式的卡瓦靠縱向拼接在一個筒體內(nèi)來卡住被撈落物，咬緊力小，即使勉強卡住，抓取力量不穩(wěn)定，在較長的提升過程中存在中途掉落，致使打撈失敗，一旦打撈失敗，必然造成井底與產(chǎn)層無法正常溝通，直接影響油氣田經(jīng)濟效益的提高。

圖1 卡瓦打撈器三維結(jié)構(gòu)圖

二、無臺階試井儀器打撈工具研制

1.工具結(jié)構(gòu)

新型打撈工具主要在現(xiàn)有卡瓦打撈工具的基礎上加以改進，其設計思路是利用牙塊在楔形空間中單向自由、反向咬緊的結(jié)構(gòu)原理將打撈器與井下斷脫儀器串鎖緊，可把落物順利打撈出井，解決了施工過程中落物不易進入打撈器、牙塊不復位、難打撈等問題，其結(jié)構(gòu)如圖2。

主體上下端設有內(nèi)螺紋，外壁為圓柱面，內(nèi)帶有錐度通孔，靠近引鞋端孔徑小，略大于斷脫儀器串外徑，沿錐壁軸向均布開有三個圓形導軌槽，牙塊沿圓形導軌槽移動，上移其徑向增大使落物進入，下移其徑向減小抓住落物。

牙塊由硬質(zhì)合金材料制成，牙塊凹面上部有圓弧面，與被打撈儀器串外表面相吻合，弧面設網(wǎng)狀均分布細齒，凹面底部為錐面，錐度與引鞋下孔錐度相吻合，便于斷脫儀器串上端引入圓弧面。

牙塊凸面縱向設有與圓形導軌槽相吻合的圓形導軌，圓形導軌中心線與牙塊的凹面上端弧面中心線呈一定角度布置，其夾角等于錐孔中心線與錐面的夾角，三個牙塊組成一個圓后其前端呈喇叭形，上部直圓直徑等于斷脫儀器串外徑；牙塊在主體內(nèi)移動，凹面上部圓弧面的圓心始終保持在本體中心線上。

牙塊的上端裝有彈簧，始終給牙塊一個向下的推力牢牢抓住儀器串。

擋圈中心設通孔，孔徑小于主體上錐孔，大于主體下錐孔，外徑略小于主體上端內(nèi)扣直徑，外沿上120°均布有3個圓弧形凸形形狀，凸形形狀與主體上端的導軌槽的弧度相吻合，厚度略小于或等于主體上端螺母的深度與上接頭下端外螺紋長度之差。

引鞋為圓環(huán)體，有較長的圓柱形頸部，外圓直徑略小于油管內(nèi)徑5 mm，空腔上部為圓柱形，空腔下部為倒錐形，內(nèi)錐面的錐度在20°～40°之間，外圓柱面上有螺紋，圓柱形空腔的直徑等于錐形空腔小直徑，圓柱形空腔的直徑略大于斷脫儀器串外徑，便于斷脫的儀器串進入，起二級扶正作用。

圖2 無臺階試井儀器打撈器3D設計圖

2.工作原理

基于物體在楔形空間中單向自由、反向咬緊的結(jié)構(gòu)原理，打撈時，在重力作用下將無臺階試井儀器串打撈器放入井內(nèi)，當達到預計井深時，減速下放鋼絲，打撈器前端內(nèi)側(cè)的錐度孔先接觸儀器串上端，由于引鞋前端是錐度孔，外側(cè)有臺階，使錐度孔前端直徑幾乎接近油管的內(nèi)徑，同時引鞋下端口部外沿倒角3×30°，避免下放過程中與油管內(nèi)壁臺階碰撞，即使斷脫儀器串上端的位置很偏，也都會被罩在錐度孔內(nèi)。引鞋前端的錐度孔會使斷脫儀器串順著錐度孔壁向上經(jīng)過圓柱形空腔逐漸被扶正，使斷脫儀器串的頂面對準三個牙塊凹面下部內(nèi)錐面，斜向推開三個牙塊，壓縮三個彈簧上移，改變?nèi)齻€牙塊組成一個圓的上端內(nèi)圓的直徑，當牙塊向上滑動到徑向上大于儀器串直徑時，儀器串上端外壁觸及牙塊齒形面，儀器串頂部穿過三個牙塊進入本體內(nèi)，三個牙塊在重力和彈簧推力作用下沿圓形導軌槽下移緊貼儀器串外壁，上提時，靠牙塊與斷脫儀器串上部外壁摩擦力將其緊緊撈住，即可將斷脫儀器串打撈出井口，從而實現(xiàn)了打撈一次完成。

3.加工工藝要求及性能參數(shù)

無臺階試井儀器打撈器上接頭、主體、彈簧、引鞋、擋圈材料選用316 L不銹鋼，螺紋加工保證其加工精度；彈簧有足夠的彈性；牙塊選用Cr12硬質(zhì)合金材質(zhì)進行淬火處理再進行精加工成形，表面還經(jīng)防腐處理。牙塊硬度大于目前常用試井儀器外殼硬度，提高了打撈成功的可能性。

無臺階試井儀器打撈工具最大外徑 50 mm，可以實現(xiàn)對?73 mm 油管內(nèi)落井光桿儀器有效打撈。

三、現(xiàn)場應用

2017年6月，在H-001-X2井進行產(chǎn)能試井測試期間，由于產(chǎn)量及壓力均較高，發(fā)生儀器脫扣事故，井下落魚結(jié)構(gòu)為：?31.8 mm×0.6 m的壓力計兩支串聯(lián)，魚頂上端?19.05 mm-16UNF外螺紋長20 mm。打撈作業(yè)是難度和風險都很大的作業(yè)，因此，從打撈作業(yè)前的思想、技術(shù)準備、方案確定方面做了大量的工作，依據(jù)錐面增力原理采用的打撈工具結(jié)構(gòu)由上至下為：?38 mm×0.15 m繩帽+?38 mm×2.44 m加重桿+?38 mm×0.86 m關(guān)節(jié)接頭+?38 mm×0.61 m加重桿+?38 mm×0.76 m機械震擊器+?38 mm×199 mm安全接頭+?53 mm×0.185 m無臺階試井儀器打撈器，用鋼絲沿井壁送入井下進行打撈，落井儀器引入打撈器內(nèi)腔，主體內(nèi)腔呈錐面設計，上提打撈器時，沿主體錐面軸向均布開設的三個有自鎖角度的圓形導軌槽，制約牙塊沿圓形導軌槽向下移動，筒體便給牙塊以大而均勻的夾持力，增強了打撈落物的可靠性，牙塊內(nèi)縮夾緊落魚魚頂井深4 568 m，井斜44.6°，井口壓力26.316 MPa，工具串總重量20.1 kg，工具串下到魚頂前100 m上起工具串進行張力測試為1.90 kN，打撈器撈獲后上起張力升至2.09 kN，為期不到1 d的時間打撈一次成功。

無臺階試井儀器打撈工具針對現(xiàn)場實際需求，在傳統(tǒng)的卡瓦式打撈工具的基礎上，有大的創(chuàng)新和發(fā)展，為生產(chǎn)一線解決了實際問題，在川渝油氣田處理3次井下事故，達到打撈成功率100%，降低了勞動強度，杜絕井下事故套事故的情況發(fā)生，經(jīng)濟效益及社會效益顯著，具有推廣價值。

四、結(jié)論

(1)經(jīng)過多次室內(nèi)試驗及現(xiàn)場應用，無臺階試井儀器打撈工具能夠有效打撈起井下光桿狀試井儀器。

(2)無臺階試井儀器打撈工具有效提高了落井光桿儀器打撈成功率，縮短了打撈作業(yè)時間，節(jié)約了打撈費用，減少油氣井井下復雜，便于油氣井后期生產(chǎn)及維護，延長油氣井生產(chǎn)時間。

(3)無臺階試井儀器打撈工具操作方便、結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定、易于加工， 打撈成功后可重新投入使用，解決了落井光桿儀器打撈的難題，減小儀器落井的損失。