通過質量攻關提高礫石充填完井篩管打撈成功率的方法研究

劉言理，王曉軒，曲慶利，王曉梅，楊延征，孫景濤，李海偉

1.中國石油大港油田分公司 石油工程研究院 (天津 300280）2.中國石油大港油田分公司 第五采油廠 (天津 300280）3.中國石油大港油田分公司 第四采油廠（灘海開發公司）（天津 300280）

0 引言

目前大港油田已進入開發中后期，部分礫石充填完井篩管失效的水平井急需治理，特別是灘海區塊一號島，目前已無新井位，需利用老井進行篩管打撈，然后實施二次完井。對于采用套管射孔懸掛篩管完井的油井，當篩管失效后，需要將篩管打撈出井筒，重新下入新的篩管防砂完井。油井長時間生產后，篩管和套管環空之間會堆滿地層砂和充填砂，很多情況下在打撈篩管的過程中這些環空砂會卡住篩管，導致打撈失敗，被迫棄置油井。

大港油田灘海區塊近4年的平均篩管打撈成功率為57.7%，嚴重制約了油井的后期開發增產，急需對配套打撈工藝及配套工具進行研究優化，提高礫石充填完井篩管打撈成功率。為此開展了質量攻關活動[1-3]。

1 現狀調查與目標設定

1.1 完井管柱結構

礫石充填完井管柱結構如圖1所示。

圖1 礫石充填完井管柱結構

1.2 打撈管柱結構

打撈管柱結構如圖2所示。

圖2 打撈管柱結構

1.3 打撈工序

礫石充填完井篩管打撈工序如下：

1）施工準備。向井筒內擠入一定量清水，關井擴散壓力，使篩套環空間的砂子變得松散。

2）通井洗井。下入底帶橄欖型通井規、試壓球座、泄油器，將通井管柱通井至懸掛器頂部，到位后調整成洗井管柱。反循環洗井，水泥車大排量洗井直至進出口液體一致。

3）套銑。下入套銑筒對篩套環空進行套銑，清除篩套之間的雜質、泥沙。

4）內沖砂。下入底帶沖管的內沖砂管柱內沖至篩管末端的絲堵位置，將防砂管柱內的雜質沖洗干凈。

5）篩套環空分段封隔沖洗。管柱結構為封隔沖砂裝置+沖管+變扣外加厚油管至井口。進行反循環沖砂作業，自上而下分段大排量反沖篩管外雜質，沖洗至出口無砂為止，起出分段封隔沖洗管柱。

6）下打撈管柱進行打撈篩管作業。撈矛到達魚頂后下壓20 kN，上提管柱增加21 kN后懸重突降至原懸重，懸掛器解封成功，起出打撈管柱。

2014—2017年，對防砂管撈取施工次數進行了統計，平均成功率為57.7%（圖3）。從整體來看，撈取成功率呈逐年穩步提升的趨勢，其中2014年撈取成功率僅為50%，2017 年撈取成功率提高到了62.5%，達到了歷年最佳水平。

通過統計發現，撈取井型中244.5mm（9.625″）套管 32 井次，177.8mm（7″）套管 32 井次，139.7 mm（5.5″）套管98 井次。139.7 mm（5.5″）套管井型撈取是近年主要的撈取井型，占比最大（占總次數比64.47%），但撈取成功率只有47.96%，低于要求的75%。如果能提高主要撈取井型的撈取成功率，就能提高全年整體平均撈取成功率。

圖3 2014—2017年篩管打撈成功率

完井篩管打撈成功率低，嚴重制約了油井的后期開發增產，同時多次重復撈取大大增加了成本。為提高礫石充填完井篩管打撈成功率，成立了質量攻關小組，攻關小組通過對影響因素進行分析，確定了要因并進行改進，提升打撈成功率、降低成本。對影響礫石充填完井篩管打撈成功率的主要原因進行了分析統計[4-6]，見表1。

表1 影響礫石充填完井篩管打撈成功率的因素統計

由表1 可以看出，影響礫石充填完井篩管打撈成功率的主要因素是“撈矛拔脫”，占79.69%，說明這是重點改進的不良因素[7]。小組成員經討論分析，認為有把握解決“撈矛拔脫”的問題，這樣失效防砂管撈取成功率將達到75%。因此，小組將完井篩管打撈成功率目標設定為75%。

2 原因分析與確認

小組成功開展頭腦風暴會議，運用關聯圖法分析末端因素。針對造成“撈矛拔脫”問題進行討論，通過人、機、料、法、環進行逐項分析，找出了10條末端因素，如圖4 所示。針對末端因素進行分析得到要因，確認安全接頭拔斷力大、沖砂工具設計不合理、撈矛牙強度低及套、銑筒尺寸不合理等要因與非要因，具體見表2。

3 對策制定及實施情況

3.1 對策制定

小組針對主要原因進行了不同的對策方案分析，對每種方案的可靠性、經濟性、適用性、操作性進行論證，并給出了最終的選擇方案。

3.2 實施情況

圖4 確定末端因素關聯圖

表2 要因確認表

1）調整剪釘直徑、個數、材質。在水平井打撈過程中，管柱摩擦阻力較大，為降低打撈過程中的管柱懸重，需將安全接頭拔斷力降低至30 kN 以內。常規的安全接頭剪釘材質為45#鋼，剪釘直徑8 mm，個數6 個，安全接頭拔斷力95 kN；優化后的安全接頭剪釘材質為黃銅，剪釘直徑6 mm，個數4個，安全接頭拔斷力21 kN，最終實現安全接頭順利拔斷（圖5）。2）設計皮碗沖砂工具。針對沖砂工具設計不合理的問題，研發了皮碗封隔沖砂工具（圖6），皮碗個數為4個，確保沖砂施工安全可靠。原沖

圖5 調整前后對比圖

砂管柱沒有設計沖砂皮碗，無法對篩套環空的雜質和細粉砂分段沖洗；優化后的沖砂管串在沖砂工具外部設計了沖砂皮碗，沖砂皮碗將篩管分隔成多段，在篩套環空和沖砂工具內嵌建立了循環通道。

圖6 沖砂工具改善前后對比圖

3）撈矛牙采用高強度材料。針對撈矛牙強度低的問題，對不同類型鋼材進行參數對比優選，加工新型撈矛牙并進行現場應用試驗。優選了高強度撈矛牙材料42CrMo，改善后強度達到了1 080 MPa，并對撈矛結構進行了優化設計，如圖7所示。

圖7 撈矛牙改善前后對比圖

4）套銑筒改善前后對比。針對套銑筒尺寸不合理的問題，重新設計繪制新型套銑筒結構圖紙，送專家評審后加工樣件，并進行現場應用。新套銑筒長度10 m，壁厚5 mm，如圖8 所示。套銑筒加長至10 m后可以將整根篩管（9.5 m）完全套住，確保篩套打撈過程中有足夠的徑向活動空間；同時套銑筒優化為5 mm后變薄，更容易進入篩套環空進行套銑作業。

圖8 套銑筒尺寸改善前后對比圖

4 實施效果

本次質量攻關活動共實施礫石充填完井篩管打撈38井次，成功撈取31井次，7井次未成功，失效防砂管撈取成功率達到81.6%，比實施前平均值提高了23.9%，并且高出目標值75%。小組實現了將礫石充填完井篩管打撈成功率由57.7%提高到75%的預期目標值。小組質量攻關活動取得了良好的應用效果，創造的經濟效益：即節約打撈成本=鞏固期實施井次×(鞏固期應用成功率-實施前應用成功率)×(施工作業成本+工具費用)=12×（83.3%-57.7%）×13.0萬元=37.3萬元。

5 結束語

通過開展質量攻關活動，達到了提高礫石充填完井篩管打撈成功率的目的，研制了新型的安全接頭，優化設計了沖砂工具，設計了高強度的撈矛牙并優化了撈矛結構，優化了套銑筒尺寸，確保了現場礫石充填完井篩管打撈應用效果和施工成功率，為大港油田提質增效、高產穩產提供了強有力的技術支撐。