修井作業(yè)中井控裝置試壓問題的研究與解決

□ 王國鋒 □ 陳雄濤 □ 田 軍 □ 侯俊耀 □ 毛亞偉 □ 賈 瑜

川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司 西安 710021

1 修井作業(yè)中井控裝置試壓現(xiàn)狀

油氣田開發(fā)作為生產(chǎn)安全隱患較多的一個行業(yè),井噴和井涌往往對油氣田開采帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡,特別是井下修井作業(yè)更是井控風(fēng)險(xiǎn)高發(fā)的一項(xiàng)作業(yè),修井作業(yè)是指石油鉆井或者后續(xù)油氣井維護(hù)的一種作業(yè),為了確保油氣井順利使用,而采取的維護(hù)保養(yǎng)措施,主要包括復(fù)雜打撈、油氣井套管修復(fù)、套管內(nèi)側(cè)鉆等。目前在修井作業(yè)的各個工序中,需要對封隔器和采油樹進(jìn)行反復(fù)拆除安裝,特別是對老井修井首次換裝井口的井,需要對井口大四通和液壓雙閘板防噴器進(jìn)行試壓檢驗(yàn),以達(dá)到消除安全隱患,確保試修工作安全順利進(jìn)行。

據(jù)統(tǒng)計(jì),2005年以前,國內(nèi)各大油、氣田在完井時大多采用上懸掛井口完井。在修井作業(yè)中,為了保證修井作業(yè)安全順利進(jìn)行,必須對井口及井控裝置進(jìn)行試壓,目前主要采用的試壓方法為手動打壓泵+皮碗封隔器組合。對于上懸掛井口完井的油氣井,需要將皮碗封隔器連接在油管懸掛器下方,與入井管柱連接在一起,下入井內(nèi),懸掛于井口吊卡上,僅對半封閘板進(jìn)行試壓。對于下懸掛井口完井的油氣井,則是將皮碗封隔器連接在油管懸掛器下方,與入井管柱連接在一起,下入井內(nèi),對半封閘板進(jìn)行試壓,再卸除提升短節(jié),對全封閘板和井口裝置進(jìn)行試壓。

手動打壓泵+皮碗封隔器的試壓方法在目前修井作業(yè)中的適用性越來越低,主要受兩方面制約。

第一,試壓裝置局限性。

皮碗封隔器依靠封隔器外徑與套管內(nèi)徑的過盈及壓差實(shí)現(xiàn)密封,修井作業(yè)時套管內(nèi)壁或多或少黏附有異物,會導(dǎo)致密封性變差,液體滲漏,試壓時無法穩(wěn)壓,一停泵壓力就下降,不符合Q/SY 02553—2018《井下作業(yè)井控技術(shù)規(guī)范》穩(wěn)壓10 min,壓降不超過0.7 MPa的要求。

手動試壓泵+皮碗封隔器是作業(yè)現(xiàn)場為了降低水泥車試壓的成本而采取的一種快捷的試壓方式,采用CY-1型手動試壓泵,其技術(shù)參數(shù)見表1。該試壓泵排量小,升壓緩慢,加上封隔器與套管之間的泄漏,無法穩(wěn)壓。對于油井,試壓至8 MPa～10 MPa,基本能滿足要求。對于氣井,試壓至25 MPa～35 MPa,或更高壓力,都無法滿足要求。

表1 CY-1型手動試壓泵技術(shù)參數(shù)

第二,試壓方法局限性。

水平井、超深井的試壓要求越來越高,皮碗封隔器自身具有密封性差、無法穩(wěn)壓的缺點(diǎn)。手動打壓泵+皮碗封隔器的試壓方法也不能滿足高壓井試壓的要求,。皮碗封隔器技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 皮碗封隔器技術(shù)參數(shù)

對于上懸掛井口完井的井,不能對全封閘板進(jìn)行試壓。

受上述因素制約,有必要研究一種新型的封隔器和試壓方法,從而滿足目前油氣井試壓的要求,保證修井作業(yè)井控安全。若能解決上述兩方面問題,則無論是高壓油氣井、低壓油氣井、上懸掛井口或者下懸掛井口完井的油氣井試壓問題,都可以得到解決。

2 設(shè)計(jì)方案

針對目前修井作業(yè)中井控裝置試壓面臨的兩方面問題,筆者提出帶孔提升短節(jié)+法蘭式懸掛器座+可控壓水力擴(kuò)張式試壓封隔器的試壓設(shè)計(jì)方案。

2.1 可控壓水力擴(kuò)張式試壓封隔器

針對皮碗封隔器依靠封隔器外徑與套管內(nèi)徑的過盈及壓差實(shí)現(xiàn)密封的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種可控壓水力擴(kuò)張式試壓封隔器,通過打壓,封隔器膠筒擴(kuò)張,與套管內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)密封,完成坐封,缷壓后,膠筒依然坐封,即可對井控裝置進(jìn)行試壓。該封隔器為整體結(jié)構(gòu),可懸掛50～80 t管柱懸重。封隔器膠筒采用K344型壓裂封隔器膠筒,能承受高壓。

封隔器主要由油管接箍、筒體、閥腔、連通孔、膠筒、下接頭、上壓帽、鋼球、彈簧組成,如圖1所示。試壓時,液壓通過打壓孔進(jìn)入帶孔提升短節(jié),聚壓后,壓力作用在鋼球上,壓縮彈簧,克服彈簧的阻力,進(jìn)入封隔器的內(nèi)腔,通過連通孔作用在膠筒上,膠筒擴(kuò)張,密封套管環(huán)空。停止打壓后,彈簧上頂鋼球,堵住缷壓通道,膠筒依然坐封。缷壓時,將手動缷壓桿插入提升短節(jié)內(nèi),手動缷壓桿的頂桿與鋼球接觸,擰緊一定圈數(shù)后,手動缷壓桿的頂桿下頂鋼球,下壓彈簧進(jìn)行緩慢缷壓,膠筒回收解封。封隔器技術(shù)參數(shù)見表3。

▲圖1 可控壓水力擴(kuò)張式試壓封隔器結(jié)構(gòu)

表3 可控壓水力擴(kuò)張式試壓封隔器技術(shù)參數(shù)

2.2 手動缷壓桿

可控壓水力擴(kuò)張式試壓封隔器在試壓結(jié)束后,封隔器內(nèi)腔充滿高壓,膠筒依然坐封,此時,需通過手動缷壓桿進(jìn)行缷壓,使封隔器解封。

手動缷壓桿主要由連接桿、接頭、頂針組成,如圖2所示。連接桿為空心鋼管,與接頭焊接,為接頭在進(jìn)行螺紋連接時傳遞扭矩。接頭為油管公螺紋,缷壓時與封隔器的油管接箍的母螺紋連接,為頂針提供下壓力。頂針為錐形結(jié)構(gòu),其下端的錐形下頂閥腔內(nèi)的鋼球,使得鋼球下壓彈簧,產(chǎn)生缷壓通道。

▲圖2 手動缷壓桿結(jié)構(gòu)

缷壓時,將手動缷壓桿插入帶孔提升短節(jié)內(nèi),緩慢右旋,手動缷壓桿的頂桿與鋼球接觸。擰緊一定圈數(shù)后,手動缷壓桿的頂桿下頂鋼球,鋼球下壓彈簧,缷壓通道打開,進(jìn)行緩慢缷壓,膠筒靠自身彈力回收解封。

2.3 帶孔提升短節(jié)

帶孔提升短節(jié)主要由上接頭、打壓孔、本體、下接頭等組成,如圖3所示。下接頭為油管公螺紋,連接在油管懸掛器上,上提或下放管柱。坐封時,在打壓泵與封隔器之間形成供液通道,液壓從打壓孔進(jìn)入,作用于封隔器上,實(shí)現(xiàn)封隔器的坐封。試壓時,關(guān)閉半封閘板,半封閘板環(huán)抱帶孔提升短節(jié),實(shí)現(xiàn)對半封閘板進(jìn)行試壓。

▲圖3 帶孔提升短節(jié)結(jié)構(gòu)

2.4 法蘭式懸掛器座

法蘭式懸掛器座主要用于上懸掛完井的油氣井,可將井內(nèi)管柱連接在油管懸掛器上,將油管懸掛器座落在法蘭式懸掛器座上,主要解決對全封閘板的試壓問題。

法蘭式懸掛器座主要由法蘭盤、座落臺階、帶旁通懸掛器等組成,如圖4所示。法蘭式懸掛器座安裝在井口大四通與液壓雙閘板防噴器之間,當(dāng)試壓封隔器下至預(yù)定位置時,油管懸掛器座落在法蘭式懸掛器座上,懸吊住井內(nèi)鉆具。試壓半封閘板和全封閘板時,液壓通過懸掛器的旁通進(jìn)入井內(nèi),實(shí)現(xiàn)對半封閘板和全封閘板的試壓。

▲圖4 法蘭式懸掛器座結(jié)構(gòu)

3 可控壓水力擴(kuò)張式試壓封隔器試壓方法

針對上懸掛井口完井的油氣井無法對防噴器的全封閘板進(jìn)行試壓的問題,筆者設(shè)計(jì)一種法蘭式懸掛器座,將上懸掛井口轉(zhuǎn)換為下懸掛井口,在不改變井口裝置的情況下,極大簡化了試壓流程。

將試壓封隔器下至套管頭以下0.5～1.0 m,安裝法蘭式懸掛器座,將油管旋塞安裝于帶孔提升短節(jié)上,關(guān)閉油管旋塞。

通過帶孔提升短節(jié)注入壓力,壓力克服彈簧阻力,試壓封隔器坐封,對油管旋塞試壓。關(guān)閉半封閘板,從井口大四通閘門注入壓力,對套管頭、井口大四通及半封閘板進(jìn)行試壓。缷除帶孔提升短節(jié)壓力,拆下提升短節(jié),關(guān)閉防噴器全封閘板,從套放閘門注入壓力,對防噴器全封閘板進(jìn)行試壓。

用手動缷壓桿泄除封隔器壓力,封隔器解封。

帶孔提升短節(jié)+法蘭式懸掛器座+可控壓水力擴(kuò)張式試壓封隔器的試壓方法不僅解決了皮碗封隔器自身密封性差、穩(wěn)壓效果差的問題,而且解決了不同類型井口井控裝置試壓的難題,極大地滿足了不同類型油氣井的試壓要求,保證修井作業(yè)井控安全。

4 結(jié)束語

針對手動打壓泵+皮碗封隔器試壓方法存在的局限性,筆者設(shè)計(jì)了帶孔提升短節(jié)+法蘭式懸掛器座+可控壓水力擴(kuò)張式試壓封隔器的試壓方法,可有效解決老井修井作業(yè)時不同類型油氣井對套管頭、井口大四通及防噴器全封閘板無法試壓的難題。

可控壓水力擴(kuò)張式試壓封隔器為整體結(jié)構(gòu),可承受70 MPa高壓,缷壓后不自動解封,一次坐封即可完成對半封閘板、全封閘板、井口大四通及套管頭的試壓工作。

帶孔提升短節(jié)+法蘭式懸掛器座+可控壓水力擴(kuò)張式試壓封隔器的試壓方法簡化了修井作業(yè)試壓流程,提高了作業(yè)效率,保證了修井作業(yè)的安全可靠。