防返吐保壓候凝擠堵封井管柱的研制

0擠堵封井管柱低滲非均質注水開發進入中后期開發階段，高滲主力油層基本被洪水淹沒，所有油田的綜合含水量和生產能力自然降低。油井底部斷面高壓封水，主要防止關閉，關閉及變形封路及相對獨立封路。這是老油田穩定發展的主要措施。關閉井應充滿天然氣。目前各油田絕大部分擠堵封井施工使用光油管擠注管柱,也有部分油田使用單封保護上層擠堵下層擠堵封井管柱,這2種擠堵封井管柱在油田堵水堵漏、封井側鉆和油層剖面改造等穩產措施中取得了一定的效果,目前仍在使用且發揮著積極的作用。但是隨著油田的開發進程,老油田對擠堵封竄管柱要求更加苛刻。對于套損、套竄嚴重的井,采用上述2種擠堵封井管柱無法控制堵劑的去向,若候凝時間掌握不好,在起鉆時可能出現堵劑返吐,擠堵效果差,同時可能會污染保護層;若不能及時起出管柱則可能出現堵劑凝固,管柱工具無法起出而造成事故。基于上述問題,中原油田分公司采油工程技術研究院于2007年研制成功一種能夠實現擠完堵劑立即起鉆即可阻斷目的層防返吐保壓候凝擠堵封井管柱。該管柱由可鉆插管封隔器和井下機械開關組成,能夠實現封隔器下入、坐封、丟手以及堵劑擠入一趟管柱完成,完成堵劑頂替就立即起管柱且堵劑不會返吐,滿足地層高壓擠堵劑和帶壓起鉆不返吐的施工要求,達到封堵地層、填充井眼的目的。現場試驗8口井,施工成功率100%,該擠堵封井管柱能夠保證擠堵封井措施的安全有效施工,可為擠堵下層和報廢井眼填充封井提供完善的技術支持。1技術分析1.1凝擠堵封井管柱圖2防返吐保壓候凝擠堵封井管柱如圖1所示。擠注管左端是油管連接螺紋,外圓表面有密封圈組,中部有坐封傳壓孔,右端有鎖塊方孔組和公制連接螺紋;心軸中部外表面有鋸齒形鎖扣,右端有傳壓孔和公制連接螺紋;剪切球座外圓有密封圈和環形剪釘槽;推拉桿左端是公制連接螺紋,中部有流體排出孔組,右端外圓有一環形推拉凸臺,密封活塞左端有彈性鎖爪、液體流通槽,外圓表面有密封圈組,右端有縮徑內凸臺;開關主體為盲孔,左端是公制螺紋,螺紋末端有環形擴孔槽,中部有均布的4個徑向出液孔。心軸套擠注管上正好使其右端的傳壓孔在同一橫截面上,同時密封圈組密封其配合間隙;卡瓦組件、錐體、膠筒保護環、膠筒密封組件、鎖環套、鎖環和坐封活塞依次套在心軸上;活塞座套在擠注管右端,并與心軸公制螺紋連接;鎖塊組從擠注管的右端中心孔由里向外安裝在鎖塊方孔組內,再從擠注管的右端中心孔裝入剪切球座,正好限制了鎖塊組的軸向移動并上好坐封力控制剪釘,同時鎖塊組限定了活塞座和擠注管的相對位置形成一個整體;推拉桿螺紋連接在擠注管的右端;將密封活塞裝入開關主體內,從推拉桿右端套入,并使開關主體與活塞座下端螺紋連接組成防返吐保壓候凝擠堵封井管柱;施工時從井口投入鋼球即可。1.2膠筒密封壓壓頂出孔工具的使用施工時將該管柱的擠注管接于油管下端并下到設計位置,密封鋼球在施工時從井口投入密封管柱,從井口加壓坐封活塞推動鎖環套相對心軸上行,使膠筒密封組件軸向壓縮徑向擴大密封油套環空、卡瓦組件徑向開裂沿錐體向外擴張卡在套管內壁上,鎖環沿心軸上行鎖定在心軸中部外表面的鋸齒形鎖扣上,使膠筒密封組件、卡瓦組件、鎖定組件以及心軸形成一個整體,錨定在套管內壁并且密封油套環空。提高壓力使坐封力控制剪釘剪斷,剪切球座、密封鋼球下移到推拉桿內孔的最下端,打開流體通道,同時鎖塊組失鎖。流體通過推拉桿中部流體排出孔組、密封活塞上端的液體流通槽以及開關主體中部有徑向出液側孔組進入地層完成擠注頂替。上提油管使推拉桿上行掛在密封活塞上端的卡簧鎖爪上,并帶動密封活塞同步上行使其外圓表面密封圈組密封在開關主體中部的徑向出液側孔組的兩邊,同時密封活塞上端的卡彈性鎖爪上行到開關主體螺紋末端的環形擴孔槽內,其上行遇阻徑向擴張,與提掛頭脫離,工具丟手起出油管,完成擠注起鉆關閉保壓候凝全過程。如果需要打開時,下放管柱,提掛頭推動密封活塞下端的縮徑內凸臺再次打開,開關是沒有次數限制的。該工具用于擠堵調剖,需要鉆塞完成后期處理,同時該擠堵管柱可用于壓裂酸化,如果用于壓裂酸化則通過套銑撈取即可完成處理。1.3外接螺紋、干擾外徑:112mm;長度:800mm;外接螺紋:73mm(278(278英寸)TBG;耐壓:60MPa;耐溫:150℃;下入深度:小于4000m。1.4封隔器及開關(1)該擠堵封竄管柱能夠使機械投送坐封丟手、擠入堵劑、開關關閉一趟完成,實現帶壓起鉆不返吐;(2)中心管和封隔器及開關采用鎖塊連接,剪切球座控制,打開通道卸壓即可實現井下工具丟手,使坐封丟手簡單順利可靠;(3)封隔器及密封開關全部采用可鉆材料,并設計了防轉機構,后期處理后井下不留落物;(4)開關采用彈性爪式結構,并設計了液壓平衡功能,其開、關動作完全是通過上提管柱強制性完成,關閉可靠,同時完成開關動作時無需克服地層壓力。2內部測試2.1試驗設備和工具試驗設備及工具包括專用試驗套管短節、電動試壓泵、井下工具試驗臺、液壓拉拔試驗機、管鉗和行吊等。2.2模仿壓力試驗及抗內壓試驗(1)坐封試驗,防返吐保壓候凝擠堵封井管柱整體放入專用試驗套管短節內直立固定,投球并在擠注管上連接試壓接頭及試壓泵加壓到工具坐封丟手,完成坐封試驗;(2)模仿擠注壓力試驗及抗內壓試驗,工具兩端固定在液壓拉拔試驗機上,繼續加壓達到設計的耐壓指標,完成模仿擠注壓力試驗及抗內壓試驗;(3)開關關閉及打開所需的作用力試驗,工具兩端固定在液壓拉拔試驗機上,用拉拔機拉擠注管使密封開關打開、再推入,使密封開關關閉完成開關所需的作用力試驗;(4)模仿密封地層壓力試驗,在開關關閉的狀態下,從套管接泵加壓達到設計壓力指標即可;(5)管柱卡瓦卡定力試驗,拉拔機推管柱達到現場使用要求。2.3坐封試驗結果經過多次室內試驗,該防返吐保壓候凝擠堵封井管柱坐封卡瓦爆裂壓力為8.0MPa時,坐封丟手壓力20.0MPa,擠注壓差及抗內壓試驗60.0MPa,開關關閉后套管試壓50.0MPa,開關關閉及打開所需的推拉作用力11.4～12.8kN,卡瓦錨定力試驗508.60kN,整個坐封試壓過程管柱不刺不漏,卡瓦未松動,室內試驗結果達到設計標準,滿足現場施工要求。3井底壓力施工情況該防返吐保壓候凝擠堵封井管柱從2008年8月—2009年10月共試驗8口井,現場試驗結果見表1。現場試驗數據中,下井最深為文13-423井,深度為3349m;施工壓力最高為文209-7井,其施工壓力為41MPa,8口井均完成擠堵封井施工,起鉆時起到了關閉封堵層、帶壓起鉆不返土和保壓候凝的作用,達到施工目的。現場試驗表明,該管柱能夠用于油水井下部層段堵水堵漏主層上返歸位、封堵地層側鉆更新套管和報廢井眼填充封井等措施施工中,滿足高壓擠堵封竄和帶壓起鉆不返吐的施工要求,為老油田擠堵封井工藝提供了技術支撐。4管柱擠注施工,進行口擠注管柱擠注施工。兩(1)該項目結合了國內外油田擠堵封井管柱最新技術,設計的機械開關、空心可鉆封隔器組合的防返吐保壓候凝擠堵封井管柱結構合理新穎可行,能夠通過井口油管加壓使封隔管柱完成