特殊套管井井下工具技术综述

特殊套管井井下工具技术综述

邓云娇1,林羽1,黄文娟2

(1.中国石化江汉油田分公司采油工艺研究院,湖北潜江433123;

2.湖北省路桥有限责任公司设备管理公司,湖北武汉430056)

[摘要]随着油田开发的进一步深入,特殊套管井的井下工具技术越来越受到重视。在分析特殊套管井技术现状的基础上,根据特殊套管井系列工艺技术的研究情况,全面介绍其结构、主要技术参数和技术创新点,以及该技术在各油田的应用情况。

[关键词]特殊套管井;井下工具;封隔器;管柱

[中图分类号]T E358[文献标识码]B[文章编号]1009)301X(2007)02)0050)03

1前言

随着油田开发的不断深入,适用于特殊套管井的井下工具技术越来越受到重视,由于开发年限的延长,地下深层部位地质活动加剧,地层滑移,频繁的井下作业施工以及套管材质与腐蚀等诸多原因,使油水井技术状况变得越来越差,油水井正常生产遇到了极大麻烦和困难,油田的稳产和开发方案的实施受到严重威胁。一些老油田,套管变形问题日趋严重,套管变形井达到了总生产井数的10%以上。因此,如何延长油、水井使用寿命,恢复套管变形井,合理利用资源,提高高含水油田采收率,已成为改善油田后期开发总体效益的重要课题。

另外,对于浅层油气藏开发、衰竭油田深层的油气勘探开发(现有井加深),以及低压、低渗透率油气藏的开发等,为了节省成本、减少投资,采用打小套管井的方式是一种有效途径。据统计,包括我国在内已有十多个国家一共钻了万余口小套管井。

近年来,江汉采油工艺研究院一直致力于套管变形井和小套管井这类特殊套管井井下工具技术的研究,在油田现场的实际应用中取得了较好的效果。

2特殊套管井的定义及技术现状

2.1特殊套管井的定义

与套管正常的井不同,文中特殊套管井包括两大类:一是指在油田开发中,由于各种原因造成油水井套管损坏或变形的井,二是指采用小套管开发的井。

2.2特殊套管井技术现状

油田常规用井下工具不能用于特殊套管井,使特殊套管井分层采油、分层注水、酸化等工艺措施无法进行,层间干扰的矛盾得不到解决。

目前国内各油田为了使套管变形井能够恢复生产,主要有三种方法:一是进行套管修复。但是套管修复的施工周期长,费用较高,一口井的套管修复费用在10~ 20万元左右,也不一定能最终解决问题,而且修复之后如需进行分层措施,也需要小外径封隔器及配套工具;二是进行套管侧钻或打调整井,是比较彻底的解决方法,但是其费用更高;三是针对套管变形井研制相适应的井下工具技术,该方法经济适用,但技术难度较大。国内部分油田在套管损坏机理等方面开展了研究,提出了套管损坏防治措施和套管修复技术,但用于套管变形井采油、注水等分层工艺措施的井下工具及管柱的系列研究与应用,国内相关报道较少。

特殊套管井所用的小外径封隔器及配套井下工具,是在用于正常套管井的常规封隔器等井下工具的基础上研究开发的,其特点是钢体尺寸小,封隔器胶筒的密封系数大,安全可靠和适应长时间工作。

江汉采油工艺研究院在大密封系数胶筒制造、胶筒耐温耐压性能探索、井下工具的创新设计等方面取得了较好的进展和较深的认识,在此基础上进行了特殊套管井井下工具技术的系统研究。

3特殊套管井工艺管柱研究思路

针对5

1

2

in套管变形井、7in套管变形井、41

2

in套管井三种特殊套管井井下工具进行研究,以提供特殊套管井分层注水、机械卡堵水、酸化、压裂等措施管柱的全套解决方案,同时,根据不同的井况,不同的措施要求,配备相应系列的井下工艺管柱,以适应现场应用的需要。

3.1特殊套管井分层注水管柱设计

采用分层段数与封隔器级数相等的管柱设计,主要

江汉石油职工大学学报

2007年03月Journal of Jianghan Petroleum U niversity of Staff and Workers第20卷第2期[收稿日期]2007-02-27

[作者简介]邓云娇(1968-),女,1989年毕业于重庆石油学校油化专业,工程师;林羽(1966-),男,1989年毕业于大庆石油学院石油工程专业,高级工程师;黄文娟(1968-),女,1988年毕业于湖北交通学校筑路机械专业,机械工程师,现从事机务管理工作。

研究设计采用液压坐封、上提管柱解封、能重复坐封、带反洗机构及防沉砂机构的小外径注水封隔器,配套研究小外径的偏心配水器和防止注水管柱蠕动的管柱锚定工具。

3.2特殊套管井分层采油管柱设计

通常采用丢手式卡堵水管柱。封隔器采用液压坐封,承上压时封隔器上部液体直接进入上两级平衡活塞腔,形成双级活塞向上的作用力,平衡封隔器的上压差;承下压时封隔器下部液体进入上两级平衡活塞腔,形成双级活塞向下的作用力;同时坐封活塞推动下外套直接压缩胶筒,保证封隔器始终处于完好密封状态。解封时,下入解封打捞工具上提下部丢手管柱即可解封封隔器,起出丢手部分管柱。为保证可靠地封隔水层,配上合适的管柱锚定装置,防止管柱下移和管柱丢手时的下窜。

3.3特殊套管井酸化压裂管柱设计

酸压封隔器既可采用液压坐封、上提管柱解封的Y341、Y241系列封隔器,也可采用液压坐封、液压解封的Y344系列封隔器和K344系列封隔器。同时在管柱上加上配套的锚定装置、节流启动器等工具,防止管柱蠕动及应力断裂,可以实现任意层酸压和分层酸化施工,保证了施工的安全性和可靠性,使操作简单化。

3.4胶筒的研制

优选合理的胶料、胶筒硫化工艺及胶筒结构参数,配以合理的肩部保护技术,使封隔器的工作温度达到150e,工作压力达到50M Pa。

4技术创新点

4.1大密封系数胶筒的研制

优选胶料,并对其进行改性,同时选择合理的胶筒成型硫化工艺,设计出合理的胶筒结构参数及组合方式,使得这种大密封系数胶筒具有如下特点:

1)高弹性、大应力组合密封胶筒设计,提高了胶筒的密封性能,使得用于套管变形井的工具外径大大缩小,而封隔器密封性能却未降低。封隔5124mm套管的工具外径减小到100mm;封隔5160mm套管的工具外径减小到136mm。

2)采用薄壁、高弹性、大应力胶筒设计,以保证胶筒尺寸减小后,不降低其密封性能。

4.2措施工艺管柱设计

a.在管柱外径变小的情况下,内通道保持不变。

b.优化结构,保证足够的管柱强度。

4.3小外径封隔器的设计

为了保证封隔器在外径缩小时,内通径不变,优选材料,优化结构,使封隔器具备常规功能,且性能和强度达到使用要求。

4.4锚定机构结构设计

a.小外径、大通径、高强度锚定机构的设计,有效地锚定和扶正管柱,改善了密封点的稳定性,延长了管柱的工作寿命。

b.突破了偏心配水器行标规定的外径尺寸下限,减小到595mm,使得4

1

2in小套管井也能采用常规的投捞测配工具实施分层注水。

c.在进行水井双向锚的设计时,合理解决了卡瓦外张距离增大与机构尺寸缩小之间的矛盾,锚定卡瓦全方位限位,防掉防卡,并能在串联、并联方式下双向解卡,使其具有多种解卡方式,确保解卡。

4.5小直径偏心配水器设计

在保证小直径偏心配水器内通道不变的情况下,通过优化结构,使其能够采用常规投捞和测试工具,不改变现场施工工艺,不增加现场操作难度,并可替代常规偏心配水器。

4.6技术参数

系列管柱的主要技术参数见表1、表2、表3。

表1注水管柱技术参数

项目变形井小套管井

规格(i n)75

1

24

1

2最大外径(mm)13614210010511095

最小通径(mm)626248484848

工作压差(M Pa)253520253025

工作温度(e)150150150150150150

表2机械堵水管柱技术参数

项目变形井小套管井

规格(i n)75

1

24

1

2最大外径(mm)13614210010511095

最小通径(mm)626248484840

工作压差(M Pa)253520253035

工作温度(e)150150150150150150

表3酸化压裂管柱技术参数

项目变形井小套管井

规格(i n)75

1

24

1

2最大外径(mm)13614210010511095

最小通径(mm)626248484845

工作压差(M Pa)405030405050

工作温度(e)150150150150150150

5现场应用情况

自1999年开始,特殊套管井井下工具技术在江汉、冀东、中原、青海、吐哈、广西等油田现场应用405井次,工艺成功率达98%,部分情况统计见表4。

51

邓云娇等.特殊套管井井下工具技术综述