液压增力解卡的技术与应用

液压增力解卡工具的技术
研究与应用
单位：曙光采油厂作业三大队
答辩人：***
组别：作业组
二○一六年九月
液压增力解卡工具的技术
研究与应用
(** 曙光采油厂作业大队)
前言
在油田开发中，大负荷解卡是修井作业中常见的工序之一。

由于受到地面环境、修井设备的限制，解卡作业的成功率一直比较低，尤其是斜井、水平井的解卡。

为此，我们使用液压增力解卡工具，以液体为动力传递介质，推动井下解卡工具工作，实现大负荷解卡的目的，并且通过现场实施取得了比较好的效果。

1 技术实施背景
在油水井开发生产过程中，随着油田注水开发、蒸汽吞吐和注水井转油井、油井转注水井等生产方式的相互转变，以及各类增产措施及油层改造措施等因素，使得地质条件变得极其复杂，地下深层部位地质活动加剧，地层出砂严重，同时由于套管变形以及套管腐蚀，作业中操作不当等诸多原因，都可能造成油水井不能正常工作，特别是生产管柱、冲砂管柱等卡钻的情况时有发生，受地面环境、修井设备及井下管柱的限制，大负荷解卡成功率一直比较低，尤其是斜井、水平井的解卡打捞。

2014年我大队需要进行大负荷解卡的22口井，成功的只有7口，其余全部转大修。

但是大修作业的审批程序复杂，施工周期长，费用高，对场地要求严格，不能满足生产效益的要求，因此，通过使用液压增力解卡工具对提高卡钻处理成功率、修井时效，降低开发成本，提高斜井、水平井的开发应用规模都有极大的促进作用。

常规解卡技术存在问题
上提下放活动解卡工艺存在的问题
上提下放活动解卡工艺是解除卡钻事故中最常用的修井技术，在斜井、水平井中应用此技术存在两方面问题：
一是上提负荷加大后，有一部分负荷消耗在克服管柱与套管的摩擦力上，使鱼顶无法获得解卡所需的向上拉力，另外，由于管柱的抗拉强度和设备的安全工作负荷要求，上提负荷必须控制在安全值范围内，这样，落鱼鱼顶的上提拉力往
往达不到足够的解卡力，所以上提下放活动解卡工艺的应用效果在斜井、水平井施工中远不及在直井中的应用。

二是在上下活动管柱解卡的过程中，管柱与套管接触部位不断发生摩擦，易造成套管磨损。

倒扣解卡工艺存在的问题
倒扣解卡工艺是井下卡钻时经常使用的一种解除方法，具体表现在两个方面：
一是使用地面驱动管柱倒扣施工，由于管柱摩擦力造成的反力矩，井口施加的倒扣力矩在克服了摩擦力矩后传递到打捞工具的倒扣力矩损失很大，不足以将管柱倒开；
二是井口驱动井下作业管柱倒扣施工，不断旋转的管柱与套管产生摩擦，套管会严重磨损。

修井作业管柱卡钻现状及类型
卡钻就是井筒内作业管柱失去了上下活动的自由，管柱依靠地面提升设备不能够进行正常起下、旋转作业的现象。

因为修井作业是一项在井下套管中进行的修井工程，套管状况本身存在不确定性、随机性和模糊性，由于对套管状况认识不到位或技术决策失误，会产生许多复杂意外情况，甚至造成工序复杂化，耗费大量施工费用和无限期延长施工时间，严重的卡钻事故会造成油、水井井段报废甚至全井报废，给油田的生产经营造成重大经济损失。

根据近年来我大队的修井作业资料分析，修井作业过程中，处理卡钻的时间，约占施工总时间的～%，一年中约有25天在做卡钻处理这类无功工作，成本的消耗是惊人的。

根据对卡钻类型的调查统计，作业管柱遇卡可分为砂垢卡、封隔器卡、套变卡、冲砂卡、落物卡、水泥卡等类型，如图1所示。

而卡钻的主要类型在油水井中所占比率也不尽相同：油井卡钻类型主要以封隔器卡和砂垢卡为主，水井卡钻类型主要以砂垢卡为主。

图1 卡钻类型示意图
2 液压增力解卡工具的技术原理和主要结构
液压增力解卡工具主要应用于油气水井小修作业过程中管柱解卡。

该工具通过地面泵车打压可产生850KN解卡力，通过打捞工具直接作用在落鱼上，不会增加打捞管柱上部负荷，减小作业设备提升系统负荷，实现打捞作业“小修作业替代大修作业”。

该装置能适用于大部分油气水井的打捞解卡作业，特别是水平井、定向井、超深井等复杂结构井的增力打捞作业。

应用这种新型解卡工具不但可减少了修井周期，而且大大的节约了修井费用。

液压增力解卡工具的技术原理
当液压增力解卡工具与井内鱼顶对接后，给油管正打压1～2MPa，液压锚定工具开始锚定，卡住套管；继续正打压3MPa，限位销钉剪断，液缸开始工作。

随着压力升高，提升力逐点加大，液压提升装置中的活塞与连接拉杆、倒扣接头与鱼顶一起上行，完成一个井内解卡动作。

液压增力解卡工具的主要结构
液压增力解卡工具结构图如图2，主要是由液缸、液压锚定装置、连接拉杆、行程泄压限位开关、倒扣接头、球座等部件组成。

图2 结构示意图
该工具具有2种不同的规格，来适应不同的套管尺寸，基本上满足了油田生
产的需要。

（表1）
表1 技术规格
适用套管Φ/mm 外径Φ/mm 总长 /m 工作泵压 /MPa 最大提升力/t 液缸数量（级）
114 148 8
6
20
20
85
75
9
6
3 液压增力解卡工具的施工步骤
（1）选用与液压解卡工具长度及外径相应的模拟通井规，通井至鱼顶上部。

（2）选用与井下鱼顶对应的打捞工具，与液压解卡工具上的倒扣接头相连接，然后用油管将液压解卡工具下入井内。

（3）将液压解卡工具下至井内鱼顶上部2m处，用清水循环反洗井一周。

（4）下放管柱打捞鱼头，当确认捞获成功后，从油管投入Φ钢球。

然后将井内管柱提到受力中和点，给油管正打压1～2MPa，使液压锚定装置与套管锚定，再将油管负荷下放5t左右。

（5）给油管继续正打压，此时液压解卡工具内的活塞上行，带动中心拉杆、倒扣接头及对接工具一起上行，使井下鱼顶位置发生向上位移，实现井内管柱解卡。

当液压解卡工具内的活塞上行达到一定行程后，推动行程泄压开关里的滑套，使行程泄压限位开关开启，油管泄压，完成一次解卡动作。

如须继续解卡时，再上提管柱，此时卡瓦回收，液缸活塞回到原位，行程泄压限位开关在弹簧作用下自行关闭，液压解卡工具回到入井时的状态。

如果需要继续解卡可重复以上过程。

另外，如果液压解卡工具不能使井下落鱼解卡，可正转管柱使液压解卡工具下部的倒扣接头与井内鱼顶脱开，将液压解卡工具安全起出。

（6）解卡工作完成后，向油管内投Φ35mm钢球，正打压10MPa，将液压解卡工具上部的常关滑套开关打开，使油套液面平衡，确保液压解卡工具顺利地从井内起出。

4 液压增力解卡工具的特点及注意事项
液压增力解卡工具的主要特点
（1）设备简单、施工安全可靠、操作简便，井场条件限制。

（2）支撑卡瓦有辅助回收设置，使装置起下顺利。

（3）行程泄压限位开关可从地面了解井内情况，上提油管时行程泄压开关可直行关闭。

（4）通过地面压力可控制液压解卡装置提升力，并实现活动解卡。

（5）对井下卡点进行直接举升。

（6）反向倒扣接头可使液压解卡装置安全起出。

（7）适用性强。

既可用于直井、斜井解卡打捞，也可适用水平井解卡打捞。

液压增力解卡工具的注意事项
（1）施工时液压解卡工具的位置应尽量选着固井质量较好井段，避开射孔井段。

（2）施工时应保证油套管液面平衡。

（3）液压解卡工具下井过程中应严格按照执行相关操作规程，控制好下放速度。

（4）起下油管过程中打好背钳，防止井内油管转动。

（5）应充分考虑被解卡工具和油管的安全负荷，防止被提断。

5 应用效果分析
现场应用情况
2015年3月2日杜84-25-73井使用该工具打捞井内遇卡机械堵水管柱，先用清水60m3反灌套管环空，进行投球，正挤水15m3，打压16MPa，管柱上移 m 后不变；通过计算16MPa的压力将产生600KN的拉力，这也是井内管柱安全负荷的上限。

最后商定将压力提高到20MPa，如果不能解卡而将管柱提断就进行转大修处理。

正挤水30m3反复4次打压16MPa,管柱上移 m后不变，最后将压力提高
到20MPa后，悬重迅速下降到原悬重，上提管柱后发现液压解卡工具下油管母扣根部断。

2015年4月9日在曙1-44-35井上现场使用该工具打捞井内的注空气管柱，液压增力解卡工具下接滑块捞矛捞住落鱼后，用清水15m3反灌套管环空至满井筒，进行投球，原悬重16t ,上提1m高度至悬重40t正打压13MPa，泵压缓慢下降至4 MPa，又上提高度至悬重40t正打压10MPa，泵压缓慢下降至4MPa，再上提管柱30m悬重16t不上升已完全解卡，经计算井底液压增力解卡器解卡拉力变化F：750kN下降200kN，解卡成功，捞出井内注空气封隔器及管柱。

成果效益评价
我大队在2015年共应用了6井次，其中4次顺利解卡，1次将油管提断，1次未成功。

节省作业费用万，平均单井缩短工期14d，使油水井提前投入生产。

6 结论及认识
（1）通过对液压增力解卡工具的现场应用与分析，认为该工具设计新颖、成本低廉、操作简便，不受井场条件的限制。

最重要的是改变了直接在井口用作业机对整个管柱进行大力上提的的传统解卡模式，现在可以通过地面打压直接针对井下卡点举升，卡点以上管柱不受举升拉力，并且在解卡不成功后通过反向倒扣接头可以实现液压增力解卡工具的安全提出，不会造成使井内状况复杂化。

（2）该工具对于打捞下井时间较短的防砂工具、冲砂作业中出现的砂卡和注空气（汽）管柱由于杂质、封隔器遇卡的状况，使用效果比较理想。

但对井内下入的防砂工具时间较长、破损严重；落鱼本体已经砂埋严重的情况下，效果并不理想，所以以后在使用前应该对出砂状况、井史进行仔细研究，认真分析遇卡原因，做到有效使用。