插管式尾管悬挂器新型丢手技术的开发及应用

2015-04-13汤朝红熊和贵郭锐锋马留辉

江汉石油职工大学学报 2015年5期

汤朝红，熊和贵，郭锐锋，马留辉

（中国石化江汉石油工程有限公司井下测试公司，湖北武汉430040）

引言

随着塔里木油田水平井开发的增多，水平井分段改造技术应用也随之增多，目前常用的分段改造工艺之一为“插管式尾管悬挂器＋裸眼封隔器＋筛管”。该工艺通常先用钻杆将分段改造管柱下至设计位置，插管式尾管悬挂器座封后丢手起出送入管柱，再下入回插油管柱进行储层改造及放喷求产。

插管式尾管悬挂器座封成功后，按照操作规程，在丢手操作时，需先判断出送入管柱“中和点”，上提管柱保持插管密封处受力1～2T，右旋管柱15～20圈，即可成功丢手。在实际施工过程中，一方面由于塔里木油田储层埋藏深，井深一般在6 500.00m左右，插管式尾管悬挂器下入深度较深，受泥浆密度误差影响，计算得出的送入管柱“中和点”存在误差，导致送入管柱“中和点”不易判断；另一方面，若指重表遇到意外情况失灵，无法观察管柱重量，从而造成插管式尾管悬挂器丢手操作困难，部分复杂井甚至需要反复操作好几次，才能丢手成功。这个难题一直困扰着现场施工技术人员。

针对以上问题，在总结以往施工经验的基础上，研发出新型专用丢手辅助工具。该工具入井时连接在插管式尾管悬挂器之上，在悬挂器坐封后，上提下放管柱时，指重表可出现“中和点”，由此可以判断插管密封处的受力情况，方便后续完成丢手操作。

1 辅助工具结构和技术参数

1.1 工具结构

丢手辅助工具（图1）主要由上接头、密封筒、滑动芯轴、密封组件、压帽、锁套、O型密封圈和下接头等部分组成。

图1 丢手辅助工具结构示意图

1.2 工具结构设计原理

1.2.1 显示“中和点”设计原理

参考“中和点”定义，管柱处于不拉伸、不压缩的状态即为中和点。辅助工具设计为上提管柱芯轴可以拉伸，芯轴滑动至锁套位置时，锁套锁定芯轴无法继续滑动，下放管柱芯轴可以被压缩回到原位。在拉伸、压缩芯轴过程中，辅助工具以上管柱不会处于拉伸、压缩状态，井口悬重也不会增加。

1.2.2 扭矩传递设计原理

芯轴外表面一段设计为六方体，密封筒连接的锁套内腔也设计为六方体，当外筒转动时，通过锁套可带动芯轴转动，将扭矩传递至插管密封处。

1.2.3 密封件设计原理

在可以保持管柱内压力的基础上，芯轴可以上、下滑动，且多次上下滑动后密封组件保持密封。设计采用组合密封的方式，密封组件设计为支撑环、V型圈、O型圈和碳圈组合，分别包含向上、向下V型圈，保证密封。

1.2.4 橡胶件材料选择情况

根据施工井井况，橡胶件材料需满足耐高温（150℃）、防硫化氢腐蚀等要求。选用国产氟胶密封件，耐温可达到177℃，又可满足防腐蚀要求。

1.3 主要技术参数

辅助工具长度：2.07m（压缩状态）；

外径：131mm，内径：55mm；

最高工作温度：177℃；

伸缩距离：0～1.0m；

最大工作压差：70MPa；

抗拉：1 048kN；

扣型：310＊311。

2 工作原理

辅助工具入井时，连接在插管密封上部，工具处于拉伸状态。当送入管柱下至设计深度，插管式尾管悬挂器座封、验封成功后，继续下放管柱，辅助工具芯轴被压缩回外筒。在此过程中，指重表悬重不会降低。当悬重降低时，表明芯轴已全部压缩完毕。

上提管柱，工具再次被拉伸，在拉伸过程中悬重不会增加，继续上提管柱至悬重增加1～2T。此时表明插管式尾管悬挂器插管密封处受拉力1～2T。右旋管柱20圈，即可脱开尾管悬挂器。

3 强度校核

3.1 辅助工具承受的拉力

入井时丢手辅助工具受到轴向拉力，取工具（尾管悬挂器未座封前，管柱处于自由状态时）以下2 000m油管的重力来计算，此时2 000mδ88.9mm（壁厚6.45 mm）油管在液体中重力为：

式中，F－2 000m油管在压井液中重力，N；L1－尾管悬挂器以下油管的长度，2.0＊106mm；G1－单位长度油管重力，0.135 6N／mm；D1－油管外径，88.9mm；D2－油管内径，76mm；ρ－井内压井液密度，1.08＊10－5N／mm3。

计算可得：F＝235 131.03 N。

3.2 薄弱环节处横截面积

式中，S－工具最薄处横截面积，mm2；S1－最薄处外径面积，4 211.97mm2（d1＝Φ73.25）；S2－最薄处通径面积，2 457.3 7mm2（d2＝Φ55.95）。

则S＝1 754.6 mm2。

3.3 实际拉应力

σ＝F／S＝235 131.03÷1 754.6＝134.01 N／mm2

工具采用P110钢级42CrMo钢，其抗拉强度为：

许用拉应力［σ］＝σB／［S］S＝360 N／mm2（安全系数［S］S＝3）

得σ＜［σ］

因此，工具在薄弱环节处入井时不会被拉断。

4 室内试验

4.1 滑动密封试验

将丢手辅助工具置于延时机上，反复多次进行拉伸、压缩试验，试验完毕后检查密封组件完好。

4.2 承压试压

将完成滑动试验的工具，接试压工装进行水密封试验，采用正打压方式，对工具整体试水压，分别试压至15 MPa、30MPa、70MPa，各稳压15min，观察压降情况，判断工具是否存在泄漏（表1）。

表1 水密封试验结果表

丢手辅助工具整体水密封性能满足施工要求。

5 现场应用

室内试验成功后，在ZG16－2H井开展了现场应用试验，该井是塔中 Ⅰ 号断裂坡折带上的一口开发井，采用“插管式尾管悬挂器＋裸眼封隔器＋改造滑套”分段改造工艺，对该井裸眼段分3段进行酸压改造及放喷求产测试。

丢手辅助工具连接在插管密封上，处于拉伸状态入井。管柱下至设计深度后，正替一定体积坂土浆，投树脂球，球入座后，分级正打压 14、19、24、28、32MPa各稳压10min坐封插管式尾管悬挂器＋裸眼封隔器。反打压15MPa，稳压30min压降0.2MPa，验封合格。缓慢下放管柱，悬重1 560KN无变化，继续下放，悬重下降；然后上提管柱，至悬重增加至1 580KN，正转20圈，悬重降至1 560KN，上提管柱10m，悬重不变，一次丢手成功。

丢手辅助工具在现场试验成功的基础上，自2014年1月至12月中旬，在塔里木油田塔中区块进行了大规模现场应用，累计现场应用48井次，一次性丢手成功率达到100%，取得了很好的应用效果。