多功能双级打捞筒的研制与应用

2013-08-20刘军郭亮谢照宽刘江杨吉胜中石化河南油田分公司井下作业处河南南阳473132

石油天然气学报 2013年7期

刘军，郭亮，谢照宽刘江，杨吉胜（中石化河南油田分公司井下作业处，河南南阳473132）

随着油田开发进入后期，油水井的生产状况越来越复杂，由于井斜、封隔器坐封、抽油杆螺旋弯曲、产出液含水高等因素，造成油管、抽油杆偏磨或腐蚀越来越严重，管杆容易造成断脱落入井筒，需要在作业施工中进行打捞处理。由于发生井下落物的原因多种多样，造成了井下落物的多样性、复杂性和随机性，给打捞作业增加了很大难度。因此在进行落物打捞过程中要做到具体情况具体分析、具体处理，针对不同落物选择或研制不同的打捞工具。

1 问题的提出

目前常规的打捞工具分为矛类内捞和筒类外捞两种方式。若井下落物鱼顶完好，则可选用公锥、滑块打捞矛、可退式打捞矛、倒扣捞矛、接箍捞矛等工具进行内捞，或选用母锥、卡瓦打捞筒、可退式卡瓦打捞筒、开窗捞筒等工具进行外捞，打捞成功率都很高[1]。但对于打捞不规则鱼顶的落物（如管类偏磨变形，鱼顶破裂腐蚀等），则没有专用的打捞工具。当井内鱼顶腐蚀、偏磨严重时，由于受到鱼顶情况的限制，若用常规的矛锥类内捞工具，油管很容易胀破、劈裂，使鱼顶严重变形，有可能使得井下落物情况变得复杂，不仅给打捞作业增加了施工难度，而且有可能造成井下工程事故，造成打捞复杂化；特别是鱼顶腐蚀、偏磨严重，并且腐蚀变形段比较长时，若用常规卡瓦筒类外捞工具，管柱很容易变形向内卷曲或缩径，卡瓦牙不能吃入落物本体形成有效上提负荷将落物打捞出来。

根据河南油田采油一厂近几年施工资料统计，不规则鱼顶的打捞一次成功率平均只有40%，并且每年都有因打捞工具不当造成井下鱼顶复杂化而导致的大修施工3～4井次，而且随着油田进入开发中后期，不规则鱼顶的打捞作业呈逐年增多的趋势。这就需要根据落物鱼顶具体情况选择、改进或设计制作打捞工具，并采取相应的打捞技术。

2 设计思路

对不规则鱼顶在打捞筒内进行了受力分析和研究，考虑到工具的通用性，该工具要达到以下要求：工具抗拉强度应符合SY/T 5246－1991修井打捞工具通用技术条件，组装、拆卸方便，使用灵活[2]。打捞实现方式和连接方式是实现打捞工具可靠性的重要部分，需要进行方案论证。

2.1 打捞实现方式论证

打捞实现方式是多功能打捞筒设计的核心部分。打捞实现方式设计是否可靠和有效是提高不规则鱼顶打捞成功率的主要因素，也是整个工具能否实现通用性和是否成功的关键所在。因此通过对常用打捞工具的研究分析，提出了2种设计方案：方案1为卡瓦牙和燕尾槽内外斜面配合，方案2为卡瓦牙和筒体内外锥面配合。

图1 卡瓦牙和燕尾槽内外斜面配合示意图

1）打捞方案1 如图1所示，采用卡瓦牙在筒体燕尾槽斜面上的相对运动，迫使卡瓦牙内缩咬紧落鱼实现打捞。该设计结构简明，使用安全可靠，但筒体燕尾槽加工工艺较为复杂。

2）打捞方案2 如图2所示，为提高卡瓦牙和落鱼本体的有效接触面积，采用卡瓦牙在上下筒体锥面上的相对运动，迫使卡瓦牙内缩咬紧落鱼实现打捞。由于采用了两级卡瓦，增加了卡瓦和落鱼的接触面积，提高了打捞成功率。该设计结构简明，使用安全可靠，加工工艺简单。

3）两种方案的对比论证方案1和方案2的对比论证见表1。

图2 卡瓦牙和筒体内外锥面配合示意图

表1 方案验证对比表

通过对比，笔者采用二级打捞、双重夹紧的方法研制了用于打捞不规则鱼顶的多功能双级卡瓦打捞筒。该设计结构为增加卡瓦牙和落物本体的有效接触面积，采用双级卡瓦牙在上下筒体锥面上的相对运动，迫使卡瓦牙内缩咬紧落物实现打捞。

2.2 连接方案论证

连接方案主要是指多功能打捞筒与打捞管柱之间采用何种丝扣组合来实现连接。一般的打捞工具通常有两种：2⅞ in TBG和NC31连接方式。

1）连接方案1 打捞筒上接头扣型采用NC31，NC31扣型在打捞工具中是一种常见的连接扣型。该扣型连接强度高，其母扣通径尺寸为71.31mm。

2）连接方案2 打捞筒上接头扣型采用2⅞ in TBG，2⅞ in TBG扣型在打捞工具中是一种常见的连接扣型。该扣型加工方便，其母扣通径尺寸为70.8mm。

由于井下落物主要以管类落物为主，油管、钻杆管类落物尺寸大部分为73mm。上述2种连接扣都存在无法通过管类落物的情况。考虑到这种情况将多功能双级打捞筒上接头扣型设计为3½ in TBG，与打捞管柱采用3½ in TBG×2⅞ in TBG连接，3½ in TBG扣型在打捞工具中不是一种常见的连接扣型，但由于其内径为76mm，可以满足直径为73mm落物的需要；另外在打捞某些腐蚀变形严重的鱼顶时，可以通过加长接头短节来实现对长落鱼的打捞。所以该方案更适合多功能打捞筒。

因此，打捞筒采用两级大通径卡瓦和3½ in TBG上接头，可通过加长接头短节避开落物腐蚀变形部位，实现对落物本体任意部位的打捞，可以有效提高打捞成功率。

3 技术方案

3.1 结构及技术特点

多功能双级卡瓦打捞筒主要由上接头、上筒体、弹簧、上下双级卡瓦、下筒体和引鞋等组成（如图3所示）。

1）上接头（图4）上接头上部设计为3½ in TBG内螺纹，3½ in TBG扣型在打捞工具中并不是一种常见的连接扣型，但由于其内径为76mm，大于2⅞ in油管外径73mm，所以在打捞某些腐蚀严重的鱼顶时，可以通过加长接头短节避开落物腐蚀变形部位，实现对落物本体任意部位的打捞，下部右旋细牙外螺纹与上筒体进行连接。

图3 多功能双级卡瓦打捞筒

2）上筒体（图5）上筒体两端均为右旋细牙螺纹，上端内螺纹和上接头连接，下端外螺纹和下筒体连接。筒体中部的腔体上均布4个槽孔，便于管柱下放过程污油泄出，筒体下部为与上卡瓦外锥面相配合的内锥面。

图4 上接头

图5 上筒体

3）卡瓦（图6）选用20CrMnTi材料，卡瓦上部有8道等分胀缩槽，在横向力作用下，内径胀大或收缩；下部加工缺口，并使上部8瓣卡瓦连为一体。卡瓦的下端外部为下小上大的锥面，与筒体的内锥面相配合，可在筒体内轴向移动一定距离；内部为硬度58～63HRC的等内径阶梯状尖牙齿，打捞时用以咬紧被打捞落物外壁。

4）下筒体下筒体上端有右旋细牙外螺纹与上筒体连接，下部可加工为螺旋引鞋或锥面引鞋，引导鱼顶进入卡瓦。筒体中部的腔体上均布4个槽孔，便于管柱下放过程污油泄出，筒体下部为与下卡瓦外锥面相配合的内锥面。

3.2 工作原理

多功能双级卡瓦打捞筒连接打捞钻具下入井内，当接近鱼顶时缓慢右旋下放引入鱼头，待鱼顶碰到卡瓦产生阻力时，施加轴向压力，鱼顶上推卡瓦，压缩弹簧，使下卡瓦相对筒体上移至筒体限位台肩并逐渐分开，落物依次进入双级大通径卡瓦内部，此时卡瓦在弹簧弹力的作用下被下压，将鱼顶咬住，卡瓦依靠自身弹力给鱼头以初夹紧力。

上提钻具时，筒体上行，在弹簧弹力和初夹紧力的作用下，上下双级卡瓦和鱼头一起相对筒体下移，筒体和卡瓦内外锥面产生相对运动而贴合，筒体内锥面对卡瓦产生径向推力，迫使卡瓦收缩，使其对鱼头产生巨大的终夹紧力，卡瓦内部抓捞牙咬紧鱼头，当油管偏磨严重时，由于双级16瓣胀缩卡瓦与落物接触面积大，鱼顶受力均匀，因此鱼顶不易被撕裂损坏，提钻即可捞出落物，使打捞成功。对不同外径的落物或不等径落物可以更换卡瓦进行打捞，也可以配合震击器等井下工具一起使用。

3.3 主要技术参数

工具长度900mm，工具最大外径114mm，许用提拉负荷450kN，打捞外径范围28～73mm，接头连接螺纹型号3½ in TBG，适用于5½ in套管。

图6 卡瓦

4 现场试验应用

双H11－6井，最大井斜21°31′，采用管式泵抽油机生产，管杆偏磨严重，2011年5月上作业检泵查管时，起出2⅞ in油管165根，查该井因抽油杆偏磨断脱导致油管短节脱扣落入井中，井下鱼顶为2⅞ in油管本体，因起出的第165根油管接箍已磨穿，曾先后两次用普通卡瓦打捞筒均未打捞成功，打铅印证实鱼顶在打捞时缩径变形，又2次下母锥打捞未果，用常规打捞工具已无法打捞，并且稍有不慎有可能造成大修工程事故，经现场分析研究，决定对多功能双级捞筒加长后进行现场试验。

具体试验过程如下：工具下至鱼顶以上2m时，开泵循环洗井液，记录管柱悬重为150kN，缓慢下放管柱至鱼顶，顺时针旋转下放管柱引入鱼顶，待悬重下降5kN后停止下放管柱，缓慢上提管柱，悬重增加至180kN，起钻后捞获井内全部落物，使用中达到预期效果，验证了该打捞工具的实用性。

2011年7月至12月在双河油田6井进行了打捞施工应用统计结果见表2，由表2可以看出，使用多功能双级打捞筒打捞不规则鱼顶管柱，均能一次捞获落物，打捞成功率高，使油井能及时恢复生产，避免了因使用其他打捞工具而造成的鱼顶破坏，使打捞复杂化，达到了降本增效的目的，取得了较好的经济效益和社会效益。