0 引 言
目前常规的分层采油和分层注水工艺主要采用Y341封隔器及K344封隔器[1,2]等工具实现,但对于冀东油田部分井油藏埋藏深,油藏温度高、渗透率低以及注水压力高(大于30 MPa)等情况,常规的分层工艺存在很多问题,即在高温高压影响下,井下工具易发生破裂,管柱产生较大蠕动,易造成封隔器失效,导致管柱使用寿命短,分层合格率低。为此,对采油配套工具提出了更高的要求,而油管锚定器是带有封隔器的措施管柱密封可靠和安全施工的保证,它的正常工作是管柱保持稳定的前提[3,4]。现有油管锚定器存在以下问题[5 ,6]:①耐温耐压性能低,不能满足深斜井高温高压条件下工作的需求。②锚定不可靠,锚爪不能回收使得管柱同步解卡起出困难,且起管柱时锚定器和分层管柱同步解卡,载荷大,大修现象时有发生。③高压注水后,油套压差大,锚定器解卡困难。为了解决这些难题,研制了高温高压油管锚定器。
1 技术分析 1.1 结构高温高压油管锚定器是一种液压坐卡、上提管柱解卡的油水井用锚定器,主要由上接头、压帽、剪钉、锁块、中心管、平衡活塞、外套、坐卡活塞、锁环、连接套、锁套、锥体、卡瓦、箍环、卡瓦套、固定销钉和下接头等部件组成,其结构[7 ,8]示意图如图1所示。
高温高压油管锚定器的上接头与中心管采用脱节式设计,二者通过解卡销钉及锁块连接并限位锁紧;压帽与坐卡活塞通过销钉连接并对锁块进行约束。上接头下端外侧通过螺纹与外套相连,外套上端有压力平衡孔,下端连接锁套,它与坐卡活塞靠4个坐卡销钉连接。中心管上部通过螺纹连接平衡活塞,平衡活塞下端套入坐卡活塞,坐卡活塞下端通过螺纹与连接套连接,锁环置于坐卡活塞与连接套之间;连接套下端与锥体通过螺纹连接,锥体套在中心管上置于卡瓦套内,卡瓦通过箍环置于卡瓦套豁口处,下接头上端与锥体对称置于卡瓦套内支撑卡瓦,下接头内侧与中心管下端通过螺纹连接。
1.2 工作原理带有高温高压油管锚定器的措施管柱下到设计位置后,从油管内加压,高压液体经工具中心管的出液孔进入活塞腔内,在液压力的作用下剪断坐卡活塞与外套之间的坐卡销钉,液体推动坐卡活塞下行,坐卡活塞下行一定距离后,中心管与上接头之间的锁块失去压帽的约束后释放,坐卡活塞通过连接套推动锥体下行锥开卡瓦,同时锁环与锁套相互啮合锁紧,使卡瓦锚定在套管上,管柱的重力转移到套管上。 解卡时,上提管柱剪断上接头与中心管之间的解卡销钉,上接头与中心管脱离,上接头带动外套上行,油管内压力突降,油套压力平衡;上行一段距离后,外套带动锁套上行与锁环脱开实现解锁,继续上行,外套与锁套带动坐卡活塞上行,连接套带动锥体上行,卡瓦失去支撑回收解卡。
1.3 主要技术参数外径114 mm,内通径50 mm,总长756 mm,工作压差50 MPa,工作温度150 ℃,坐卡压力15 MPa,解卡力80~100 kN,连接螺纹ø73.0 mm(2 7/8 in)TBG。
1.4 主要技术特点(1)高温高压油管锚定器的上接头与中心管采用脱节式设计,上提管柱剪断坐卡销钉后油管泄压,平衡油套环空压力后解卡锚定器,然后解卡封隔器管柱,实现了锚定器与封隔器管柱的逐级解卡,减小了起管柱载荷,提高了解卡成功率。
(2)锚定器材料性能提高,满足了耐压差50 MPa和耐温150 ℃油水井的需求。
(3)锚定器结构设计合理,锁块锁定中心管,管柱下井过程中,尾管重力由锁块全部通过上接头作用在上部管柱,解卡销钉不受力,可避免工具提前坐卡。
(4)锚定器可用于大斜度井和高温高压油水井,适用范围广。
2 关键结构设计 2.1 解卡机构高温高压油管锚定器解卡机构如图2所示。高温高压油管锚定器的上接头与中心管采用脱节式设计,二者通过解卡销钉及锁块连接并限位,管柱下井过程中,锁块锁定中心管,解卡销钉不受力,管柱悬重通过中心管作用在上接头,避免管柱下井过程中提前坐卡。O形密封圈密封可靠并分隔油管与油套环空内的液体,压帽对锁块进行约束。上接头下端外侧通过螺纹与外套相连,外套上端设计有压力平衡孔。解卡时,上提管柱,解卡销钉剪断,上接头带动外套上行,油套环空内液体通过外套上的压力平衡孔,流经上接头处的锁块孔进入油管内,油管内高压液体与油套环空连通,油管泄压,上行一段距离后,锁套与锁环脱开实现解锁,然后带动锥体上行,卡瓦失去支撑回收解卡。
解卡机构设计有3大特点:①外套上设计有压力平衡孔,实现了泄压平衡后工具解卡,使解卡不受压差作用,施工更安全;②解卡机构中由锁块锁定上接头与中心管,解卡销钉不受坐封压力和尾管重力影响,稳定可靠;③上接头与中心管上端无螺纹连接仅靠密封圈密封,上提管柱剪断坐卡销钉后,上接头与中心管和封隔器等部分管柱脱离,减小了起管柱载荷,提高了解卡成功率。
2.2 锚定机构锚定机构主要由卡瓦、卡瓦套、箍环、上锥体和中心管等组成。卡瓦由卡瓦套限位,避免了解卡过程中卡瓦脱落造成事故; 4片卡瓦由箍环箍在一起,可实现卡瓦同步张开和回收,作业安全可靠。
3 试验及应用情况 3.1 室内试验为了检验油管锚定器在高温高压下的坐卡压力和解卡力等性能指标,进行了室内试验。室内试验结果表明,高温高压油管锚定器坐卡力13 MPa,解卡力81 kN,满足坐卡压力15 MPa、解卡力80~100 kN的设计要求,满足工作压差50 MPa、工作温度150 ℃的技术要求。
3.2 现场应用2015年以来,高温高压油管锚定器先后在高76-94井和高66-54井等10口高温高压增注井使用,该工具接在注水管柱封隔器的上端,作业过程中封隔器和锚定器坐封、验封一次性合格,起到了对整体管柱的锚定作用,保证了整个作业过程封隔器密封可靠,目前一直有效。高温高压增注管柱现场应用最大分注级数为4级4段,最大井斜59.3°,最高注水压力43 MPa,现场应用效果良好。
4 结 论(1)室内试验与现场应用结果表明,高温高压油管锚定器结构设计合理,性能指标达到设计要求。
(2)高温高压油管锚定器耐温150 ℃,耐压差50 MPa,满足了高温高压油水井的工艺需求。
(3)高温高压油管锚定器采用液压坐卡,上提解卡,操作简单;与封隔器管柱配合能实现逐级解卡,施工安全可靠,成功率高,具有广阔的推广应用前景。
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