2. 冀东油田陆上油田作业区;
3. 冀东油田工程监督中心
2. Land Oil Field Operating Area of Jidong Oilfield;
3. Engineering Supervision Center of Jidong Oilfield
0 引言
冀东油田属于复杂断块油藏，含油井段长，储层物性和压力差异大，且油层埋藏深、气液比高、井斜大、工艺实施困难。随着采油技术的不断进步，高压油井检泵作业过程中暴露出以下问题[1-7]：①新钻或压裂补孔后的油井地层压力高，不压井、不放喷的情况下，常规检泵作业无法进行；②压井液对地层污染严重，高压井放喷时间长；③带压作业难度大、风险高、周期长，且带压作业无法下杆、泵；④封隔器耐高温及耐高压性能差，不满足大斜度井、超深井以及高温高压井的生产需求。
为缩短高压油井作业占井周期，节约作业费用，杜绝洗井液对地层的伤害，用井下小修作业设备完成油井带压作业，实现不压井、不放喷的检泵作业和洗井，保护油层，研制了高压油井免带压作业检泵管柱及配套工具。
1 高压油井免带压作业检泵管柱 1.1 管柱结构高压油井免带压作业检泵管柱主要由JDY455高温高压封隔器、坐封丢手工具、液控开关阀、尾管和丝堵等组成[7]，管柱结构示意图如图 1所示。它通过JDY455高温高压封隔器与液控开关阀的有效配合，调控产油通道的开关状态，实现高压油井免带压作业检泵，快速恢复生产。
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| 图 1 高压油井免带压作业检泵管柱结构示意图 Fig.1 Schematic of snubbing operation-free pump inspection string for high-pressure oil well 1—抽油泵；2—坐封丢手工具；3—JDY455高温高压封隔器；4—扶正器；5—液控开关阀；6—尾管；7—丝堵。 |
1.2 工作原理 1.2.1 管柱下井，封隔器坐封和丢手
高压油井检泵时，为缩短放压时间，避免洗压井作业对油层造成伤害，首先用带压作业设备完成管柱下井，封隔器坐封及丢手。将丝堵、尾管、处于关闭状态的液控开关阀、JDY455高温高压封隔器及坐封丢手工具等组配后送至设计深度，油管憋压15~20 MPa坐封封隔器，继续憋压到25~30 MPa，压力突降或套管返水，封隔器实现丢手。接着关闭生产闸门，套管环空加压15 MPa，封隔器验封，验封合格后，井口压力为0。最后搬走带压作业设备，搬上小修作业设备，起出丢手管柱。
1.2.2 下入生产管柱将由回音标、泄油器、抽油泵及筛管等组成的采油生产管柱下至设计深度，安装采油井口，并调整防冲距。
1.2.3 调控开关状态关闭生产闸门，套管环空加压15~20 MPa，在高压液体的作用下，液控开关阀的活塞上行，滑销在上中心管的轨道上移动，压缩弹簧，液控开关阀打开。
1.2.4 正常生产液控开关阀打开后，打开生产闸门进行起抽。地层流体通过液控开关阀的球座及阀罩，流经进液孔到达井筒，地层流体通过泵抽出地面，油井正常生产。
1.2.5 洗井清蜡生产过程中进行洗井清蜡时，受到JDY455高温高压封隔器及液控开关阀的密封作用，洗井液无法进入地层，只能在封隔器以上的井筒内循环并返出地面，快速恢复生产。
1.2.6 检泵作业当油井进行检泵等措施作业前，地面泵压15~20 MPa，调控液控开关阀的开关状态，液控开关阀关闭，在封隔器与液控开关阀的双重封堵作用下，生产层位关闭，井口压力为0；用井下小修作业设备完成高压油井免带压作业检泵，措施完成后，地面继续加泵压15~20 MPa，发送压力指令打开液控开关阀，油井正常生产。
1.2.7 打捞封隔器需要起出井下丢手管柱时，根据井口压力情况，先加压关闭液控开关阀，然后起出采油生产管柱，再下Ø73.0 mm(
适应Ø139.7 mm(
地层压力高的油井或高气液比井，井斜≤70°、井深≤4 000 m、结蜡严重、地层漏失、需要频繁洗井的井，且全井段无变径。
2 主要配套工具 2.1 JDY455高温高压封隔器 2.1.1 结构JDY455高温高压封隔器主要由坐封、锁紧、密封、锚定及解封部分组成，其结构[8-12]如图 2所示。
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| 图 2 JDY455高温高压封隔器结构示意图 Fig.2 Structural schematic of JDY455 high temperature and high pressure packer 1—坐封球座；2—上胶筒座；3—钢球；4—O形密封圈；5—胶筒；6—隔环；7—打捞头；8—锁块；9—下胶筒座；10—内中心管；11—上锥体；12—锁爪；13—锁套；14—卡瓦套；15—卡瓦；16—箍环；17—下接头。 |
2.1.2 工作原理
JDY455高温高压封隔器与坐封丢手工具连接后下井。坐封过程中，封隔器受到向下的液压力，剪断坐封销钉，胶筒座双向运动压缩胶筒，推动上锥体下行使卡瓦锚定在套管上，同时锁爪与锁套啮合并锁紧，实现封隔器的坐封和锚定作业；继续加压丢手销钉被剪断，坐封丢手工具与封隔器脱开；解封时，上提管柱，胶筒和卡瓦回收，封隔器解封、解卡。
2.1.3 结构设计(1) 解封机构主要设计了内、外螺纹的打捞爪和解封销钉，解封销钉连接着打捞头和内中心管，打捞头的下端分布着4个环形锁块，其绕内中心管一周。上提管柱时解封销钉被剪断，锁块脱落，封隔器实现解封、解卡。
(2) 压力平衡孔的设计平衡了油管和套管内的生产压差，使作业安全可靠。
(3) 由多个独立的爪手组成的锁爪解锁后能够自动复位。
2.1.4 主要技术参数JDY455高温高压封隔器最大外径114 mm，内通径43 mm，工作压差50 MPa，工作温度150 ℃，坐封压力15~20 MPa，解卡力65 kN，连接螺纹为73.0 mm(
(1) 高温高压密封胶筒置于封隔器卡瓦的上部，具有托砂和防砂卡功能。
(2) 解卡机构独立，打捞方便，解卡力小，安全可靠。
(3) 一封多用，可用于封层、气举、注水及防污染等多种措施中。
2.2 液控开关阀 2.2.1 结构
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| 图 3 液控开关阀结构示意图 Fig.3 Structural schematic of hydraulic control valve 1—上接头；2—上外套；3—弹簧；4—上中心管；5—滑套；6—滑销；7—活塞；8—O形密封圈；9—连接套；10—下外套；11—下中心管；12—阀罩；13—钢球；14—球座；15—下接头。 |
2.2.2 工作原理
液控开关阀与管柱连接后下井。液控开关阀打开时，高压液体推动活塞上行，滑销在上中心管的长轨道上行，压缩弹簧，当液压力达到一定压力值时，滑销到达轨道预定的上部顶点。泄压后，滑销在弹簧力的作用下下行至短轨道顶点，液控开关打开，地层流体则通过球座及阀罩，流经进液孔到达井筒，流体通过泵抽出地面。当液控开关阀关闭时，从套管再次加压，活塞推动滑销套上行，滑销到达轨道顶点后，在弹簧力的作用下，推动滑销下行，至长轨道的下顶点，同时推动活塞下行关闭中心管的进液孔，隔离油管与地层流体，进液通道关闭。
2.2.3 结构设计(1) 长、短轨道的设计。液控开关阀通过液压力与弹簧力控制滑销在轨道上交替滑动，实现液流通道的打开和关闭。滑销在滑套的带动下，做轴向移动和径向旋转运动，安全可靠。液控开关阀的轨道展开图如图 4所示。
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| 图 4 液控开关阀的轨道展开示意图 Fig.4 Schematic of unfolded hydraulic control valve orbit 1—短轨道；2—长轨道；3—滑销。 |
(2) 侧向进液通道及阀罩的设计，能够有效保护阀球，不易砂堵。
(3) 上外套与连接套之间采用分体式设计，消除了井底压差的影响，实现了工作过程中的压力平衡，施工安全可靠。
2.2.4 主要技术参数刚体外径98 mm，内通径48 mm，工作压差50 MPa，工作温度150 ℃，换向压力15~20 MPa，连接螺纹为73.0 mm TBG。
2.2.5 技术特点(1) 液控开关阀采用高温元器件，耐高温和高压。
(2) 可实现人工加压开启和关闭液压开关阀，控制压力低，安全可靠。
(3) 具有侧向进液，球阀不易砂卡，尾管沉砂，避免油层二次污染的特点。
(4) 结构简单，可重复使用。
3 现场应用 3.1 现场应用情况2016年底至今，高压油井免带压作业检泵管柱在冀东油田陆上作业区现场应用4井次，井口最高压力11.7 MPa，地层压力系数最高1.39，最大井斜29.3°，封隔器最大下入井深3 500.49 m，实现加压调层6次，工艺成功率100%。高压油井免带压作业检泵管柱的成功应用，是油井带压作业技术又一次新的迈进。该工艺结构简单，用井下小修作业设备完成油井带压作业，实现了不压井检泵作业和洗井，单井缩短占井周期4~6 d，有效保护了油层。现场应用统计如表 1所示。
| 井号 | 最大井斜/(°) | 井深/m | 封隔器下深/m | 压力系数 | 套压/MPa | 缩短占井周期/d | 是否成功 | |
| 措施前 | 措施后 | |||||||
| LB1 | 29.3 | 2 874.00 | 2 647.77 | 1.16 | 5.1 | 0 | 6 | 成功 |
| G2 | 28.6 | 4 295.72 | 2 801.75 | 1.39 | 11.7 | 0 | 4 | 成功 |
| G3 | 29.3 | 3 587.50 | 2 130.22 | 1.16 | 4.0 | 0 | 5 | 成功 |
| G4 | 17.3 | 4 319.47 | 3 500.49 | 1.24 | 5.2 | 0 | 6 | 成功 |
3.2 典型井例
G4井是位于高北斜坡高66x5井区的一口评价井，该井压裂157#层后放喷，累计出油2.25 t，出水490.32 m3。为评价落实储层的边界性质及距离，落实裂缝半长，求取各项物性参数等，对G4井进行探边测试。
该井测试井段4 245.2~4 251.0 m，地层压力51.54 MPa，压力系数1.24，储层中部温度150.92 ℃，生产压差29.26 MPa，套压5.20 MPa，为缩短放压时间及作业占井周期，关井迅速且不污染油层，实现探边测试目的，采用了高压油井免带压作业检泵管柱及配套工具，施工管柱示意图如图 5所示。施工过程中，JDY455高温高压封隔器卡点3 500.49 m，所带测试尾管长707.21 m。
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| 图 5 G4井施工管柱示意图 Fig.5 Schematic of operation string in Well G4 |
液控开关阀于2017年5月4日下井，下井过程中液控开关阀处于打开状态，开井初期生产157#层，日产液17.14 t，日产油5.4 t，含水体积分数68.5%；正常生产40 d后关闭生产闸门，套管环空加压15.7 MPa，3.5 h后井口压力降为0，液控开关阀成功关闭，之后关井59 d，生产情况如图 6所示。2017年8月15日套管第2次加压16.2 MPa，30 min后井口压力恢复到2.6 MPa，成功打开液控开关阀。现场试验结果证明，JDY455高温高压封隔器工作性能稳定，液控开关阀能够按照加压换向指令顺利开启和关闭，开关灵活可靠。
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| 图 6 G4井生产情况 Fig.6 Production of Well G4 |
2017年8月24日，G4井探边测试管柱起出，对回读的存储式压力计测试数据进行试井分析后，得到了储层的压力、渗透率及污染系数等多项物性参数，测试数据的取得为详细掌握南堡凹陷高尚堡构造带油藏性质提供了强有力的技术支撑。
4 结论(1) 高压油井免带压作业检泵管柱的成功应用，解决了高压油井放喷时间长、不压井、不放喷无法实现检泵作业和洗井等问题，缩短了占井周期，节约了作业费用。
(2) 高压油井免带压作业配套工具性能稳定，液控开关阀开关灵活，可靠。
(3) 高压油井免带压作业检泵管柱结构简单，用井下小修作业设备实现了高压油井的免带压作业，具有良好的推广应用前景。
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