0 引言

普光气田具有高压、高含硫和井深等特点，为保证安全高效开采，气田采用了_ø177.8 mm (7 in)生产套管完井^[1]，开发井生产管柱都采用国外高抗硫材质的永久式封隔器隔采技术^[2]。这种封隔器属于双向卡瓦桥塞式结构，坐封于产层之上，无法像常规封隔器自行解封，须下尾管。常规的修井工艺是先套铣后打捞^[3]，套铣封隔器卡瓦后，尾管失去支撑，会出现封隔器、尾管二次落井和顿弯事故。对于这种封隔器，最经济有效的解除手段就是在套铣封隔器卡瓦及胶筒的同时，工具打捞机构始终处于捞获状态，且不影响钻柱旋转磨铣，当尾管失去支撑后，工具捞住尾管不使其落井，起钻后打捞出全部管柱。笔者对这种封隔器进行了改进，采用磨铣与打捞一体化设计，同时设计有安全退出机构，既提高了施工效率，又保证了出现异常情况时的工具整体退出，保证作业施工的安全。

截至2012年底，结合普光气田井身结构、产出流体性质和生产需要，设计使用了6种不同功能的酸压-生产一体化采气完井管柱^[4]，完井采气管柱出于井筒腐蚀防护考虑^[5]，采用国外引进的抗硫材质永久式封隔器隔采技术。封隔器下部有坐落短节、球座及合金油管等。国外永久式封隔器结构与国内常用的Y445、Y221、Y341和RTTS等封隔器存在较大差异。永久式封隔器结构如图 1所示，主要由上接头、中心管、液压活塞、锚定卡瓦、锁紧机构、密封胶筒及密封件等组成，属于双向卡瓦桥塞式结构，液压坐封。该封隔器上部为插入密封总成，下部为磨铣延伸筒，本体为718材料，卡瓦为铸铁。单一下打捞工具无法实现解封，必须用套铣工具破坏其卡瓦及其坐封机构才能解封打捞。封隔器下部配有磨铣延伸筒，保证打捞器进入延伸筒内并捞获封隔器及尾管。

图 1 永久式封隔器示意图 Fig.1 Schematic diagram of the permanent packer 1-上接头；2-上卡瓦；3-胶筒；4-下卡瓦；5-活塞；6-中心管。

图选项

永久式封隔器套磨铣与打捞一体化工具结构见图 2。该工具可用来在一次下钻作业过程中磨铣和打捞回收永久式封隔器。

图 2 套磨铣打捞一体化工具结构示意图 Fig.2 Structural schematic of integrated millingand fishing tool

图选项

永久式封隔器套磨铣与打捞一体化工具通过上接头与钻柱连接，与钻柱一起下入井内，工具前端的磨鞋主要是用来处理永久式封隔器磨铣延伸筒内的垢或杂物，并引领打捞器进入磨铣延伸筒内。磨铣延伸筒内有一个台阶，打捞器进入到台阶的下部且与辅助胀环配合并胀开，这时套铣头开始套铣永久式封隔器坐封机构(卡瓦)，同时打捞器随着套铣筒一起旋转并始终处于捞获状态，防止永久式封隔器本体和尾管二次落入井内。待磨铣完成后，上提管柱，捞出全部永久式封隔器及尾管。

安全退出机构中心杆上开有螺旋轨道槽，打捞器内壁设有销钉，可在螺旋轨道槽内移动，打捞器外径略大于永久封隔器磨铣延伸筒内径，在摩擦力的作用下保证了打捞器在中心杆上的灵活移动。需要退出时，倒转钻柱，销钉沿螺旋槽向上移动使打捞器与辅助胀环分离并锁死，再上提钻柱，打捞器在磨铣延伸筒台阶的作用下向内收缩，实现脱手，安全退出磨铣延伸筒。

同时，为了保证所制造的套磨铣与打捞一体化工具作业过程中不发生断裂失效, 分别对中心杆和套铣筒的强度进行校核。现场用_ø88.9 mm (3.5 in)钻杆(G105，材料为26CrMo，抗拉强度为847 MPa)抗拉力约1 700 kN，工具强度满足施工安全要求。

普光气田的原料气高含H₂S和CO₂，对普通碳钢有强烈的腐蚀作用，因此选用的国外永久式封隔器本体为718镍基合金，在进行打捞作业时，需要将部分本体套铣掉。而718镍基合金为难磨铣材料，为了保证施工效率，优选了针对镍基合金的硬质合金制造高效套铣头。

镍基合金难磨铣的原因主要有：①镍基合金塑性好^[6-7]，原子结构稳定，因此需要很大的能量才能使原子脱离平衡位置，即磨铣时需要很大的切削力，所需切削力是普通碳钢的2~4倍。②加工硬化严重。随着磨铣的进行，加工硬化严重，在切削热的作用下，其表面会形成硬脆的表层，表面硬度比基体高近1倍。③切削温度高。镍基合金导热系数小，仅为45钢的¼~⅓，刀具与工件摩擦强烈，温度可达1 000 ℃以上。

套铣头磨铣镍基合金主要是通过硬质合金刀头实现对镍基合金的磨铣作用，因此对硬质合金的要求主要包括3个方面:①硬质合金的硬度，主要保证套铣头的使用寿命；②耐磨性，保证刀头比加工硬化后的镍基合金表层具有更高的硬度; ③抗弯强度，主要保证刀头在大切削力下不发生断裂，即不“崩齿”。因此主要通过硬度、耐磨性和抗弯强度3个参数优选硬质合金。在某YG类硬质合金(合金1)、某YT类硬质合金(合金2)、某YW类硬质合金(合金3)、某进口YT类硬质合金(合金4)和某超细晶粒硬质合金(合金5)中进行试验优选，优选结果如表 1所示。合金5为某型号的超细晶粒硬质合金，硬度、耐磨性和抗弯强度均明显高于其余4种硬质合金，最适合作为制造磨铣镍基合金套铣头的硬质合金材料，且满足套铣头对硬质合金使用寿命、硬度和抗弯强度的要求。

中原油田储气库文96储13井完井时封隔器坐封位置与设计深度不符，需打捞出井内永久式封隔器管柱，再重新下入完井管柱。为此, 采用_ø146 mm×1.64 m的针对永久式封隔器的套磨铣与打捞一体化工具进行修井作业^[8-9]。探鱼顶深度2 497.54 m，上提载荷50 kN捞获落鱼，用清水20 m³正循环套磨铣，处理井段2 497.54~2 498.45 m，进尺2.41 m后放空, 起出工具，捞获封隔器及_ø89 mm油管2根+喇叭口。随后下_ø150 mm通井规至2 784.0 m，中途无阻，按照设计要求下入完井管柱投产。整个施工过程按照工具设计目标圆满完成磨铣和打捞任务，节省了大量施工时间和费用。

(1)磨铣打捞一体化技术与常规的修井工艺相比，解决了普通工具适用性差的问题，避免了先套铣后打捞时出现封隔器、尾管二次落井和顿弯事故，同时缩短了施工周期，还可在紧急情况下保证安全退出，降低了施工风险。

(2)针对永久式封隔器本体材料718镍基合金难磨铣的特点，通过硬质合金优选试验，保证了所设计的套铣头选用的硬质合金能够满足高效磨铣718镍基合金的作业要求，提高了打捞一体化工具的针对性和效率。

(3)永久式封隔器生产管柱打捞技术的研发成功，为同类型油田完井管柱的修井作业提供了借鉴，具有显著的经济效益和社会效益。