防返吐保压候凝挤堵封井管柱的研制

防返吐保压候凝挤堵封井管柱的研制

0挤堵封井管柱低渗非均质注水开发进入中后期开发阶段，高渗主力油层基本被洪水淹没，所有油田的综合含水量和生产能力自然降低。油井底部断面高压封水，主要防止关闭，关闭及变形封路及相对独立封路。这是老油田稳定发展的主要措施。关闭井应充满天然气。目前各油田绝大部分挤堵封井施工使用光油管挤注管柱,也有部分油田使用单封保护上层挤堵下层挤堵封井管柱,这2种挤堵封井管柱在油田堵水堵漏、封井侧钻和油层剖面改造等稳产措施中取得了一定的效果,目前仍在使用且发挥着积极的作用。但是随着油田的开发进程,老油田对挤堵封窜管柱要求更加苛刻。对于套损、套窜严重的井,采用上述2种挤堵封井管柱无法控制堵剂的去向,若候凝时间掌握不好,在起钻时可能出现堵剂返吐,挤堵效果差,同时可能会污染保护层;若不能及时起出管柱则可能出现堵剂凝固,管柱工具无法起出而造成事故。基于上述问题,中原油田分公司采油工程技术研究院于2007年研制成功一种能够实现挤完堵剂立即起钻即可阻断目的层防返吐保压候凝挤堵封井管柱。该管柱由可钻插管封隔器和井下机械开关组成,能够实现封隔器下入、坐封、丢手以及堵剂挤入一趟管柱完成,完成堵剂顶替就立即起管柱且堵剂不会返吐,满足地层高压挤堵剂和带压起钻不返吐的施工要求,达到封堵地层、填充井眼的目的。现场试验8口井,施工成功率100%,该挤堵封井管柱能够保证挤堵封井措施的安全有效施工,可为挤堵下层和报废井眼填充封井提供完善的技术支持。1技术分析1.1凝挤堵封井管柱图2防返吐保压候凝挤堵封井管柱如图1所示。挤注管左端是油管连接螺纹,外圆表面有密封圈组,中部有坐封传压孔,右端有锁块方孔组和公制连接螺纹;心轴中部外表面有锯齿形锁扣,右端有传压孔和公制连接螺纹;剪切球座外圆有密封圈和环形剪钉槽;推拉杆左端是公制连接螺纹,中部有流体排出孔组,右端外圆有一环形推拉凸台,密封活塞左端有弹性锁爪、液体流通槽,外圆表面有密封圈组,右端有缩径内凸台;开关主体为盲孔,左端是公制螺纹,螺纹末端有环形扩孔槽,中部有均布的4个径向出液孔。心轴套挤注管上正好使其右端的传压孔在同一横截面上,同时密封圈组密封其配合间隙;卡瓦组件、锥体、胶筒保护环、胶筒密封组件、锁环套、锁环和坐封活塞依次套在心轴上;活塞座套在挤注管右端,并与心轴公制螺纹连接;锁块组从挤注管的右端中心孔由里向外安装在锁块方孔组内,再从挤注管的右端中心孔装入剪切球座,正好限制了锁块组的轴向移动并上好坐封力控制剪钉,同时锁块组限定了活塞座和挤注管的相对位置形成一个整体;推拉杆螺纹连接在挤注管的右端;将密封活塞装入开关主体内,从推拉杆右端套入,并使开关主体与活塞座下端螺纹连接组成防返吐保压候凝挤堵封井管柱;施工时从井口投入钢球即可。1.2胶筒密封压压顶出孔工具的使用施工时将该管柱的挤注管接于油管下端并下到设计位置,密封钢球在施工时从井口投入密封管柱,从井口加压坐封活塞推动锁环套相对心轴上行,使胶筒密封组件轴向压缩径向扩大密封油套环空、卡瓦组件径向开裂沿锥体向外扩张卡在套管内壁上,锁环沿心轴上行锁定在心轴中部外表面的锯齿形锁扣上,使胶筒密封组件、卡瓦组件、锁定组件以及心轴形成一个整体,锚定在套管内壁并且密封油套环空。提高压力使坐封力控制剪钉剪断,剪切球座、密封钢球下移到推拉杆内孔的最下端,打开流体通道,同时锁块组失锁。流体通过推拉杆中部流体排出孔组、密封活塞上端的液体流通槽以及开关主体中部有径向出液侧孔组进入地层完成挤注顶替。上提油管使推拉杆上行挂在密封活塞上端的卡簧锁爪上,并带动密封活塞同步上行使其外圆表面密封圈组密封在开关主体中部的径向出液侧孔组的两边,同时密封活塞上端的卡弹性锁爪上行到开关主体螺纹末端的环形扩孔槽内,其上行遇阻径向扩张,与提挂头脱离,工具丢手起出油管,完成挤注起钻关闭保压候凝全过程。如果需要打开时,下放管柱,提挂头推动密封活塞下端的缩径内凸台再次打开,开关是没有次数限制的。该工具用于挤堵调剖,需要钻塞完成后期处理,同时该挤堵管柱可用于压裂酸化,如果用于压裂酸化则通过套铣捞取即可完成处理。1.3外接螺纹、干扰外径:112mm;长度:800mm;外接螺纹:73mm(278(278英寸)TBG;耐压:60MPa;耐温:150℃;下入深度:小于4000m。1.4封隔器及开关(1)该挤堵封窜管柱能够使机械投送坐封丢手、挤入堵剂、开关关闭一趟完成,实现带压起钻不返吐;(2)中心管和封隔器及开关采用锁块连接,剪切球座控制,打开通道卸压即可实现井下工具丢手,使坐封丢手简单顺利可靠;(3)封隔器及密封开关全部采用可钻材料,并设计了防转机构,后期处理后井下不留落物;(4)开关采用弹性爪式结构,并设计了液压平衡功能,其开、关动作完全是通过上提管柱强制性完成,关闭可靠,同时完成开关动作时无需克服地层压力。2内部测试2.1试验设备和工具试验设备及工具包括专用试验套管短节、电动试压泵、井下工具试验台、液压拉拔试验机、管钳和行吊等。2.2模仿压力试验及抗内压试验(1)坐封试验,防返吐保压候凝挤堵封井管柱整体放入专用试验套管短节内直立固定,投球并在挤注管上连接试压接头及试压泵加压到工具坐封丢手,完成坐封试验;(2)模仿挤注压力试验及抗内压试验,工具两端固定在液压拉拔试验机上,继续加压达到设计的耐压指标,完成模仿挤注压力试验及抗内压试验;(3)开关关闭及打开所需的作用力试验,工具两端固定在液压拉拔试验机上,用拉拔机拉挤注管使密封开关打开、再推入,使密封开关关闭完成开关所需的作用力试验;(4)模仿密封地层压力试验,在开关关闭的状态下,从套管接泵加压达到设计压力指标即可;(5)管柱卡瓦卡定力试验,拉拔机推管柱达到现场使用要求。2.3坐封试验结果经过多次室内试验,该防返吐保压候凝挤堵封井管柱坐封卡瓦爆裂压力为8.0MPa时,坐封丢手压力20.0MPa,挤注压差及抗内压试验60.0MPa,开关关闭后套管试压50.0MPa,开关关闭及打开所需的推拉作用力11.4～12.8kN,卡瓦锚定力试验508.60kN,整个坐封试压过程管柱不刺不漏,卡瓦未松动,室内试验结果达到设计标准,满足现场施工要求。3井底压力施工情况该防返吐保压候凝挤堵封井管柱从2008年8月—2009年10月共试验8口井,现场试验结果见表1。现场试验数据中,下井最深为文13-423井,深度为3349m;施工压力最高为文209-7井,其施工压力为41MPa,8口井均完成挤堵封井施工,起钻时起到了关闭封堵层、带压起钻不返土和保压候凝的作用,达到施工目的。现场试验表明,该管柱能够用于油水井下部层段堵水堵漏主层上返归位、封堵地层侧钻更新套管和报废井眼填充封井等措施施工中,满足高压挤堵封窜和带压起钻不返吐的施工要求,为老油田挤堵封井工艺提供了技术支撑。4管柱挤注施工,进行口挤注管柱挤注施工。两(1)该项目结合了国内外油田挤堵封井管柱最新技术,设计的机械开关、空心可钻封隔器组合的防返吐保压候凝挤堵封井管柱结构合理新颖可行,能够通过井口油管加压使封隔管柱完成