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[摘 要]油田开发进入中后期以后,由于地质和工程因素的影响,作业施工越来越复杂。在常规井作业时,由于有落物或者套变出现拔不动情况,形成事故井;在大修和压裂井施工中,出现井下管柱遇卡的现象更多,约占施工总数的40%~60%。在大量的解卡打捞工作中,机械倒扣法是解决这类施工井的较好措施。
[关键词]倒扣法;中和点;卡点;应力
中图分类号:TQ639.2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)27-0381-01
1 解卡施工
在处理解卡的施工过程中,一般采取以下几种技术方案: ①大力活动管柱解卡; ②取出卡点以上管柱法解卡; ③震击解卡; ④钻磨铣套法解卡。活动管柱法解卡对管杆柱的寿命影响大,尤其是对管杆柱使用年限长的井,大力活动管柱会很快缩短管杆柱的使用寿命。使用震击法解卡,由于目前缺少此类震击器工具(国产的使用效果差,进口的又缺乏),无法进行实效性判断。钻磨法施工难度大,技术含量高,是一种万不得已才采用的方法。取出卡点以上管柱可以采用聚能切割弹切割法、爆炸松扣法、机械割刀法和机械倒扣法,受到现有的工具条件和操作技术水平限制,前3种方法很少采用,主要是采用机械倒扣法进行处理。相对而言,机械倒扣法(简称倒扣法)对管杆柱的寿命影响小,操作也比较容易掌握,一旦熟练掌握这门技术,可以使绝大多数解卡井得到较好的处理效果。
2 倒扣法的原理
倒扣法原理是:使欲倒扣的管或杆在上提拉力的作用下,正好处于中和点的位置,这样这根管或杆处于既不受拉,又不受压的受力状态,然后对解卡管柱施加反向扭矩,扭矩通过解卡管杆柱作用在欲倒开的管杆接箍上,使该管杆卸扣与被卡管柱脱开,上提倒扣打捞管柱,将倒开的管杆柱取出。倒扣法的技术关键是使欲倒开的管或杆处于中和点位置,找准中和点的位置是倒扣成功的先决条件。中和点的位置反映在井口就是大钩的指重表指示拉力大小,在井内管柱遇卡的状态下,指重表拉力决定井下哪根管杆处于中和点位置。目前,对中和点的确定主要采用如下经验公式计算:
L=P/q
式中L代表中和点深度(m);P代表指示拉力(kN),从指重表上直接读出;q代表每米管、杆在
井液中的重量(N/m)。
q=mg-f浮=mg-ρgV排
式中mg代表每米管或杆的重量;f浮代表管或杆在井液中所受的浮力;ρ代表井液的密度;V排代表每米管或杆排开井液的体积。f浮与油井沉没度相关,油井的沉没度一般在150~300 m左右,对于每米油管的浮力平均为9×10-3~18×10-3N/m。在现有的沉没度条件下浮力对计算的影响很小,一般可以采用数值修正的办法,即在计算出的拉力上减掉1~2 kN即可。L的确定对于倒扣打捞来说就是卡点的位置,对于卡点的确定有理论计算和经验公式的方法,理论计算
L=EAl/105P
式中L代表卡点深度(m);E表示钢材的弹性模量(MPa);A表示被卡管柱的截面积(m2);l表示管柱平均伸长量(cm);P表示平均上提拉力(kN)。在施工现场,常用的经验公式:
L=Kl/P;K表示计算系数。
例如:某井21⒊″油管,钢级J-55,下57 mm整筒泵,下泵深度962 m,管柱遇卡拔不动,计算
其遇卡深度。试提三次,平均负荷300 kN,管柱平均伸长1.15 m。使用理论公式计算L=EAl/105P=923.12 m。使用经验公式计算L=Kl/P=921.15 m。由此可以看出,经验公式和理论公式计算结果大致相同,可以认为经验公式的结果是可行的。计算出来的卡点位置就是要倒扣的管杆中和点位置,把卡点作为中和点进行倒扣,即可把卡点以上的管、杆柱取出。确定上提拉力P,则P=qL。利用上例计算数据,P=104 kN,这样就确定了大钩指重表在倒扣时的指示拉力。如果该井的沉没度高,还应酌减指示拉力1~3 kN。综上所述,只要通过简单的计算,就可以确定出卡点的位置和倒扣时应保持的大钩指重表拉力值,用这两个关键的数值来指导倒扣施工,就能够顺利取出卡点以上管柱。如果通过查阅井史和历次施工情况,施工前预知了卡点位置,则可以直接预算出上提拉力的大小,进行倒扣处理。若不知道卡点位置,出现拔不动管柱情况需要倒扣时,则应采取以下施工步骤:①试提管柱之前在井口做一个标记,在管柱许用拉力范围内,试提管柱3次,记下指重表的拉力和管柱伸长量;②取上提拉力和伸长量的算术平均数,计算出卡点位置;③计算出上提拉力,用此拉力上提倒扣管柱,即可倒出卡点以上管柱。
3 注意事项
在倒扣过程中,经常出现两种情况:一是找不准倒扣点位置,需要进行反复几次倒扣才能将卡点以上管柱倒出;二是在倒扣过程中,将井内管柱倒散,造成多次打捞。分析这两种情况:一是因为没有掌握好上提力的大小,造成中和点位置不准,使倒扣没有在卡点和中和点重合位置就开始;二是因为倒扣力矩不恰当和倒扣经验不足。在开始倒扣前,应在倒扣点上提力的悬重下,正转管柱,边转边缓慢下放管柱,直到指重表懸重为0。把井内管柱上紧扣,然后再开始倒扣,倒扣力矩按照推荐的数值进行。在倒扣过程中应随时注意指重表的变化,倒扣开始时指重表应有波动,当倒扣到10~15圈时,就应停止倒扣。上提管柱起管,如果此时不停止倒扣,就很容易将井内的管柱倒散。以上的情况是针对油管倒扣作的说明,对于钻杆和抽油杆倒扣,步骤、要求和油管倒扣一致,特别是抽油杆倒扣,应使用抽油杆倒扣器进行倒扣,以防发生事故。在倒扣时应使用液压钳,禁止用手工倒扣。
4 施工实例
2013年5月,施工**井过程中,管柱拔不动,试提三次,负荷300 kN,管柱平均伸长117 cm,预算出管柱在945 m处遇卡,决定倒出遇卡管柱。根据公式计算确定大钩负荷107 kN,首先保持110 kN悬重将井内管柱上紧扣,然后保持107 kN悬重倒扣,倒扣扭拒1 800 N·m,将井内105根油管倒出,使该井顺利实现下步施工。
5 结束语
油田修井作业故障的原因种类繁多,卡钻是油田修井作业中存在的比较普遍的故障之一,其不仅影响了油田正常开采工作的顺利进度,更是给油田的开采开发增加了难度。本文从修井作业中卡钻故障的原因、故障判断方法入手,对常见解卡方法及解卡在实际中的应用进行分析。从而为解除卡钻故障提供实践指导。
参考文献
1.张三旺. 油田修井作业质量管理存在的问题及解决策略[J]. 中国石油和化工标准与质量. 2012(08)
2.秦龙. 井下液力解卡工艺技术浅析[J]. 化工之友. 2007(13)
[关键词]倒扣法;中和点;卡点;应力
中图分类号:TQ639.2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)27-0381-01
1 解卡施工
在处理解卡的施工过程中,一般采取以下几种技术方案: ①大力活动管柱解卡; ②取出卡点以上管柱法解卡; ③震击解卡; ④钻磨铣套法解卡。活动管柱法解卡对管杆柱的寿命影响大,尤其是对管杆柱使用年限长的井,大力活动管柱会很快缩短管杆柱的使用寿命。使用震击法解卡,由于目前缺少此类震击器工具(国产的使用效果差,进口的又缺乏),无法进行实效性判断。钻磨法施工难度大,技术含量高,是一种万不得已才采用的方法。取出卡点以上管柱可以采用聚能切割弹切割法、爆炸松扣法、机械割刀法和机械倒扣法,受到现有的工具条件和操作技术水平限制,前3种方法很少采用,主要是采用机械倒扣法进行处理。相对而言,机械倒扣法(简称倒扣法)对管杆柱的寿命影响小,操作也比较容易掌握,一旦熟练掌握这门技术,可以使绝大多数解卡井得到较好的处理效果。
2 倒扣法的原理
倒扣法原理是:使欲倒扣的管或杆在上提拉力的作用下,正好处于中和点的位置,这样这根管或杆处于既不受拉,又不受压的受力状态,然后对解卡管柱施加反向扭矩,扭矩通过解卡管杆柱作用在欲倒开的管杆接箍上,使该管杆卸扣与被卡管柱脱开,上提倒扣打捞管柱,将倒开的管杆柱取出。倒扣法的技术关键是使欲倒开的管或杆处于中和点位置,找准中和点的位置是倒扣成功的先决条件。中和点的位置反映在井口就是大钩的指重表指示拉力大小,在井内管柱遇卡的状态下,指重表拉力决定井下哪根管杆处于中和点位置。目前,对中和点的确定主要采用如下经验公式计算:
L=P/q
式中L代表中和点深度(m);P代表指示拉力(kN),从指重表上直接读出;q代表每米管、杆在
井液中的重量(N/m)。
q=mg-f浮=mg-ρgV排
式中mg代表每米管或杆的重量;f浮代表管或杆在井液中所受的浮力;ρ代表井液的密度;V排代表每米管或杆排开井液的体积。f浮与油井沉没度相关,油井的沉没度一般在150~300 m左右,对于每米油管的浮力平均为9×10-3~18×10-3N/m。在现有的沉没度条件下浮力对计算的影响很小,一般可以采用数值修正的办法,即在计算出的拉力上减掉1~2 kN即可。L的确定对于倒扣打捞来说就是卡点的位置,对于卡点的确定有理论计算和经验公式的方法,理论计算
L=EAl/105P
式中L代表卡点深度(m);E表示钢材的弹性模量(MPa);A表示被卡管柱的截面积(m2);l表示管柱平均伸长量(cm);P表示平均上提拉力(kN)。在施工现场,常用的经验公式:
L=Kl/P;K表示计算系数。
例如:某井21⒊″油管,钢级J-55,下57 mm整筒泵,下泵深度962 m,管柱遇卡拔不动,计算
其遇卡深度。试提三次,平均负荷300 kN,管柱平均伸长1.15 m。使用理论公式计算L=EAl/105P=923.12 m。使用经验公式计算L=Kl/P=921.15 m。由此可以看出,经验公式和理论公式计算结果大致相同,可以认为经验公式的结果是可行的。计算出来的卡点位置就是要倒扣的管杆中和点位置,把卡点作为中和点进行倒扣,即可把卡点以上的管、杆柱取出。确定上提拉力P,则P=qL。利用上例计算数据,P=104 kN,这样就确定了大钩指重表在倒扣时的指示拉力。如果该井的沉没度高,还应酌减指示拉力1~3 kN。综上所述,只要通过简单的计算,就可以确定出卡点的位置和倒扣时应保持的大钩指重表拉力值,用这两个关键的数值来指导倒扣施工,就能够顺利取出卡点以上管柱。如果通过查阅井史和历次施工情况,施工前预知了卡点位置,则可以直接预算出上提拉力的大小,进行倒扣处理。若不知道卡点位置,出现拔不动管柱情况需要倒扣时,则应采取以下施工步骤:①试提管柱之前在井口做一个标记,在管柱许用拉力范围内,试提管柱3次,记下指重表的拉力和管柱伸长量;②取上提拉力和伸长量的算术平均数,计算出卡点位置;③计算出上提拉力,用此拉力上提倒扣管柱,即可倒出卡点以上管柱。
3 注意事项
在倒扣过程中,经常出现两种情况:一是找不准倒扣点位置,需要进行反复几次倒扣才能将卡点以上管柱倒出;二是在倒扣过程中,将井内管柱倒散,造成多次打捞。分析这两种情况:一是因为没有掌握好上提力的大小,造成中和点位置不准,使倒扣没有在卡点和中和点重合位置就开始;二是因为倒扣力矩不恰当和倒扣经验不足。在开始倒扣前,应在倒扣点上提力的悬重下,正转管柱,边转边缓慢下放管柱,直到指重表懸重为0。把井内管柱上紧扣,然后再开始倒扣,倒扣力矩按照推荐的数值进行。在倒扣过程中应随时注意指重表的变化,倒扣开始时指重表应有波动,当倒扣到10~15圈时,就应停止倒扣。上提管柱起管,如果此时不停止倒扣,就很容易将井内的管柱倒散。以上的情况是针对油管倒扣作的说明,对于钻杆和抽油杆倒扣,步骤、要求和油管倒扣一致,特别是抽油杆倒扣,应使用抽油杆倒扣器进行倒扣,以防发生事故。在倒扣时应使用液压钳,禁止用手工倒扣。
4 施工实例
2013年5月,施工**井过程中,管柱拔不动,试提三次,负荷300 kN,管柱平均伸长117 cm,预算出管柱在945 m处遇卡,决定倒出遇卡管柱。根据公式计算确定大钩负荷107 kN,首先保持110 kN悬重将井内管柱上紧扣,然后保持107 kN悬重倒扣,倒扣扭拒1 800 N·m,将井内105根油管倒出,使该井顺利实现下步施工。
5 结束语
油田修井作业故障的原因种类繁多,卡钻是油田修井作业中存在的比较普遍的故障之一,其不仅影响了油田正常开采工作的顺利进度,更是给油田的开采开发增加了难度。本文从修井作业中卡钻故障的原因、故障判断方法入手,对常见解卡方法及解卡在实际中的应用进行分析。从而为解除卡钻故障提供实践指导。
参考文献
1.张三旺. 油田修井作业质量管理存在的问题及解决策略[J]. 中国石油和化工标准与质量. 2012(08)
2.秦龙. 井下液力解卡工艺技术浅析[J]. 化工之友. 2007(13)