李志彬，黃毓祥，陳鵬飛，李清濤，劉志偉

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300459)

在海上油田開發(fā)過程中，由于地層流體具有腐蝕性，油氣井套管受到不斷腐蝕，甚至穿孔[1-4]，造成油氣井不能正常生產(chǎn)，威脅油氣井及海上平臺(tái)安全[5-6]。目前,有些海上油氣田已經(jīng)存在嚴(yán)重的套管腐蝕情況[7-10]。在2015—2016年，渤海油田曾在1 700多口井中選了47口井做套損測(cè)試，僅有4口井套管是無損的，14口井套管腐蝕穿孔，其他井套管都有不同程度的腐蝕，腐蝕比例高達(dá)91%。

通常情況下，對(duì)于套管腐蝕損壞的油氣井，采用堵漏技術(shù)、重新側(cè)鉆、內(nèi)補(bǔ)貼套管或者套管回接器等技術(shù)措施進(jìn)行補(bǔ)救[11-17]?；瘜W(xué)堵漏或擠水泥堵漏一般用于距離井口較遠(yuǎn)的下部套管；海上平臺(tái)重新側(cè)鉆費(fèi)用過高，內(nèi)補(bǔ)貼套管又多采用膨脹管膨脹補(bǔ)貼，膨脹后殘余應(yīng)力過大，密封不嚴(yán)，且縮小了內(nèi)通徑，影響后續(xù)作業(yè)。

套管回接技術(shù)可以臨時(shí)將腐蝕套管段以下的井筒密封隔離，將自由段的腐蝕套管切割并起出，用工具套銑到好的套管段，下入套管回接管柱，套入到井中的套管并卡住，通過密封裝置實(shí)現(xiàn)有效密封[18-22]。因此，套管回接技術(shù)對(duì)于有效恢復(fù)海上油氣井井筒的持久完整性，保障井筒安全和正常生產(chǎn)是很有必要的。本文主要針對(duì)?244.475 mm(9英寸)套管回接器開展研究，并通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證了其可靠的性能。

1 套管回接器內(nèi)徑設(shè)計(jì)依據(jù)

2 新型套管回接器工具設(shè)計(jì)

套管回接工具主要由抓撈機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)和導(dǎo)引機(jī)構(gòu)3部分組成，自上而下包括上接頭、延長(zhǎng)筒、本體、引鞋等。抓撈機(jī)構(gòu)主要由頂部接頭、筒體和籃式卡瓦組成；密封機(jī)構(gòu)由2個(gè)燕尾型密封及保護(hù)套組成；導(dǎo)引機(jī)構(gòu)由控制環(huán)、引鞋組成，同時(shí)可配合延伸筒使用，增加選擇性回接功能。回接器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

套管回接器總長(zhǎng)度(含延長(zhǎng)筒)3 500 mm；采用籃式卡瓦設(shè)計(jì)，鎖緊力不小于700 kN；卡瓦定位環(huán)內(nèi)部使用硫化橡膠，外部加工“O”形圈密封環(huán)槽；內(nèi)密封材料選用具有耐油、耐弱酸、耐弱堿性能的氫化丁腈橡膠，密封壓力不小于20.7 MPa (3 000 psi)。耐溫≥120 ℃；密封壓力≥20 MPa；軸向承受拉力為1 000 kN。本體、卡瓦、定位環(huán)基體均選用含Cr、Mn等元素的合金鋼材料。

1-頂部接頭；2-密封圈Ⅰ；3-延伸筒；4-筒體；5-保護(hù)套；6-燕尾型密封；7-籃式卡瓦；8-控制環(huán)；9-密封圈Ⅱ；10-引鞋。圖1 ?244.475 mm(9英寸)回接器結(jié)構(gòu)

3 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 回接筒密封

回接筒主密封采用W型密封形式，達(dá)到雙向密封功能。經(jīng)過不斷優(yōu)化，采用導(dǎo)入角+內(nèi)角結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使套管更容易插入到回接筒中，保證密封能力。膠圈實(shí)物如圖2所示。

圖2 膠圈實(shí)物

針對(duì)密封機(jī)構(gòu)，在控制環(huán)外側(cè)設(shè)計(jì)2道密封圈；在控制環(huán)內(nèi)側(cè)有硫化Y型的密封環(huán)。套管回接后，控制環(huán)與套管外壁密封，籃式卡瓦在W型密封和控制環(huán)密封之間，不與井筒內(nèi)流體接觸，也不與套管外的流體接觸，沉浸在保護(hù)液當(dāng)中，處于較為理想的工作環(huán)境，避免受到腐蝕，可延長(zhǎng)卡瓦的使用壽命。

3.2 籃式卡瓦

圖3 籃式卡瓦實(shí)物

3.3 扶正引鞋

普通的扶正引鞋采用正螺旋導(dǎo)向設(shè)計(jì)，內(nèi)側(cè)倒角，端部成尖狀。在工具下放到接近老井套管割口位置，緩慢旋轉(zhuǎn)并下放，可使老井套管進(jìn)入其中，引導(dǎo)套管進(jìn)入回接器本體內(nèi)。在回接過程中同時(shí)起到一定的扶正作用。

在常規(guī)引鞋基礎(chǔ)上，本工具設(shè)計(jì)了一種加長(zhǎng)帶孔引鞋。加長(zhǎng)引鞋外壁開一些不同直徑的圓孔。回接時(shí)，先利用引鞋使回接工具套入套管，控制回接工具的位置，留出開孔位置，實(shí)現(xiàn)管柱內(nèi)外相通，可實(shí)現(xiàn)回接過程中的注水泥作業(yè)；注水泥作業(yè)完畢后，進(jìn)行回接作業(yè)，侯凝，實(shí)現(xiàn)注水泥回接工藝。

3.4 加長(zhǎng)筒

加長(zhǎng)筒上下扣型與工具上接頭下端扣型相同。加長(zhǎng)筒用于延長(zhǎng)回接器與老井套管重疊長(zhǎng)度，可增加W密封與套管外壁的密封接觸次數(shù)，可回避具備密封效果不佳位置，同時(shí)可增強(qiáng)回接后管柱的穩(wěn)定性。作業(yè)時(shí)可根據(jù)作業(yè)需求確定是否加長(zhǎng)筒。

4 套管回接配套輔助裝置設(shè)計(jì)

4.1 端口磨銑工具

圖4 套管端面磨銑工具

圖5 ?244.475 mm(9英寸)套管端面磨銑工具試驗(yàn)結(jié)果

4.2 外壁刮銑工具

外筒連接處采用套銑管扣(雙極螺紋)，雙極螺紋具有以下優(yōu)點(diǎn)：①雙級(jí)螺紋的第1級(jí)和第2級(jí)的起端一致，軸向誤差小于0.05 mm，連接強(qiáng)度高；②密封依靠金屬臺(tái)肩密封，上、卸扣方便，使用壽命長(zhǎng)；③螺紋聯(lián)接部位的內(nèi)外徑一致，無臺(tái)階，外徑相對(duì)較小，通徑相對(duì)較大。

彈性刮刀經(jīng)過調(diào)質(zhì)，校直后，經(jīng)多次試驗(yàn)后形變量穩(wěn)定且會(huì)回彈效果良好。彈性刮銑刀片在筒內(nèi)呈錯(cuò)位排布，圍成360°，如圖6所示。當(dāng)套管進(jìn)入到筒內(nèi)后，刀翼片被擴(kuò)張，刮銑片還維持1個(gè)有效的圓環(huán)，把套管包裹住，能有效刮銑外壁。

圖6 彈性刮銑刀片

圖7 刮銑前后套管外壁對(duì)比

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

南海西部某油田A11井是1口生產(chǎn)水平井。該井因?244.475 mm(9英寸)套管腐蝕穿孔而存在安全隱患，需要更換腐蝕穿孔的?244.475 mm(9英寸)套管，回接新的?244.475 mm(9英寸)套管，從而消除安全隱患，恢復(fù)注水。套管數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 ?244.475 mm(9英寸)套管基本數(shù)據(jù)

表1 ?244.475 mm(9英寸)套管基本數(shù)據(jù)

名稱公稱質(zhì)量/(kg·m-1)( lb·ft-1)鋼級(jí)扣型下深/m原套管69.9(47)N80BTC2 850.04回接套管79.6(53.5)L803S

圖8 組合下入?244.475 mm(9英寸)套管端面磨銑和外壁清刮工具

圖9 組合下入?244.475 mm(9英寸)套管回接工具

倒好固井流程，固井泵泵入密度為1 900kg/m3的水泥漿29 m3，停固井泵，倒閥門，釋放膠塞，泥漿泵、固井泵泵入頂替液(海水)52 m3，碰壓6.89 MPa(1 000 psi)，繼續(xù)泵入，附加壓力3.45 MPa (500 psi)。測(cè)得管柱上提懸重750 kN、下放懸重700 kN，緩慢下放管柱至1 505.5 m，即，回接器止動(dòng)位置，下壓100 kN，補(bǔ)接到位，緩慢過提150 kN，使回接器卡瓦抓牢套管，固井泵泄壓，檢查持續(xù)有少量回流。憋壓候凝。48 h后泄套管內(nèi)壓力，檢查無回流現(xiàn)象，套管回接成功。

6 結(jié)語

1) 新型套管回接工具主要由抓撈機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)和導(dǎo)引機(jī)構(gòu)3部分組成。通過對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及配套輔助裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)合理，其性能滿足作業(yè)需求。

2) 在A11井?244.475 mm(9英寸)套管換套修井作業(yè)中的成功應(yīng)用，證明了該套管回接器的工作性能安全可靠。建議在海上油氣田修井作業(yè)中推廣應(yīng)用，進(jìn)一步消除因套管腐蝕損壞導(dǎo)致的油氣田生產(chǎn)安全隱患。