大斜度注水井毛细管液压投捞测调技术研究.pdf

2 0 1 4年第4 2卷第7期 石 油机械 CHI NA P ET ROL E UM MAC HI NERY ●油气 田开发工程 大斜度注水 井毛细 管液压投捞测调技术研 究 贾庆升 孙金峰 王 磊 Re t r i e v a b l e Ca p Te c h ni q u e s f o r 罗 杨谭 云贤 胜利 油田分公 司采 油工艺研 究院 i l l a r y Hy d r a ul i c Te s t i ng a nd Re g u l a t i ng Hi g h l y De v i a t e d Wa t e r I n j e c t i o n We l l J m Q i n g s h e n g S u n J i n f e n g Wa n g L e i L u o Y a n g T a n Y u n x i a n ．． R e s e n r c e 尸 r 0 d T e c h n o l o g y ，S I NO P E C S h e n g l i O i lfie l d C o m p a n y A b t r a c t f ’。 t h e w t e r fl 。 。 d fl o w r e g u l a t o r d e p l 。 Y e d i n d e v i a t e d w a t e r i n j e c t i o n w e 1 1 ， t h e t r a c t i v e f 0 r c e o f t h e s t ll 1g 柚 d c 0 n v e y a n c e t 0 0 l i s n 0 t g r e a t e n o u g h f 0 o v e r c o lT l e th e f r i c t i o n a l f o r c e ， c a u s i n g s l a c k o ff 0 r d e p l o y m e n t u n a bl e t 。 。 h t h e t r g 。 t d 。 pt h Du r i n g fis hi n g o p e r a t i o n i n d e v i a t e d we l l b o r e s，t he fl 0 w r e g u l a t o r ma n d r e l i s d i f f i c u l t c 0 山 n g a g m m t h e h 0 i n g ， w h i c h is p r o n e t 0 r e s u h in a g r e a t fi s h i n g f o r e e t o c a u s e a p u ll i n g o ff a c c i d e n t． T o a d ． r e s s t h e i s s u e s t h e r e r i e V a b l e c a p i l l a r y h y d r a u l i c t e c hn o l o g y i s s t u d i e d ，a n d t h e e x p a n d a b l e h y d r a u l i c c 0 n v e v a n c e d e V c e a n d s l p‘ t y p e h y d r a u l i c fis h e r a r e d e v e l o p e d ．Th e t e s t r e s u l t s s h o we d t h a t t h e c a pi l l a r y h y d r a u l i c c o n t r o 1 t e c h ． n o l 0 g Y c o u l d a c h i e v e d0 wn h o l e t o o l r e mo t e c o n t r o l t o e n s u r e t h e s e p a r a t e l a y e r me a s u r i n g a n d r e g u l a t i n g i n t h e d e v i ． a t e d we l l b o r e s ． Th e e x pa nd a b l e h y d r a u l i c c o n V e y a nc e d e V i c e c o u l d i mpr o v e t h e c o n v e y a n c e s u c c e s s r a t e o f no wme t e r a n d c 0 n V e y a n c e t o o l i n h i g h l y d e v i a t e d we l l bo r e s ， ma k i n g t h e me a s u r in g a nd r e g u l a t i n g i n s 0 me hi g h l y d e v i a t e d w。 J J b 叫e a c h i e v a b l e ． T h e s l i p t y p e h y d r a u l i c fi s h e r c o u l d p r o v i d e a d d i t i o n a l fi s h i n g f o r c e t o fi s h t h e fl o w r e g u l a t 0 r ma n d r e l i n hi g h l y d e v i a t e d we l l b o r e s ， t h u s i mpr o v i n g t h e fi s hi n g S UC C e s s r a t e ． Ke y wo r d s h i g h 1 y d e v i a t e d we l l ； c a p i l l a ry ；h y d r a u l i c ； c o n v e y i n g a n d fi s h i n g ；me a s ur i n g a nd r e g ul a t i n g； e x Pa nd a b l e r u b b e r s l e e v e； e l a s t i c c e n t r a l i z e r ； h y d r a u l i c b o o s t e r； r e i n f o r c e d f i 8 h i n g O 引 言 对于配水工具处于斜井段的分层注水井 ，测试 和投捞工具在斜井段井斜方 向的牵引分力随井斜的 增大逐渐减小 ，牵引力无法克服其摩擦阻力 ，造成 仪器下放遇阻或不到位 ；打捞时，钢丝垂直方 向的 拉力使配水心子容易偏心受力 ，同时注人水会使其 ， 基金项 国 家 科 技 重 大 专 项 “大 型 油 气 田 及 煤 层 气 开 发 ” 之 子 课 题 ‘ ‘ 胜 利 油 田薄 互 层 低 渗 透 油 田 开 发 示 范 工 程 ”2 0 1 1 Z X 0 5 0 5 1 ’ ’ 一⋯。 ⋯⋯ ～。工 法 打液 各 量水 l。 无 ，式器 流配 M 力开 张 仪段 现 趣 引 脱扩下 井 实 牵筒了井斜可 一 一 一 一 一 一 一 一 一 向 工 研 完 高 捞 方 器 套 可 提 打 ．，、 一 一 一 一 一 ～ 一 一 井 配 并 技 送 增 正 H 壮 捞 心 测 管 张 卡 葛 筒 投 水 捞 细 扩 ； 胶 一 ～ 一 一 一 一 一 测 时 液 应 实 测 动 h 跚 锨 徽 删 蚴 井 打 细 明 顺 的 拨 栅 锄 棚 A 的 到 究 结 测 度 供 一．，- 段 不 研 验 层 斜 提 明 确 一 一 一 一 一 一 一 一 斜 阻 此 。段 现 心 哺 龃 舭 氛 搬 舰 妯 具 下 故 打 证 ，为 一 工 器 事 力 保 率 ， 力 至 瓦 距 的 的 司 分 妊 慨 钝 酚 糇 徘 搬 斑 悃 一 7 8一 石 油机械 2 0 1 4年第4 2卷第 7期 腐蚀结垢 ，配水心子不易与配水器工作筒脱开 ，打 捞力偏大 ，甚至造成拔脱事故 J 。鉴于此 ，研究 了大斜度分注井毛细管液压投捞测调技术，并配套 研制了扩张式液力推送器和卡瓦式液压增力投捞器。 扩张式液力推送器采用扩张胶筒和皮碗 2种形 式 ，通过毛细管液压控制胶筒膨胀 ，使油管注水通 过胶筒与油管的间隙 ，依靠间隙过水的动力推动测 试或投捞工具下 行 4 ；打捞 作业 时，通过 毛细管 控制液压 ，采用卡瓦锚定 、液压活塞增力的方式 ， 在卡瓦扶正居中受力状态下使配水心子顺利脱出工 作筒 。 1 扩张式液力推送器 1 ． 1 结构 及 工作原 理 扩张式液力推送器包括胶筒膨胀部分和扶正部 分 ，其下端可根据需要安装液力投送器和液力投送 流量计 ，投送器和流量计结构分别见 图 1 、图 2 。 1 一扩张胶筒 ；2 一扶正器 ；3 一 投送头 。 图 1液 力 投 送 器 Fi g ．1 Hy d r a u l i c c o nv e y a nc e de v i c e 2 1 一 扩张胶筒 ；2 --扶正器 ；3 --流量计。 图 2液 力投 送 流量 计 F i g ． 2 Hy d r a u l i c c o n v e y e d flo wme t e r 井下投送配水心子和流量计时 ，通过地面毛细 关。胶筒骨架层主要有钢丝和帘布 2种 ，胶筒胶料 管绞车输送扩张式液力推送器 ，经过井 口防喷管下 以丁腈橡胶为主 ，能够承受井下高温高压 ，同时具 入油管中，仪器下至斜井段后 ，摩擦 阻力过大下行 有较好的耐磨抗挤压性能。设计胶简结构参数 时， 困难 ，此时在地面控制毛细管液压 ，通过毛细管将 主要考虑胶层 的内径和外径 ，以及不 同密封压差下 压力传递至扩张胶筒 ，毛细管 的液压力使胶筒 膨 胶筒 的膨胀 比率 ，胶筒壁厚 S 主要与胶筒 的内压 胀 ，油管注入水通过胶筒与油管之间的间隙产生 向 力 P 、外径 D 以及其许用应力 [ ]有关 。壁厚 下的液力冲击 ，依靠间隙过水的动力 ，仪器推动斜 计算公式为 井段配水心子或携带流量计继续下行 ，直至设定位 D。 ， ． 一 D 、 ⋯ 置， 同时地面可以根据井口毛细管拉力显示对毛细 。 l 一e x P J I 管内液压力进行实时调节控制 j 。 根据胶筒膨胀过程 中 5 。 、D 。的变化 ，即可求 1 ． 2 主要技术参数 出胶筒的最高密封压差 ] 。 最大外径 5 2 m m； 膨胀后 的胶筒 在油管 内前进 的动力为胶筒前 、 密封承压 3 0 MP a ； 后压差产生的作用力。为了控制液力推送器的下行 胶筒膨胀启动压差 2 M P a ； 速度 ，用环形沿程摩阻计算软件对胶筒 的膨胀尺寸 耐温 1 2 0℃ ； 进行设计计算 ，确 定胶筒初始膨胀 量应该达 到 6 0 胶筒最大膨胀压差 3 ． 5 MP a ； i n n、长度达到 2 0 0 mm以上 ，才能产生足够的压差。 最大抗拉力 2 k N。 1 ． 3 ． 2 弹性扶正器 1 ． 3 关键技术及特点 弹性扶正器可使下井仪器强力居 中，弹簧片是 1 ． 3 ． 1 扩张密封胶筒 扶正器的关键部件。扶正器在油管 内下行过 程中， 扩张密封胶筒主要由内胶层、外层胶、骨架层 其弹簧片始终与油管紧贴，弹簧弹力的设计需要考 和金属管头 4部分组成 ，用贴合成型模压 硫化而 虑其在最大井斜段所承受的最大载荷 ，此时必须保 成。通过毛细管加压膨胀 ，不同压力下胶筒膨胀 的 证弹簧在其工作极 限范围内。 性能主要与胶筒骨架层以及胶筒 自身的结构参数相 弹簧变形量 2 0 1 4年 第 4 2卷 第 7期 贾庆 升等 大斜度 注水 井毛 细管液压投捞 测调技 术研 究 ／ Es ] R 一 孵 一 [卜 浮] 2 弹簧受力 孚 3 下 ．， 在弹簧材质、弯曲前后半径 R、r 、初始长 度 、横 向游动幅度△、宽度 o 、厚度 t 以及极限变 形量 [ ]已知的条件下 ，通过变形量力学分析即 可完成其最大承载能力下的弹簧结构设计 ] 。 1 ． 3 ． 3 特 点 1 在地面控制毛细管液压 ，通过毛细管将 压力传递至扩张胶筒 ，使扩张式胶筒膨胀。 2 油管注入水 的液力能够推动膨胀后 的胶 筒下行 ，给下井仪器提供前进动力 ，保证其在斜井 段正常下行 。 3 扶正器保证投送头和流量计在油管 内居 中下行 ，防止下行过程中刚性撞击遇卡 ，提高油管 内流量测试 的准确性 。 2 卡瓦式液压增力打捞器 2 ． 1 结构及工作原理 卡瓦式液压增力打捞器包括液力推送部分 、卡 瓦锚定部分和增力打捞部分 ，通过地面毛细管液压 力控制各部分工作 ，结构如图 3所示 。 1 一 毛细霄 ；2 一压帽 ；3 一 上接头 ；4 一 中心杆 ；5 m皮碗锥体 ；6 m皮碗 ；7 一 楔人锥体 ；8 一增力卡瓦 ；9 m卡瓦座 ；1 0 一推力弹 簧 1 1 一一级活塞； 1 2 一二级活塞； 1 3 一下接头； 1 4 一限位块； 1 5 一打捞主体； 1 6 一承载套； 1 7 一扭簧 ； 1 8 m捞爪； 1 9 一导向头。 图 3 卡 瓦式液压增力打捞 器结构示意 图 F i g ． 3 S t r u c t u r a l s c h e ma t i c d i a g r a m o f s l i p t y p e h y d r a u l i c c o n v e y a n c e d e v i c e 下入时 ，由地面毛细管输送装置携带增力打捞 最大打捞力 5 k N。 器 ，经过井 口防喷器下人油管中。仪器下至斜井段 2 ． 3 关键技术及特点 后 ，由于摩擦阻力下行困难 ，此时对毛细管内部加 2 ． 3 ． 1 液力助推机构 压 ，毛细管将液压力传递至仪器的各机构中，液压 液力助推机构主要与打捞工具配套使用 ，包括 力推动楔入锥体撑开皮碗 ，减小皮碗与油管内部间 中心杆活塞 、楔人锥体和楔人式皮碗 ，其主要功能 隙，使油管来水对仪器产生向下液力冲击，液力推 是在斜井段给下行仪器提供推力，防止仪器中途遇 送仪器继续下行 ，同时可 以根据井 口毛细管拉力显 阻，确保仪器下行至预定位置 。下井时通过地面毛 示对毛细管内压力进行实时调节 ，直至仪器顺利下 细管液压力控制楔人胶筒的开张程度 ，利用胶筒和 至设定位置 J 。 油管间隙过流产生的上、下压差 ，提供 由高压端指 打捞配水心子时，若毛细管打捞力过大 ，则在 向低压端的推送力 ，推力大小与地面毛细管所受拉 地面对毛细管加 压 ，锚定卡瓦 克服弹簧 的反 向推 力一致 ，当下行推力过大时 ，油管液压作用在 中心 力 ，卡瓦撑出后锚定在油管内壁上 ，此时与打捞爪 杆活塞 ，推动活塞杆将楔人锥体外的胶皮脱开，减 相连的两级活塞开始增力上提打捞头，对配水心子 小下行推力 ，自身推力大小可调节控制 。 提供上提拉力 ，心子上提后毛细管泄压 ，油管注水 通过对 皮碗进行有 限元 分析 ，可 以确定其 在 压力使皮碗收 回，推力弹簧收 回增力卡瓦 ，两级活 3 0 。 、4 5 。 和 6 0 。 时的受力情况 见 图 4 。由图可 塞在毛细管拉力作用下回到初始位置。继续给毛细 知 ，当锥体与皮碗的配合面角度为 4 5 。 时 ，皮碗 内 管加压，重复以上步骤，直至配水心子从配水器工 部应力分布面积较小，由此可以指导锥体行程优化 作筒 中完全脱开为止 。 设计 。 2 ． 2 主要技术参数 通过环形沿程摩阻计算软件对皮碗的膨胀尺寸 最大外径 5 2 m m； 进行设计计 算 ，确定皮碗初始膨胀量应该达到 6 0 卡瓦启动压力 1 ． 5 MP a ； m m、长度大于 5 0 mm，才能产生足够压差 。 皮碗工作压差 0 ． 51 ． 0 MP a ； 2 ． 3 ． 2 增力打捞机构 卡瓦撑出最大外径 6 5 m m； 由于注水井结垢腐蚀 、积杂沉积较普遍 ，在斜 皮碗撑出外径 6 2 m m； 井段调配时配水心子容易与工作筒发生卡死现象 。