速度管井下悬挂技术在长北区块的应用

刘 磊, 杨 萍, 杨亚涛, 王定峰, 张孝栋, 张于勤

(中国石油长庆油田长北作业分公司)

速管柱排水采气技术是在井筒中下入连续油管作为生产管柱，以提高气井携液能力，提高气井产气量[3]。目前，速度管柱的基本悬挂类型可分为两种，即井口悬挂和井下悬挂。井口悬挂作为传统的悬挂方式，在各大气田应用广泛。但是速度管井下悬挂的方式在国内却鲜有使用，与传统速度管柱工艺不同，速度管井下悬挂工艺只需悬挂指定长度的连续油管采用专用悬挂封隔器悬挂于生产管柱内，井口采气树不需要进一步改造，也无需增加其高度[4]，且能实现带压下入速度管柱作业。

一、速度管井口悬挂及井下悬挂的优缺点对比

速度管井口悬挂是将连续油管通过悬挂器悬挂于井口采气树1号阀门之上的方式进行作业，其优点是简单，技术成熟，目前在各个气田应用广泛。缺点是：①地面设施需要修改；②有阀门不可使用；③没有屏障去维修下主阀；④速度管下放时存在单屏障状态。速度管井下悬挂就是将连续油管悬挂在井口以下一定位置(一般在20 m左右)的油管上(见图1)，充当新的生产管柱，它的缺点和难点是操作悬挂封隔器下入和取出工具。优点是：①地面设施不需要修改；②可以完全操作所有采气树阀门和油管挂背压阀；③可以不压井取出速度管；④连续油管防喷器全程处于可用状态。

二、速度管井下悬挂技术的关键点和难点

速度管井下悬挂和井口悬挂的方式一样，悬挂器的稳定性和可靠性是该技术成功与否的关键点，悬挂器的操作性更是作业的一个难点。因此悬挂封隔器需要有性能稳定、操作简单、负重能力强的特点，井下悬挂设计图见图2。

图1 速度管井下悬挂示意图

图2 井下悬挂设计图

三、悬挂封隔器结构及工作原理

1. 悬挂封隔器结构组成

速度管悬挂封隔器结构示意图见图3。

图3 威德福速度管悬挂封隔器

2. 悬挂封隔器的工作原理

2.1 与速度管的连接

悬挂封隔器利用外卡瓦连接器与连续油管连接，将速度管悬挂封隔器与带外卡瓦连接器通过螺纹顺时针旋转连接、拧紧。上提13 t测试外接头抗拉强度，确定连接成功。

2.2 坐封与解封

外购商品及劳务提高生产性服务业上市公司盈利能力明显。在其他条件不变的情况下，企业外购商品及劳务每增加1%，其盈利能力下降2.55%，符合税收理论。外购商品及劳务的增加会提高企业盈利能力。外购商品及劳务的增加使税收减少的同时盈利能力提高的可能途径是企业将节省下来的税费等资金外购商品和劳务用于研发的投入等能提高公司盈利能力方面的投入，导致了外购商品及劳务在降低总税负的同时，提高生产性服务业上市公司的盈利能力。

速度管下到设计位置后，缓慢上提连续油管0.3 m，再缓慢下放连续油管0.3 m，两提两放，切换封隔器到坐封模式；放松悬重到0 kg，确认封隔器坐封良好。

轻轻上提连续油管，确认悬挂封隔器通过垂直上提可以进行解封。

3. 悬挂封隔器投放与回收

投放：地面泵压，通过GS投放/回收工具(见图4)，底部的节流堵塞使工具内部产生压差，工具内部活塞机构使捞爪释放，上提管柱使其与相连的工具脱离，起出GS投放/回收工具。

图4 GS投放/回收工具

回收：首先确认所用GS投放/回收工具是否与被回收工具上的打捞颈配套。下放工具到设计深度，坐放GS投放/回收工具使其与被回收工具相连，上提管柱确定释放爪是否插入内打捞颈，如果装置没有插入，重新坐放工具直到确定释放爪已插入内打捞颈。然后上提管柱或向上震击，回收工具。

四、模型选井及效果预测

由于速度管作业成本高，速度管备选井必须确保效益的最大化[5]。一般选取满足携液生产、地层压力较高，后续生产能力较强的气井。为确保选井的准确性，根据生产动态特征，结合流压梯度测试结果，依据一体化数值模型预测速度管下入后的最终生产情况。长北的4口备选井气井产量均低于临界携液产量，无法正常连续生产。根据一体化数值模型预测的最终结果，安装速度管后气井能够维持长期稳定生产并提高最终采收率，表1从日产气量及累产的角度对比总结4口井间歇性生产(即不安装速度管)和安装速度管的差别，增产的效果明显。

表1 效果预测结果

五、受力分析

1. 封隔器拉力

封隔器作为速度管井下悬挂的关键工具，首先设计拉力参数必须满足入井速度管的总体重量，以长北最大下深井CBX2井为例，该井设计速度管下入深度3 650 m，根据钢级CT80外径38.1 mm连续油管API参数，入井连续油管在悬空状态下总重4 538 kg，而封隔器的拉力设计为48 682 kg，远远满足设计需要。

2. 封隔器最大设计压差

封隔器的设计压差限定了封隔器的使用条件，最大设计压差必须大于封隔器上下的实际压差，长北速度管井的初始地层压力为27 MPa，目前地层压力在10 MPa左右，而封隔器的设计最大压差为35 MPa，满足设计要求。

3. 连续油管强度

速度管作为生产管柱排水采气，要选择适合气井时间状况的连续管[6]，以长北选用的外径38.1 mm、内径31.8 mm CT80的连续油管为例，假设连续油管由于某种原因，例如腐蚀导致连续油管在强度最薄弱处损失了壁厚，考虑极端情况，即损失在连续油管的最上端，当连续油管壁厚由标准的3.2 mm减少到1.8 mm时，油管强度恰好平衡于油管重量，可以损失的壁厚为44%。

由于速度管环空设计为活环空，速度管本身可作为非压力容器考虑，因此只对垂直方向的重力进行强度复核，薄弱点为速度管的最上端，此处承载了速度管的全重。以长北区块CBX1井的相关数据核算完井手册中提供的API标准的22种连续油管的力学数据，22种规格的连续油管强度均满足连续油管本身的重量。使用长1井的数据可以得出同样的结论，见表2。

(1)

式中:WCT—连续油管悬空状态下的重量，kg；LCT—连续油管的长度，m；G—连续油管权重梯度，kg/m；Tde-rating—温度影响系数，在107℃条件下取0.95；DF—设计系数，取值1.3。

F=A×σ

(2)

式中:F—拉伸屈服载荷，kg；A—连续油管的横截面积，m2；σ—拉伸屈服应力，MPa。

4. 油管强度

在只考虑重力加载的情况下，油管的最薄弱处为油管的上端；同时，速度管安装之后悬挂于油管，因此油管上端的薄弱处承载了油管本身及速度管的全部重量。对此薄弱处进行验算，即可确定油管强度的是否满足要求。以CBX1井为例，油管规格为L80 Ø114.3 mm 18.7 kg/m，油管引斜的垂深为2 906 m。任意截面处计算的抗拉强度为130 652 kg，油管及速度管计算的总重为85 459 kg。因此，油管强度满足悬挂速度管的要求。

5. 速度管上顶分析

速度管安装之后，在开井的状态下，速度管封隔器上下会存在压差(下部的气体压力大于上部的压力)，此压差会产生作用于速度管的上举力。当上举力大于速度管本身的重力时，速度管会有位移上冲的风险；以CBX2井和CBX3井为例，根据速度管钢级的选择结果，即CT80 Ø38.1mm,2.756 kg/m壁厚3.2 mm，结合2口井的数据，对正常生产情况以及极端情况下的上顶进行了分析计算，可以看出，根据假设以及计算时所考虑到的参数，CBX3井(表3中序号1、2)可以满足安全生产，但CBX2的速度管在极端情况下存在上冲风险(表3中序号3、4)。

对于速度管位移上冲的风险，可以通过在悬挂器上部下入限制速度管向上位移的机械装置止推环,见表4。根据计算结果，CBX2、CBX3井都需要安装向上位移的机械装置。

(3)

式中:p1—悬挂封隔器下部的压力，MPa；p2—井口油压，MPa；A1—油管内径计算的面积，m2；A2—连续油管外径计算的面积，m2。

表3 速度管上顶计算结果

表4 速度管措施效果

六、现场应用

长北2017年完成4口井的速度管井下悬挂现场施工。速度管作业后效果明显，见表4。以CBX1为例，2017年5月3日～5月6日历时4 d完成了速度管的井下悬挂作业，施工主要分为安装，试压，下入管柱、连接工具串，下入悬挂封隔器、坐封悬挂封隔器，液氮打掉泵开堵头，下入止推环等施工步骤，关键的悬挂器坐封和下入工具脱手工序如下：

(1)悬挂封隔器坐封。平衡半封闸板上下压力打开防喷器半封和卡瓦；下连续油管至井口以下15 m，两提两放坐封悬挂器，释放悬重至0 kg，确认悬挂器坐封。将悬挂器以上的压力泄至5 MPa，测试悬挂器密封性，观察15 min无变化，坐封成功。

(2)GS脱手。开泵打压至18 MPa，激活GS脱手工具，缓慢上提将GS从悬挂器上脱手。

七、结论与认识

(1)安装速度管柱之后，气井井口压力和产量明显上升，截止目前生产稳定，证明速度管井下悬挂是一种有效的速度管排水采气工艺。

(2)速度管井下悬挂施工不需要改变地面设施结构，保留了采气树原有的完整性。

(3)速度管井下悬挂对速度管的下入时间要求很高，如下入时机不对会造成后期的复产难度，后期应加强下入时机和复产方法的研究。