柔性抽油杆断损故障的处理方法
一、引言
连续柔性抽油杆(以下简称抽油杆)作为采油工具的一项革命技术,它的研究、推广、应用是一个涉及弹性力学、机械设计及配套采油作业等相关技术的系统工程。由于柔性杆材料为70号钢,强度高,且本体由多股钢丝绕制而成,其整体杆柱呈右旋状态。因此,在柔性杆本体断脱事故中,其断裂部分易在井筒散花,加之每股钢丝刚性强,现有打捞工具无法实施打捞工作。
为此,如何设计、加工相应柔性杆专用打捞工具,解决其打捞不易的问题。将对柔性抽油杆采油这一新型技术,起到补充、完善的关键作用。
在所施工的几十口油井中,发生过各种各样的问题,今对各类故障的分析及处理方案结合设计相应打捞工具加以介绍,作为经验交流。
二、抽油杆在普通检泵作业施工中可能碰到的问题
由于柔性杆采油井均为深井、超深井,该类油井结蜡现象较为普遍。因此,抽油杆检泵作业施工时,由于油管内壁原油结蜡变硬,造成油管内径缩小(油管内径φ62mm)。当内径小于柔性杆接头直径尺寸(Φ55mm)时,使抽油杆接头无法通过油管内径。此时若继续上提抽油杆,井口指重表指示值(即上提泵管负荷)将急速上升。
处理方法:这种情况下,不宜硬提,要反复下放、上提,同时认真观察井口指重表的变化,上提负荷不能超过原悬重的0.5倍,以防止上提后下放时放不下去。若反复活动无效,应及时采用热洗的办法处理硬蜡。即使用温度为80℃以上的热流体洗井,清除硬蜡,确保抽油杆顺利起出。
预防手段:
1.抽油杆在检泵作业施工时,在起杆之前,首先上提泵挂管,打开泵管的锚泄器。解封泵管的锚泄器时,上提泵管悬重负荷为超过泵挂负荷15kN左右。若遇特殊情况应按具体情况处理。泵管的锚泄器打开后,采用上述热洗的方法处理硬蜡。
2.对使用抽油杆的油井,下泵前必须对泵管进行认真的通管(通径不得小于Φ60mm),确保下井的每一根油管无缩径等现象。另外,建议结蜡严重的井,可根据每一口井结蜡深度确定结蜡井段,在结蜡井段设计使用较大直径的油管(如:内径Φ75mm的3英寸油管),增大油管与抽油杆接头之间的空间,使抽油杆接头在上提时具有较大的运动空间,能够在结腊严重、管壁硬蜡较厚情况下,顺利地起出抽油杆,同时可延长检泵周期。
三、抽油杆卡死在泵管内
抽油杆在正常生产时被卡,应具体分析遇卡原因。如果是抽油杆接头被硬蜡卡死,要按照上述处理方法,进行热流体洗井,清除硬蜡,即可起出抽油杆。如果是由于深井抽油泵的柱塞被卡死在抽油泵的泵筒内,就不能上提泵管,而要采取直接反洗井的方法,同时要防止洗井造成的结蜡,使用温度较高的液体反循环洗井。洗井的同时配合活动抽油杆柱上下活动解卡。解卡时,不可大力上提,要逐渐反复活动,慢慢扩大活动高度,不能急于求成,否则会造成卡死不能下放。若采取以上办法仍不能起出抽油杆。就必须高负荷上提抽油杆柱,使抽油杆柱在下部薄弱处断脱,起出上部杆柱,进行分步处理。一般情况下,抽油杆柱在3/4英寸杆的底部接头处断开。
四、抽油杆在油管内断脱
抽油杆在一些特殊井况内工作时,由于意外原因(如蜡卡、脱扣、砂卡等),造成了抽油杆在泵管内松股、断丝、断脱等情况,最终导致了抽油杆断脱落井。在油管内打捞抽油杆是解决这一故障的快捷简便方法。可以根据井下断脱的实际情况分别对待。
1.在抽油杆上部接头处丝扣脱落的情况下,由于柔性杆接头外径尺寸为φ56mm,所以可根据泵管内径不同采取相应措施:(1)若泵管为2 英寸油管,则必须起泵挂管,使柔性杆接头高出井口3-5m,用柔性杆作业车重新将其连接,起出杆体。(2)若泵管为3英寸油管,可借鉴常规的开窗打捞筒的结构,使用外径为φ70mm带引斜的抽油杆开窗捞筒。打捞筒的具体结构如图1所示。
图1 打捞筒
在筒壁同一截面等分开三个小窗口,窗舌向内,窗口的最小宽度应大于56mm。
注意事项:具体打捞时,工具接触鱼顶一定要缓慢,当鱼顶较深时所施加钻压不可过大,减小抽油杆的弯曲,有利于打捞,接触鱼顶的同时要配合井口旋转打捞筒,确认鱼顶进入筒身后,适当加大钻压,捞住落物。捞住后一定要试提,以确认已经捞住落物。上提时不能猛提,防止突然遇卡。如若遇卡要反复上下活动,不能硬提。实在无法提出应热洗井后再起。
2.当抽油杆从接头根部断丝断脱时,首先要根据起出井口的断杆情况进行分析。在井下抽油杆钢丝没有松股的情况下,由于柔性杆材料为70号钢,杆体强度高,曲率半径1.6m。同时通过多次现场施工,我们发现1800m的柔性杆体落到油管内,上部接头在井内仅回落20-40m距离,其上部杆体在管内形成慢弯,具有一定的支撑功能。可以使用带有顶部引斜的卡瓦式打捞筒。它的基本结构如图2,由上节头和筒体等构成。其中:上接头、筒体、引鞋用40Cr调质处理,210-250HB。卡瓦用20Cr,渗碳处理。
图2 卡瓦式打捞筒
注意事项:筒体内部带有由倒锥形与卡瓦相配合。打捞时,首先要缓慢下放工具,轻轻接触鱼顶,与此同时配合井口旋转打捞杆,使工具在井下将断杆引入筒体,然后上提打捞杆,卡瓦卡住断杆本体。上提时不能猛提,防止突然遇卡。如若遇卡要反复上下活动,不能硬提。实在无法提出应热洗井后再起。
3.当抽油杆在泵管内钢丝折断和钢丝松股时,整个泵管内已经被钢丝充满,无法使用外捞工具。为此研究设计了一种小直径弯曲(全长3-4m)外钩用来打捞爆丝后的抽油杆。其结构如图3。
图3 打捞外钩
设计原理:抽油杆本体是由多股钢丝拧制而成。其整体杆柱呈右旋状态,在断脱散花后,爆丝杆体仍呈右旋状态。为此,根据柔性杆体的螺距及现场测得其在2 英寸油管内的曲率半径,设计与杆体螺距相吻合的打捞外钩,并在钩体上加工出豁口,且压盖起到压紧作用,便于钢丝绳缠绕于钩体。
使用方法:这一工具根据钢丝的缠绕,通过外钩的弯曲配合井口旋转抽油杆柱,将断落井下的松散钢丝缠在外钩上,以此实现打捞。打捞时,首先要加适当的钻压将外钩扎入钢丝内,缠绕时一定要绕紧,上提时要缓慢。
五、泵管和抽油杆都被卡死井内
在一些特殊情况的井上,由于各种井下原因,造成的泵管和抽油杆都被卡死井内,在这种情况下,应首先处理被卡死在井内的抽油杆。由于泵管大多是由于锚泄器不解封造成被卡,具有循环空间,可使用热水进行洗井,将泵管内的蜡、砂等杂质洗出井口。洗井时配合井口活动杆柱解卡。处理完被卡死在井内的抽油杆后,反复活动油管,进行解卡。如若不能解卡,选择倒扣点进行倒扣。倒扣后若被卡死在井内的抽油杆与泵管不同步起出,就应停止起泵管。根据井深设计出合理的深度,在这一深度的油管内注灰,将被卡死在管内的抽油杆固死在这一段,凝固后上提油管将抽油杆同时起出。
若发生抽油杆断脱套管内时,应使用加长式(全长8-9m)活动外钩进行打捞。打捞施工时,首先要将外钩扎入钢丝内,上提至悬重,井口施加旋转力,使外钩将钢丝缠紧,捞住柔性抽油杆。上提时不能猛提,防止突然遇卡。如若遇卡要反复上下活动,不能硬提。其结构如图4。其中:5 英寸套管的压盖φ118mm,7英寸套管的压盖φ154mm。
图4 打捞外钩(活动式)
六、结论
1.柔性杆油井的故障预防与处理手段必须进一步加强、完善。由于其情况特殊,作业施工中应制定详细应急施工方案,不可盲目上提、打捞,避免造成不必要的大修。
2.柔性抽油杆采油配套技术作为一项新型采油工艺,相对玻璃钢杆,其研制开发到推广应用,时间短、起步晚、规模小。因此,在故障处理中,必须结合其杆柱结构性能特点,对打捞工具进行设计与选用。