CN104110236B - 防止下钻过程中封隔器坐封的入井管柱节流嘴的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气田勘探和开发领域，公开了一种防止下钻过程中封隔器坐封的入井管柱节流嘴的施工方法，该方法采用的防止下钻过程中封隔器坐封的入井管柱节流嘴，包括外管，还包括套装在外管内的滑套，外管与滑套之间穿设有剪钉。入井管柱节流嘴设计为滑套开关形式，现场施工易于操作，该方法根据一种入井管柱节流嘴内径的计算方法，依据理论计算对现场常见的不同尺寸的生产套管所需的合适节流嘴内径进行了确定。本发明改变了现场工具选择的盲目性，并可减少常用入井工具的损坏量，为油气田开发节约了成本。

Description

防止下钻过程中封隔器坐封的入井管柱节流嘴的施工方法

技术领域

本发明涉及油气田勘探和开发领域，具体为一种防止下钻过程中封隔器坐封的入井管柱节流嘴的施工方法，通过计算确定了适用于两种常见生产套管下的入井管柱节流嘴的合适尺寸，并给出了该节流嘴的施工方法。

背景技术

目前，压裂施工仍是油田开发中用于储层改造的主要手段。油气田开发现场在起下压裂钻具过程中，经常出现封隔器的胶皮、水力锚严重磨损的现象，使得封隔器和水力锚的质量性能严重下降。压裂施工时封隔器出现压破，造成施工失败，甚至发生水力锚失效，在压裂时将油管顶弯报废；水力锚齿不能回收，造成卡钻事故的发生。

为了避免这一问题的发生，现场在起下压裂钻具时，对下钻速度进行了限制，但仍存在有大量井施工工具损坏，造成施工失败。甚至有时在压裂施工正常结束后，正反循环畅通的情况下，发生单上封施工钻具水力锚卡钻的现象。为此，对该问题进行了分析后，认为油管底部节流嘴的尺寸大小是影响压裂工具磨损的主要因素。

无论是哪种型号的封隔器，在外观设计上其胶皮外径总要小于钢体外径1-2mm，其目的就是为了避免封隔器胶皮在下钻过程中被套管壁磨擦而造成损坏，在正常的钻具起下过程中封隔器胶皮理论上是不会出现磨损的。但现场却是封隔器胶皮在下钻过程中屡遭损坏，致使压裂施工失败。根据现场经验，相同型号封隔器入同样深度、同样液面高度的井中时，其磨损程度是不同的，且在施工成功的井中，封隔器无损坏的也有所存在，这就可以说明封隔器本身因素不是决定其磨损的主要因素。

目前现场应用较多的为液压坐封式封隔器，其坐封原理是当油管压力高于环空压力时，在由此产生的一定压差作用下坐封的。要保证封隔器胶皮不被磨损或封隔器不坐封，则必须要求油管内的液面高度稍低于或等于套管内的液面高度；否则，当油套压差等于或大于封隔器的坐封压差时，封隔器便会膨胀，使得胶皮与套管壁发生摩擦，造成胶皮磨损；压差较大时便会使封隔器直接在非目的位置发生坐封，使得钻具坐在井内下不去。

水力锚的启动坐封原理与封隔器基本上一样，在钻具下入过程中，油套压差达到0.7-1.2MPa左右时，水力锚也要坐封或工作，水力锚锚齿会在下入过程中伸出，受到套管的磨损和接箍的冲击，性能下降，在施工中起不到正常保护油管不被压弯的作用，且施工结束后锚齿不能自动收回，造成卡钻事故。此外，当套管内的压力高于油管内的压力时，井内大量的液体将会被排出井外，造成对井内回压不足，易引起井涌或井喷事故。

综上分析，在压裂施工过程中，为防止工具产生破坏，需要尽可能的保持油套压差为零。在施工过程中，当以一定的速度下入施工工具时，通过油管底端节流阀的液体和进入水力锚与套管环空节流通道的液体供液压力是相等的，因此，通过两者的液体量则由其节流截面积来确定，为保证工具下入过程中油管液面与油套环空液面相同，则必须选取合适的油套环空截面和节流阀截面面积，而针对51/2″套管和7″套管来说，其环空节流面积是定值，因此需要确定出合适的节流阀内径尺寸。

目前，现场入井管柱节流嘴内径尺寸的选择多根据经验来确定，5^1/2″套管和7″套管根据施工排量的大小多经验性选择内径26mm、28mm、32mm、36mm、38mm等尺寸的节流嘴子，存在有一定的盲目性。

发明内容

为了克服现有节流嘴尺寸选择的盲目性，本发明提供了防止下钻过程中封隔器坐封的入井管柱节流嘴的施工方法，对节流嘴的内径尺寸的选择从理论上予以了计算论证，进而确定了节流嘴合适的内径尺寸，并结合现场实际给出了该节流嘴在现场的使用步骤。

本发明采用的技术方案是：一种防止下钻过程中封隔器坐封的入井管柱节流嘴，包括外管，还包括套装在外管内的滑套，外管与滑套之间穿设有剪钉。

防止下钻过程中封隔器坐封的入井管柱节流嘴的施工方法，依次包括如下步骤：

步骤1)根据套管尺寸、油管尺寸、水力锚尺寸，计算节流嘴的内径，计算公式如下：

其中，d：节流嘴内径，mm；

S：油管环形截面面积，mm²；

S₁：油管节流嘴的节流面积，mm²；

S₂：水力锚与套管壁的环空面积，mm²；

S₃：油管内截面积，mm²；

S₄：油套环空截面积，mm²；

步骤2)按照施工设计连接入井管柱，单层管柱自管柱底端往上依次连接通井规、节流嘴、封隔器、水力锚、油管；

步骤3)下入管柱，依据施工设计提高油管排量，按照封隔器坐封要求及泵注程序进行坐封；

步骤4)压裂施工结束后，投大于节流嘴内径4mm的钢球打滑套，剪钉剪断，油管与储层建立新的通道。

进一步，节流嘴、封隔器、水力锚端口均采用2^7/8″加大丝扣连接。

本发明的有益效果：本发明的一种防止下钻过程中封隔器坐封的入井管柱节流嘴，设计为滑套开关形式，现场施工易于操作，同时推导出一种入井管柱节流嘴内径的计算方法，依据理论计算对现场常见的不同尺寸的生产套管所需的合适节流嘴内径进行了确定，并设计了该节流嘴使用的施工方法。本发明改变了现场工具选择的盲目性，并可减少常用入井工具的损坏量，为油气田开发节约了成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但它们不对本发明构成限定。

图1为入井管柱端部结构示意图。

图2为入井管柱节流嘴的机构示意图。

图中：1、油管；2、水力锚；3、封隔器；4、油管环空；5、节流嘴；6、通井规；7、外管；8、滑套；9、剪钉。

具体实施方式

实施例1

本发明的一种防止下钻过程中封隔器坐封的入井管柱节流嘴，包括外管7，还包括套装在外管7内的滑套8，外管7与滑套8之间穿设有剪钉9。其结构示意图如图2所示。

实施例2

防止下钻过程中封隔器坐封的入井管柱节流嘴的施工方法，依次包括如下步骤：

步骤1)根据套管尺寸、油管尺寸、水力锚尺寸，计算节流嘴的内径，计算公式如下：

其中，d：节流嘴内径，mm；

S：油管环形截面面积，mm²；

S₁：油管节流嘴的节流面积，mm²；

S₂：水力锚与套管壁的环空面积，mm²；

S₃：油管内截面积，mm²；

S₄：油套环空截面积，mm²；

步骤2)按照施工设计连接入井管柱，单层管柱自管柱底端往上依次连接通井规6、节流嘴5、封隔器3、水力锚2、油管1；

步骤3)下入管柱，依据施工设计提高油管排量，按照封隔器坐封要求及泵注程序进行坐封；

步骤4)压裂施工结束后，投大于节流嘴内径4mm的钢球打滑套，剪钉剪断，油管与储层建立新的通道。

进一步，节流嘴、封隔器、水力锚端口均采用2^7/8″加大丝扣连接。

实施例3

实施例2中节流嘴内经的计算公式推导过程如下：

下钻过程中，在井内不发生漏失的情况下，入井钻具的体积，会使井内液体上升一定的高度，且上返液的质量，应与所下入钻具的体积相同，根据质量守恒定律有：

S₁V₁+S₂V₂＝SV (1)

式中，S：油管环形截面面积，mm²；

S₁：油管节流嘴的节流面积，mm²；

S₂：水力锚与套管壁的环空面积，mm²；

V：下钻速度(即为被下入油管所挤出液体的流速)，m/s；

V₁：油管节流嘴处液体流速，m/s；

V₂：水力锚与套管之间液体的流速，m/s。

且有，

式中，S₃：油管内截面积，mm²；

S₄：油套环空截面积，mm²；

V_液面：油套环空和油管内液面上升的速度，m/s；

推得：

将式(2)代入式(1)得：

简化油管端部结构，不考虑节流嘴与水力锚间的高度差带来的重力势能变化，只考虑下钻速度所形成液体的动能与液体进入环空及油管内部的动能之和应相等，根据能量守恒有：

单位时间内被油管挤出的液体质量为：

m＝ρVSt (5)

单位时间内挤入油管和油套环空内的液体质量为：

m₁＝ρV₁S₁t，m₂＝ρV₂S₂t (6)

将式(5)、(6)代入式(4)有：

将式(3)代入式(7)

化简可推得节流嘴处的面积为：

又有则节流嘴内径为：

对于5^1/2″套管其内径为124mm，所用的油管内径为62mm，油管外径73.02mm，水力锚外径为117mm；经计算节流嘴内径为16.06mm。

对于7″套管其内径为159.42mm，所用的油管内径为62mm，油管外径73.02mm，水力锚外径为148mm。经计算节流嘴内径为10.07mm。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属于本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行另外详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种防止下钻过程中封隔器坐封的入井管柱节流嘴的施工方法，其特征在于：该方法采用的防止下钻过程中封隔器坐封的入井管柱节流嘴包括外管和套装在外管内的滑套，外管与滑套之间穿设有剪钉；

该方法依次包括如下步骤：

步骤1)根据套管尺寸、油管尺寸、水力锚尺寸，计算节流嘴的内径，计算公式如下：

$d=\sqrt{\frac{4S_1}{\mathrm{\π}}}={\left\{\frac{4}{\mathrm{\π}}{\[\frac{S_3^3{S}^2{S}_2^2}{S_2^2{(S_4+S_3)}^3-S_4^3{S}^2}\]}^{1/2}\right\}}^{1/2}$

其中，d：节流嘴内径，mm；

S：油管环形截面面积，mm²；

S₁：油管节流嘴的节流面积，mm²；

S₂：水力锚与套管壁的环空面积，mm²；

S₃：油管内截面积，mm²；

S₄：油套环空截面积，mm²；

步骤2)按照施工设计连接入井管柱，单层管柱自管柱底端往上依次连接通井规(6)、节流嘴(5)、封隔器(3)、水力锚(2)、油管(1)；

步骤3)下入管柱，依据施工设计提高油管排量，按照封隔器坐封要求及泵注程序进行坐封；

步骤4)压裂施工结束后，投大于节流嘴内径4mm的钢球打滑套，剪钉剪断，油管与储层建立新的通道。

2.如权利要求1所述的防止下钻过程中封隔器坐封的入井管柱节流嘴的施工方法，其特征在于：节流嘴、封隔器、水力锚端口均采用2^7/8″加大丝扣连接。