一种油气井封固套管回收装置及其回收方法与流程

1.本发明涉及石油工程技术领域，更具体地说涉及一种油气井封固套管回收装置及其回收方法。


背景技术：

2.当一口油气井所开发的油藏内资源枯竭后，为充分利用该油气井的井槽以及配套设施，往往需要利用原井槽进行侧钻作业，重新打井，或者进行油气井弃置作业，恢复航道，保障海上航行安全。
3.侧钻是指在原有井筒中通过破坏或回收部分长度的套管，然后重新钻井。该技术能够充分开发油田中不同油藏，提高井槽的利用率，弃井作业指拆除并回收油气井及相关设施。油气井内部包含多层套管，套管之间由水泥封固，回收难度较高，油气井井筒内套管被水泥封固，无法通过简单上提回收，而侧钻前或弃井需要将现有套管回收或者破坏后才能进行，即为井筒准备技术，由于套管拔桩阻力过大，常规修井机或小型钻机无法提供足够的拔桩力，当前井筒准备技术主要包括磨铣开窗和磨套铣回收管柱两种方法，现有的这两种方法都是依靠硬质合金制造的工具进行机械磨铣，从而破坏或回收井筒套管，暴露出地层后再进行钻井作业，机械磨铣的方法需要依靠钻机带动钻具进行长时间的磨铣，增加钻机和人力成本，磨铣还会额外消耗磨铣工具，需要频繁起下钻更换磨鞋等工具，进一步增加成本和作业时间，且磨铣开窗的开窗效果控制较难。


技术实现要素：

4.本发明克服了现有技术中的不足，井筒内封固套管存在回收困难，磨铣开窗耗时长，频繁起下钻更换磨铣工具，成本高，精度控制低等问题，提供了一种油气井封固套管回收装置及其回收方法，本发明方法能够避免在侧钻前井筒准备作业过程中进行磨套铣井筒作业，有效提高作业效率，降低作业成本。
5.本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
6.一种油气井封固套管回收装置，包括钻机、钻杆、套管水力割刀和套管回收工具，所述钻机与所述钻杆的首端相连，所述钻杆的尾端按照切割和回收的操作顺序首先与所述套管水力割刀相连，待套管水力割刀上的水力割刀刀片将待回收套管切割开后，上提钻杆，再将所述套管回收工具与所述钻杆的尾端相连后，下入待回收套管的顶部；
7.所述套管回收工具包括井下动力工具、井下泄压阀和可退式套管捞矛，所述井下动力工具的首端与所述钻杆的尾端相连，在所述井下动力工具的中部外壁上设置有井下动力工具卡瓦，用于咬合技术套管的内壁，所述井下动力工具的尾端与所述井下泄压阀的首端相连，所述井下泄压阀的尾端与所述可退式套管捞矛的首端相连，所述可退式套管捞矛的外壁上设置有可退式套管捞矛卡瓦，用于与待回收套管的内壁相咬合以实现上提待回收套管的目的。
8.在所述井下动力工具与所述井下泄压阀之间和所述井下泄压阀与所述可退式套
管捞矛之间均设置有工具接头。
9.一种油气井封固套管回收方法，按照下述步骤进行：
10.步骤1，将套管水力割刀与钻杆的尾端相连，钻杆的首端与钻机相连后，启动钻机，利用钻杆将套管水力割刀下入至切割位置，利用水力割刀刀片将待回收套管进行切割分段，切割作业完成后，利用钻杆回收套管水力割刀，取下钻杆尾端的套管水力割刀；
11.步骤2，组装套管回收工具，将井下动力工具、井下泄压阀和可退式套管捞矛由上至下依次相连，将套管回收工具与钻杆的尾端相连，钻杆的首端与钻机相连后，启动钻机，利用钻杆将套管回收工具下入至待回收套管顶部，根据井下动力工具、井下泄压阀和可退式套管捞矛各个工具的长度，将位于井下动力工具以下的部分送入待回收套管内，通过缓慢上提待回收套管，可退式套管捞矛的内部机构撑开可退式套管捞矛卡瓦，使得可退式套管捞矛卡瓦与待回收套管的内壁相咬合，完成可退式捞矛启动后，通过使用钻机进行旋转或者过提待回收套管的方式，将井下泄压阀关闭，以封闭待回收套管内流体通道的目的；
12.步骤3，启动井下动力工具，地面固井泵或者泥浆泵通过管线与钻杆相连，启动地面固井泵或者泥浆泵，缓慢加压，井下动力工具的内部剪切保险环被剪断，井下动力工具处于激活状态，继续缓慢增加压力，井下动力工具的内部机构撑开井下动力工具卡瓦，井下动力工具卡瓦与技术套管的内壁相咬合，继续加压，井下动力工具开始产生拔桩力，上提待回收套管并破坏技术套管与待回收套管之间的井筒环空水泥环；
13.步骤4，井下动力工具完成一次提升冲程后，上提钻杆，使井下动力工具复位，重复步骤3，若步骤3中技术套管与待回收套管之间的井筒环空水泥环无法被破坏，即待回收套管无法上提，则利用钻机回收套管回收工具，更换为套管水力割刀，重复步骤1，对待回收套管进行二次切割，以实现减小单次回收的套管段的长度，然后，利用钻机回收套管水力割刀，更换为套管回收工具，重复步骤3，直至待回收套管提活为止；
14.步骤5，停止地面固井泵或者泥浆泵，卸载压力，降低钻机载荷或者按照步骤2中的相反方向旋转以打开井下泄压阀，使用钻机回收套管回收工具和待回收套管。
15.在步骤1中，根据测井固井质量资料，判断技术套管与待回收套管之间的井筒环空水泥环的质量和填充情况，确定技术套管与待回收套管之间的井筒环空水泥环的薄弱点，根据钻井设计要求回收的待回收套管的长度以及技术套管与待回收套管之间的井筒环空水泥环的薄弱点，确定切割位置以及切割后的每一段套管长度。
16.在步骤2中，组装套管回收工具时，记录井下动力工具、井下泄压阀和可退式套管捞矛各个工具的长度；根据记录井下动力工具、井下泄压阀和可退式套管捞矛各个工具的长度，计算可退式套管捞矛的尾端至井下动力工具尾端的长度l，所述长度l即为套管回收工具继续下入的长度，井下泄压阀的启动方式包括提拉式，旋转式或者投球式。
17.在步骤3中，当压力超过10mpa时，井下动力工具的内部剪切保险环被剪断，井下动力工具处于激活状态，同时压力降低至5mpa，此时利用地面固井泵或者泥浆泵继续缓慢增加压力。
18.在步骤3中，井下动力工具卡瓦咬合技术套管的内壁后，地面固井泵或者泥浆泵持续打压，当压力出现第一个峰值后开始保持稳定，不再继续上升，表示技术套管与待回收套管之间的井筒环空水泥环开始被破坏，待回收套管开始回收，当压力出现第二个峰值后开始下降，表示井下动力工具完成一个提升冲程。
19.在步骤4中，地面固井泵或者泥浆泵的压力出现第二个峰值后，将泵压降为0，上提待回收套管，上提长度为井下动力工具的一冲程长度，若待回收套管无法上提，重复步骤3，当压力出现第一个峰值后开始保持稳定时的压力换算的拔桩力小于钻机能够提供的提升力时，完成重复步骤3的操作。
20.在步骤4中，地面固井泵或者泥浆泵持续工作，压力持续上升，未出现稳压阶段，直至达到井下动力工具的最大工作压力，则表明技术套管与待回收套管之间的井筒环空水泥环未被破坏，该段待回收套管无法被回收。
21.本发明的有益效果为：基于套管回收工具，利用本方法，在油气井侧钻井筒准备作业时避免使用磨铣开窗或磨套铣套管作业，有效减少作业时间，降低作业成本，与现有井筒准备技术相比，可节约至少两天工作时间；
22.使用井筒承担拔桩产生的反向作用力，使本发明中提供的最大拔桩力能够突破海上平台或钻台最大承载力的限制，同时无需震击解卡作业，从而有效破坏套管环空水泥环，实现套管高效回收，同时，避免过大载荷对海上平台产生破坏，对平台工作人员及设施安全有充足保障；
23.钻机仅用于辅助实施作业，无需提供拔桩力，使用小型修井机即可实施，与现有技术相比，可在大型钻机就位前完成侧钻前井筒准备作业，进一步降低大型钻机作业时间，降低钻井成本。
附图说明
24.图1为本发明在井筒内部分的实施方案以及工具相对位置示意图；
25.图2为本发明中套管水力割刀切割套管实施示意图；
26.图3为本发明实施时的整体结构示意图；
27.图中：1为井下动力工具；1
‑
1为井下动力工具卡瓦；2为井下泄压阀；3为可退式套管捞矛；3
‑
1为可退式套管捞矛卡瓦；4为表层套管；5为技术套管；6为待回收套管(即水泥环封固套管)；7为表层套管与技术套管之间井筒环空水泥环；8为技术套管与待回收套管之间的井筒环空水泥环；9为钻杆；10为工具接头；11为套管水力割刀；11
‑
1为水力割刀刀片；12为切割位置；13为待回收套管顶部；14为钻机。
具体实施方式
28.下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
29.实施例一
30.一种油气井封固套管回收装置，包括钻机14、钻杆9、套管水力割刀11和套管回收工具，钻机14与钻杆9的首端相连，钻杆9的尾端按照切割和回收的操作顺序首先与套管水力割刀11相连，待套管水力割刀11上的水力割刀刀片11
‑
1将待回收套管6切割开后，上提钻杆9，再将套管回收工具与钻杆9的尾端相连后，下入待回收套管6顶部；
31.套管回收工具包括井下动力工具1、井下泄压阀2和可退式套管捞矛3，井下动力工具1的首端与钻杆9的尾端相连，在井下动力工具1的中部外壁上设置有井下动力工具卡瓦1
‑
1，用于咬合技术套管5的内壁，井下动力工具1的尾端与井下泄压阀2的首端相连，井下泄压阀2的尾端与可退式套管捞矛3的首端相连，可退式套管捞矛3的外壁上设置有可退式套
管捞矛卡瓦3
‑
1，用于与待回收套管6的内壁相咬合以实现上提待回收套管6的目的。
32.在井下动力工具1与井下泄压阀2之间和井下泄压阀2与可退式套管捞矛3之间均设置有工具接头10。
33.实施方法如图3所示，钻杆9上接钻机14，下接套管回收工具，通过控制钻机14将管柱送入或提出井筒，使用钻机14和钻杆9将套管回收工具送入至待回收套管顶部13位置后，利用套管回收工具执行待回收套管6的回收作业，套管回收工具用于执行油气井封固套管回收作业的工具。
34.管柱指将钻杆9、套管回收工具等相连接形成一套连续的，用于在油气井井筒内执行作业的工作管柱。
35.井筒指由表层套管4，技术套管5，待回收套管6，表层套管与技术套管之间井筒环空水泥环7和技术套管与待回收套管之间的井筒环空水泥环8，用于开采地层中油气资源的多层管柱结构。
36.实施例二
37.一种油气井封固套管回收方法，按照下述步骤进行：
38.步骤a，将套管水力割刀11与钻杆9的尾端相连，钻杆9的首端与钻机14相连后，启动钻机14，利用钻杆9将套管水力割刀11下入至切割位置，利用水力割刀刀片11
‑
1将待回收套管6进行切割分段，切割作业完成后，利用钻杆9回收套管水力割刀11，取下钻杆9尾端的套管水力割刀11；
39.首先，需获取待处理老井的测井资料，主要在于其固井质量资料，如cbl等。根据测井资料，判断该井待回收套管6的技术套管与待回收套管之间的井筒环空水泥环8的薄弱点。结合该井的钻井设计中对回收套管长度的要求，最终确定待回收套管6的切割位置，并计算切割后每一段套管长度。该步骤是为了确保回收切割后每一段待回收套管的拔桩阻力小于井下动力工具1所能提供的拔桩力，以顺利回收套管。若切割后一段套管的长度过长，由于水泥封固，其拔桩阻力大于井下动力工具提供的拔桩力，则无法成功回收套管。
40.在确定套管切割位置后，在钻机14钻台处组装套管水力割刀11并记录长度，上部通过钻杆9连接钻机14。在地面完成功能测试后，在钻机带动下下入井筒至各个待切割位置并开始切割待回收套管6，如图2所示，将其由一根完整的套管切割为多段套管。完成切割后在钻机14带动下将套管水力割刀11上提出井筒.
41.步骤b，组装套管回收工具，将井下动力工具1、井下泄压阀2和可退式套管捞矛3由上至下依次相连；
42.首先，确定套管回收工具的上下顺序，长度以及功能要求。根据实际作业需要，若待回收套管6的技术套管与待回收套管之间的井筒环空水泥环8封固质量较好，套管回收拔桩阻力较大，则考虑在套管回收工具的下部额外连接井下马达，套管水力割刀，锥形磨鞋等工具，以在拔桩阻力过大时额外切割一次套管，降低拔桩阻力。并根据套管割刀，套管切口位置，可退式套管捞矛等工具的相对位置和长度，在各工具之间增加钻铤以配长。套管回收工具的组装顺序从下至上依次为可退式套管捞矛3，井下泄压阀2，井下动力工具1，钻杆9。额外连接的井下马达，套管水力割刀安装在可退式套管捞矛3下部。
43.步骤c：将套管回收工具与钻杆9的尾端相连，钻杆9的首端与钻机14相连后，启动钻机14，利用钻杆9将套管回收工具下入至待回收套管顶部13，根据井下动力工具1、井下泄
压阀2和可退式套管捞矛3各个工具的长度，将位于井下动力工具1以下的部分送入待回收套管6内；
44.确定安装的工具及顺序后测量所有工具的长度，然后连接钻机并下入至井筒中，直至下入至待回收套管6的顶部13。如图1所示，管柱底部到达顶部13位置后，根据入井各工具的长度计算管柱底部至井下动力工具1底部的长度l。控制钻机缓慢下放钻杆，下放长度l，将井下动力工具1以下的工具送入待回收套管6内部。
45.步骤e：通过缓慢上提待回收套管6，可退式套管捞矛3的内部机构撑开可退式套管捞矛卡瓦3
‑
1，使得可退式套管捞矛卡瓦3
‑
1与待回收套管6的内壁相咬合，实现捞矛锚定在待回收套管6的内壁上；
46.步骤f：通过使用钻机14进行旋转或者过提待回收套管6等方式，将井下泄压阀2关闭，以封闭待回收套管6内流体通道的目的；
47.通过使用投球、钻机进行旋转或过提管柱等方式，将井下泄压阀2关闭，封闭管柱内流体通道。所述井下泄压阀2，是指一种能够关闭管柱内流体通道的阀门工具。通过关闭井下泄压阀2，井下动力工具1能够实现稳压，产生拔桩力，实现回收封固套管。打开井下泄压阀2，使管柱内流体通道与井眼环空连通，实现洗井、启动下部连接的井下马达和套管水力割刀等功能。井下泄压阀2的启动方式与其设计方法相关，一般分为提拉式，旋转式或投球式三种。
48.步骤g：启动井下动力工具1，地面固井泵或者泥浆泵通过管线与钻杆相连，启动地面固井泵或者泥浆泵，缓慢加压，井下动力工具1的内部剪切保险环被剪断，井下动力工具1处于激活状态，继续缓慢增加压力，井下动力工具1的内部机构撑开井下动力工具卡瓦1
‑
1，井下动力工具卡瓦1
‑
1与技术套管5的内壁相咬合，实现锚定；
49.井下动力工具1承受压力超过10mpa后，内部剪切保险环被剪断，工具处于激活状态，同时压力降低至5mpa左右，继续缓慢增加压力，井下动力工具1内部机构撑开井下动力工具卡瓦1
‑
1，伸出与技术套管5内壁相咬合。
50.步骤h：通过地面固井泵或泥浆泵继续加压，井下动力工具1产生拔桩力，破坏技术套管5与待回收套管6之间的井筒环空水泥环8；
51.地面泵组持续打压，井下动力工具1通过多级串联液压缸将压力转化为拔桩力，带动下部可退式套管捞矛3，开始破坏待环空水泥环8并收回收套管6。此时井下动力工具1拔桩产生的反向作用力传递至技术套管5，由井筒承担。整体作业状态如图1，图3所示。
52.步骤i井下动力工具1完成一次提升冲程后，上提待回收套管6，重复步骤g
‑
h，直至待回收套管6提活；
53.当压力出现第一个峰值后开始保持稳定，不再继续上升，表示井筒环空水泥环8开始被破坏，待回收套管6开始回收。当压力出现第二个峰值后开始下降，表示井下动力工具1完成一个提升冲程。
54.停止地面固井泵或者泥浆泵，卸载管柱内压力，当压力表读数降为0后，井下动力工具卡瓦1
‑
1解脱收回，使用钻机14上提管柱，上提长度为井下动力工具1一行程长度，然后重新启动地面泵组打压，重复上述程序，当压力出现第一个峰值后保持稳定时的压力换算的拔桩力小于钻机能够提供的提升力时，结束拔桩作业，切换至钻机14上提套管回收工具和待回收套管6。
55.压力与拔桩力的计算公式如下所示：
56.f＝p
·
s
57.f＝p
·
s
58.式中：f为拔桩力，n；p为稳压时的压力，mpa；s为井下动力工具1包含的所有液缸的活塞面积，m2。
59.步骤j：若步骤3中技术套管与待回收套管之间的井筒环空水泥环8无法被破坏，即待回收套管6无法上提，则利用钻机14回收套管回收工具，更换为套管水力割刀11，重复步骤1，对待回收套管6进行二次切割，以实现减小单次回收的套管段的长度，然后，利用钻机14回收套管水力割刀11，更换为套管回收工具，重复步骤3，直至待回收套管6提活为止，重复步骤g
‑
i；
60.在井下动力工具1工作过程中，地面固井泵或者泥浆泵压力表显示压力持续上升，未出现稳压阶段，直至达到井下动力工具1的最大工作压力，则表明环空水泥环8强度超过井下动力工具提供的拔桩力，未能被破坏，该段套管无法被回收。
61.停止地面固井泵或者泥浆泵，卸载管柱压力至0，井下动力工具卡瓦1
‑
1从技术套管5内壁解脱，打开井下泄压阀2，将可退式套管捞矛3从待回收套管6内部解脱。
62.步骤k：停止地面固井泵或者泥浆泵，卸载压力，降低钻机14载荷或者按照步骤2中的相反方向旋转以打开井下泄压阀2，使用钻机14回收套管回收工具和待回收套管6；
63.待技术套管与待回收套管之间的井筒环空水泥环8被破坏，待回收套管6提活后，关闭地面固井泵或者泥浆泵，卸载压力至0，井下动力工具卡瓦1
‑
1从技术套管5内壁解脱，打开井下泄压阀2。
64.以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。