井筒隔離工具

1、第13章 井筒隔離工具1.1 技術(shù)概述隨著石油勘探生產(chǎn)行業(yè)的向深水海洋井發(fā)展，對深水鉆井平臺的需求日益顯現(xiàn)。為了增加平臺的可靠性，運(yùn)營商們采取了一種新的戰(zhàn)略將水下采油樹從海上鉆井平臺轉(zhuǎn)移到水下井口裝置輔助船上安裝。安裝鉆井平臺需要1到3周，而這種轉(zhuǎn)移安裝可以確保鉆井快速移動到下一個(gè)井，并且顯著減少了鉆井時(shí)間。地層隔離閥（surface-controlled formation isolation valve,SFIV）作為這種戰(zhàn)略中的一部分，是專為實(shí)現(xiàn)臨時(shí)棄井而設(shè)計(jì)的。案例研究也表明，通過the landing tree on 升沉補(bǔ)償the tree-by-wire 技術(shù)臨時(shí)棄井減少了操作時(shí)

2、間。不過地層隔離閥也存在缺陷，一旦使用，必須在vertical tree安裝后移除。充分意識到這項(xiàng)技術(shù)的潛力，地層隔離閥（SFIV）旨在提供一個(gè)機(jī)械屏障，可以通過在輔助船對液壓管線施加壓力遙控激活打開，消除了油井失控的風(fēng)險(xiǎn)，在臨時(shí)棄井操作中尤為重要。從2010年11月開始，世界各地的幾個(gè)海洋深水井成功的應(yīng)用了SFIV。隨著油田開發(fā)向非常規(guī)作業(yè)發(fā)展，對油水井帶壓作業(yè)要求越來越高，同時(shí)還要防止油層受壓井液污染。目前，油田使用油層保護(hù)液、單向閥、封隔器和配套井口帶壓設(shè)備，但在現(xiàn)場應(yīng)用中，存在坐封效果差，壓井液和油層保護(hù)液對油層侵入污染，帶壓作業(yè)程序繁雜等問題 。因此，研制了地層隔離閥，該閥屬球類雙向

3、閥，通過密封開關(guān)工具，隨生產(chǎn)管柱上下移動，隨時(shí)調(diào)節(jié)油層與油管之間通道的開啟及關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)油層或水層與生產(chǎn)通道的壓力隔離 ?，F(xiàn)場應(yīng)用表明：地層隔離閥配套丟手懸掛封隔器能有效實(shí)現(xiàn)油層壓力與生產(chǎn)通道的隔離，解決了打壓作業(yè)難、壓井液漏失、油層污染等問題，提高了高壓油水井檢修作業(yè)深度，延長了油水井免修期，具有良好的推廣前景。完井管柱中使用FIV (formation isolation valve)裝置可保護(hù)地層,減少作業(yè)和投產(chǎn)后生產(chǎn)過程中的處理費(fèi)用。下面是FIV裝置在欠平衡射孔完井和防砂完井作業(yè)中的2則應(yīng)用實(shí)例。1、可提高欠平衡射孔效果Shetland群島西部某油田計(jì)劃鉆30口井然后在不壓死產(chǎn)層的條件下

4、完井。該計(jì)劃的難點(diǎn)在于既要欠平衡射孔,又要在施工作業(yè)過程中將烴類保持在地層中,最大程度地減少對地層的傷害,同時(shí)還要盡量減少各項(xiàng)作業(yè)費(fèi)用。鑒于此種情況,斯倫貝謝公司建議在射孔完井作業(yè)中使用FIV裝置和完井工具來保護(hù)地層。第一口井成功地安裝了FIV裝置后,已無故障運(yùn)行了5年多。除FIV裝置外,這口井中大多數(shù)完井工具均已陸續(xù)更換過。由于FIV裝置對地層的保護(hù)作用,該油田安裝了FIV裝置的井的采收率提高了10%20%。2、用在防砂完井管柱中可減少地層傷害最近在墨西哥灣的2口井中隨防砂管柱一起下入了FIV裝置,這2口井都存在著嚴(yán)重的濾失問題。防砂完井管柱下入井中后,利用沖洗管底部的轉(zhuǎn)位工具將FIV裝置關(guān)

5、閉,這樣FIV以下的鉆成井段就被隔離,從而消除了濾失問題和可能的地層傷害問題。1.2 國外井筒隔離工具生產(chǎn)商及其相關(guān)工具1.2.1 斯倫貝謝隔離閥工具1.2.1.1 地層隔離閥（FIV）斯倫貝謝的第一代地層隔離閥（FIV）是在已有的地層測試技術(shù)（DST）的概念和特性的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開發(fā)的，包括旋轉(zhuǎn)雙向密封球，氮?dú)庠?，?jì)算周期的J-slot機(jī)理等，這些都是自1982年就存在的。這些特性重新組合或設(shè)計(jì)形成了現(xiàn)有的測試工具。FIV地層隔離閥于1995年發(fā)行，通過規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)節(jié)約了鉆井時(shí)間和成本，防止了對地層的損傷，無需地層干預(yù)。斯倫貝謝因?yàn)槠涓綦x閥而聞名。FIV閥的主要目的是隔離地層和生產(chǎn)通道。其應(yīng)用范圍廣

6、泛，包括失水控制，欠平衡射孔，井筒隔離控制，deepset lubrication，以及多層封隔。由于旋轉(zhuǎn)球和浮動密封設(shè)計(jì)，the valve is debris tolerant,，在砂層完井尤其有效。此外因?yàn)榭梢詮纳舷卤３謮毫?，也可以作為井下注油器閥，以及臨時(shí)棄井的一種安全有效的方式。斯倫貝謝的FIV閥主要有以下幾個(gè)系列：系列型號隔離閥類型激活方式特點(diǎn)球滑套閥瓣Trip Saver Feature控制線機(jī)械轉(zhuǎn)位工具FIV MFIV 是FIV的基本產(chǎn)品，可多次開啟和關(guān)閉，SFIV地面控制可以使用氮?dú)庠椿螂p液壓管線，在注油器閥應(yīng)用在欠平衡鉆井或射孔中，無需壓井AFIV用于選擇性的多層智能完井T

7、FIV用于油管自填充、多管柱壓力測試、封隔器坐封、遠(yuǎn)程開關(guān)圖 典型的地層隔離閥（FIV）完井管柱串如圖 所示，地層隔離閥適用于各種應(yīng)用程序，包括水下完井。FIV閥可以通過轉(zhuǎn)位工具以機(jī)械方式開關(guān)，并且可以遠(yuǎn)程操作打開無需儲層改造intervention。機(jī)械操作方式涉及通過轉(zhuǎn)位工具打開或關(guān)閉氣密封球，遠(yuǎn)程操作涉及使用周期的油管壓力驅(qū)動Trip saver工具打開閥。1.2.1.2 FORTRESS隔離閥（1）FORTRESS隔離閥介紹應(yīng)用情況：l Bidirectional barrierl 失水控制l 臨時(shí)棄井操作l 完井液放置l 多區(qū)域和智能完井l 修井作業(yè)l 裸眼和套管防砂控制l 欠平衡射

8、孔優(yōu)點(diǎn)：l 通過防止地層破壞和降低失水，提高井產(chǎn)能l 通過減少儲層改造降低了鉆井時(shí)間和成本l 通過providing a downhole barrier against pressure reversals提高了安全等級特點(diǎn)：l 可以在高壓差環(huán)境運(yùn)行l(wèi) Reduction in variability of required actuation force caused by debrisl 氣密，雙向密封球l 通過油管壓力轉(zhuǎn)換一次性打開l 不限次數(shù)的機(jī)械式開關(guān)方式l Optional lock-out featurel 360嚙合開關(guān)，通過機(jī)械轉(zhuǎn)位工具（360 engagement for

9、 opening and closing with mechanical shifting tool）表 FORTRESS隔離閥主要技術(shù)參數(shù)（2）FORTRESS隔離閥轉(zhuǎn)位工具介紹FORTRESS隔離閥主要通過Primary Shifting轉(zhuǎn)位工具（PST）關(guān)閉。PST工具安裝在洗井管柱、射孔管柱或連續(xù)油管的底端，當(dāng)PST 關(guān)閉球，建立一個(gè)氣密封，隨后洗井管柱和轉(zhuǎn)位工具取回。工具的模塊化設(shè)計(jì)使其能夠適合不同的尺寸和不同條件的的完井作業(yè)。機(jī)械接口和可調(diào)扶正器的設(shè)計(jì)可以確保一致的加持力，提高轉(zhuǎn)位嚙合和緊急釋放能量。FORTRESS PST中的緊急釋放機(jī)構(gòu)需要一個(gè)高且穩(wěn)定的釋放載荷，確保誤操作的可

10、能性。圖 FORTRESS PST轉(zhuǎn)位工具The FORTRESS isolation valve is a bidirectional barrier valve that isolates reservoir fluids in the lower completion. It is closed mechanically after initial installation by the primary shifting tool (PST).The PST is run at the end of wash pipe, perforating string, or coiled tub

11、ing. When it passes up through the valve, the tool engages the shifting profile and the ball closes, creating a gas-tight seal. The washpipe and shifting tool are then retrieved.The tools modular design allows it to fit through different completion IDs and operate in a range of conditions. A profile

12、 design for the mechanical interface and an adjustable centralizer ensure a uniform holding force, improved shifting engagement, and a more predictable emergency release force. The PST collet design was created to maximize the ID without increasing the OD, resulting in variable beam thickness and a

13、shorter tool.A emergency release mechanism in the FORTRESS PST has a high,consistent release load, minimizing the possibility of accidental emergency release. The mechanism ensures that the valve shifting profile is protected at the expense of the retrievable PST.表FORTRESS PST主要性能參數(shù)1.2.1.3 eSleeve隔離閥2013年8月，eSleeve隔離閥可以在射孔操作后，在油管中形成一個(gè)精確的欠平衡壓力，以優(yōu)化井產(chǎn)能。eSleeve隔離閥材料是合金鋼或13#鉻，使用外部安裝的雙爆破盤閥進(jìn)行激活。模塊的設(shè)計(jì)使其可以單個(gè)或多個(gè)組合安裝。eSleeve隔離閥的顯著優(yōu)勢是無需電纜接入，可被油管或環(huán)空壓力激活，這尤其體現(xiàn)在高斜度井和水平井這種電纜下入困難甚至無法下入