海上修井倒扣解卡拉力计算与应用
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摘 要 活动解卡无效时，需要倒扣取出卡点以上的管柱。为提高倒扣准确率，缩短施工周期，有必要对精确倒扣技术进行研究。首先通过理论推导获得了考虑管柱自身重力的拉伸法卡点深度计算公式，再根据“中和点”法中浮力补偿项的描述，从现场量取管柱的有效密封面积，获得了精确计算倒扣拉加勺方法。现场应用表明精确倒扣技术能明显提高倒扣的准确率，现场推广具有较高的应用价值。
关键词 倒扣 解卡打捞 拉伸法 中和点
中图分类号：TE53 文献标识码：A
在修井施工中，由于井下的复杂情况难免会出现一些无效工序。这些无效工序可分为两类：一类是直接无效工序，如打捞未捞住落物等，这类无效工序可以通过改良工具等方法避免。另一类无效工序是隐性无效工序，这类工序从效果上讲可以算作有效工序，但从整体施工效果来看，却是造成施工效率低、施工周朔长的主要原因，倒扣不准就属于这类无效工序。当解卡打捞井活动解卡无效时，首先需要将卡点以上的管柱取出再做下一步施工。与爆炸切割相比，倒扣打捞不受管柱内空间的影响，而且成本低实用性强。实践证明，倒扣打捞时的第一次倒扣施工对整个倒扣打捞过程起着关键作用。第一次倒扣不准不仅只能捞出较少的管柱，而且还会将剩余管柱倒散，下次倒扣也只能捞出少量管柱，如此循环会增加多次倒扣打捞施工，造成隐性无效工序降低施工效率。使用精确倒扣技术，可避免或减少这种隐性无效工序，对提高大修井施工效率、缩短施工周期是很有意义的。
1精确倒扣技术
倒扣取出卡点以上管柱主要使用“中和点”法。由于现场技术人员对“中和点”原理的理解不到位，未能精确计算倒扣拉力，从而造成倒扣不准的情况。
1.1单一管柱卡点深度计算方法
要实现精确倒扣，首先必须找准卡点。桥塞、封隔器卡这类型卡阻可直接查阅完井数据找准卡点；而对于落物、砂埋、套变这类卡阻无据可查，需要使用测卡仪或公式计算法找出卡点深度。使角测卡仪不仅费用较高，而且对管柱内空间条件要求也较高；而解卡打捞首先会进行活动解卡，在活动解卡时即可获得多组拉伸量，所以使用公式计算法计算卡点深度更加经济实用。公式计算卡点深度主要使用拉伸法，上提拉力必须大于卡点以上管柱的重力，封隔器、配水器等工具由于其长度小，拉伸性能对全井管柱影响不大，可忽略不计。拉伸法测卡点深度基于胡克定律，如式（l）所示：
d=FL/EA （1）
式（l）中d为材料的弹性伸长量，F为拉力，L为管柱长度，E为管柱的弹性模量，A为管柱的横截面积。因此导出计算卡点深度H（H=L）的公式为：
H=dEA/F （2）
材料力学中实验样品自身重力远小于拉力可忽略不计，而实际油水井管柱自身重力较大不能忽略，计算卡点深度时需要充分考虑管柱自身重力的影响。若原井管柱单一、完好，可直接使用拉伸法测卡点深度。管柱上提拉力为T，任一深度x处微元dx受拉力为F，它上面管柱的重力为G。则有：
F=T-G （3）
G=rqxg （4）
式中r为浮力系数，q为管柱每米质量。
1.2精确倒扣拉力计算方法
卡点得到后，接下来使用“中和点”法计算倒扣所需的上提拉力。根据《钻井数据手册》得“中和点”法计算公式为：
T=P+PhS/100 （5）
式中T为倒扣上提拉力，4N；P为卡点以上管柱在液体中的重量4N ；Ph为倒开点出静液柱压力，MPa；S为有效密封面横截面积，cm2。
管柱在液体中的浮力是由压力差产生，被卡管柱与自由管柱相比，向上的压力发生了变化，自由管柱底部向上压力的作用面积为管柱的横截面积，而被卡管柱由于下有管柱相连，连接相接触被密封，减小了作用面积，从而减小了管柱所受的浮力。对钻秆而言这部分减小的面积为台肩面积，对油管而言为丝扣密封面的横截面积。在计算倒扣拉力时，PhS/100为浮力补偿项，所减去的F浮为自由状态下的浮力，实际被卡管柱并未受那么大的浮力，因此需要浮力补偿项来补偿因接触密封而多减掉这部分浮力，倒扣拉丈不准往往就是忽略了该浮力补偿项。
2钻杆倒扣拉力计算
以o73mm平式钻杆为例，考虑现场长势等因素，实际钻杆台肩内、外径有微小不同。o73mm平式钻杆台肩面积平均为21.51cm2，普通液压指重计可以精确到0.5t，因此运用公式（5）可得到欲导开深度为H处钻杆所需的实际上提拉力。
3油管倒扣拉力计算
以o73mm平式油管为例，油管的密封面在丝扣上。为了测得密封面在竖直方向上的截面积，首先需要确定油管的密封面，即丝扣密封面。油管在实际使用过程中的有效密封面不可能覆盖全部丝扣，油管在不同工况下的密封面积也会不同，所以需要对各种工况下的密封面积进行统计。油管在现场长期使用的条件下，密封面往往会在丝扣上留下痕迹，通过量取这个密封面上最大丝扣的直径和最小直径，就可得到密封面在竖直方向上的截面积，因此运用式（5）可得到欲倒开深度为H处钻杆时，所需的实际上提拉力。
4结论
（1）通过理论推导获得了考虑重力情况下的单一管柱和打捞管柱拉伸法测卡点公式。（2）现场调查不同工况下钻杆和油管的密封面，计算了“中和点”法中的浮力补偿项，获得了精确倒扣拉力的算法。（3）现场试验表明，使用精确倒扣技术能有效提高大修井倒扣施工的效率，缩短施工周期。
参考文献
[1] 徐忠明.轻型修井机的现状与开发展望[J].石油机械，2000（2）.
[2] 徐田甜.我国海洋钻修井机的应用[J].船舶工程，2008（4）.