新型固井工具研制.pdf

收稿日期：!#$%$#&；修回日期：!#$#$!#作者简介：袁进平，工程师，#年毕业于西南石油学院钻井专业，现攻读中国地质大学硕士。在勘探开发科学研究院廊坊分院完井所从事完井工具研制。地址：（&()）河北省廊坊市万庄*信箱完井所，电话：#$&!#%!%!。钻采机械新型固井工具研制袁进平，蔡俊林，庄晓谦，林涛（石油勘探开发科学研究院廊坊分院）摘要：介绍自行研制的新型固井工具 液压自动脱挂尾管悬挂器、自通径液压分级注水泥器和自灌自锁套管浮箍的结构、工作原理、技术参数及现场应用情况。现场应用证明三种工具设计合理、性能可靠，经济效益显著，能满足深井、斜井和水平井等特殊井固井的需要。关键词：固井工具；尾管悬挂器；分级注水泥；自灌自锁浮箍中图分类号：+,-!&.!文献标识码：/文章编号：#&$)&-0（!）!$&$%随着石油天然气资源的不断开采利用，油气开发难度越来越大，深井、超深井不断增多；为了提高采收率，节约油气开发成本，水平井、大斜度井、分支井、小井眼小间隙井和老井侧钻等技术逐渐发展成熟，对这些特殊井进行固井作业时，使用现有的固井工具很难保证固井质量，有时甚至会造成整个工程失败。为了保证这些复杂井的固井质量，满足现场固井需要，对固井工具进行了大量的现场和中外资料调研，根据这些特殊井提出的要求，设计研制了液压自动脱挂尾管悬挂器、自通径液压分级注水泥器和自灌自锁套管浮箍三种新型固井工具。液压自动脱挂尾管悬挂器#1结构特点液压自动脱挂尾管悬挂器主要由中心管、外套、液缸、锥体、卡瓦、悬挂体、小胶塞、空心大胶塞、安全阀等部件组成，其结构示意图如图#所示。该悬挂器在结构上有如下特点：图#液压自动脱挂悬挂器结构示意图#.中心管!.外套%.液缸*.锥体(.卡瓦&.悬挂体).小胶塞-.空心大胶塞.安全阀（#）液缸设计独特，!(234 循环压力不会使悬挂器提前坐挂；当小胶塞通过悬挂器时，*5(234压力就能剪断液缸活塞销钉，实现悬挂。（!）圆球组合体组成的悬挂体，在注水泥和替钻井液过程中可上下活动和旋转尾管，其活动范围和旋转次数不受尾管重量和转速的影响。（%）脱开机构设计独特，只要小胶塞一通过悬挂器即与空心大胶塞组合下行，送入管柱与悬挂器的悬挂体自动脱开，从而避免了尾管固井中的倒扣作业，作业成功率大大提高。（*）大小胶塞组成复合胶塞，实现了尾管碰压；中心管上的冲洗孔，可以保证将悬挂器喇叭口处的钻井液冲洗干净。二者结合可以保证固井后电测顺利到井底，避免了上小钻具钻水泥塞或通悬挂器喇叭口处的混浆段。（(）该悬挂器长为#1(5#1-6，容易下入斜井及水平井中，且坐挂以及送入管柱与悬挂体的脱开是通过泵送钻杆胶塞来完成的，不受井斜的影响，故该悬挂器能用于大斜度井以及水平井。!1工作原理通过液压变化实现悬挂器的坐挂和使送入管柱与悬挂器的悬挂体自动脱开。当注完水泥替浆时投入小胶塞，小胶塞通过悬挂器时压力升高剪断液缸剪切销钉，卡瓦撑开，悬挂器实现坐挂。坐挂之后，脱开机构作用，送入管柱与悬挂器的悬挂体自动脱开，大小胶塞组成复合胶塞下行，到阻流环处二次碰压完成替浆作业。%1主要技术参数液压自动脱挂尾管悬挂器的主要技术参数列入表#。*1现场应用情况从#&年至今，在辽河、胜利和青海等油田应&钻采工艺!年用了!多口井，使用井类别有探井、侧钻井、分支井和生产井。使用最大井深!#$%&(；最大井斜!#)；悬挂器最大下深*+%!&,(；悬挂最长尾管$!%(。应用表明液压自动脱挂悬挂器操作简便（与常规固井相似），性能可靠，实现了随位悬挂、自动脱开、活动尾管和尾管碰压，避免了倒扣和钻水泥塞作业，每口井可节约直接钻井成本$!万元以上。表$液压自动脱挂尾管悬挂器主要技术参数表规格-#&!.-$/&,-#&!.-$*+&/-#&!.-$#/&-$/&,.-$#/&-$/&,.-$&%-$*+&/.-$&%最大外径（(）#$#$!#$!长度（(）$&,$&!$&!额定悬挂负荷（01）$#*额定旋转扭矩（01&(）*#允许循环压力（234）#!#!#!坐挂压力（234）5!5!5!一级碰压压力（234）$!5$/$!5$/$!5$/二级碰压压力（234）$5$#$5$#$5$#安全阀打开压力（234）*5*#*5*#*5*#自通径液压分级注水泥器$&结构特点自通径液压分级注水泥器（图#）主要由上接头、“6”形圈、盖板、胶塞、关闭套、胶塞套、钢球、球座、密封装置、开孔套和下接头等组成，有如下特点：图#自通径液压分级注水泥器结构示意图$7 上接头#7“6”形圈*7 盖板7 胶塞!7 关闭套%7 胶塞套/7 钢球,7 球座+7 密封装置$7 开孔套$7 下接头（$）开孔套设计独特。通过液压产生压力差或投球憋压均可使开孔套下移打开循环孔，提高了分级注水泥器循环孔打开的成功率。（#）外套和球座上都设计有特殊的溢流装置，保证了注水泥器打开、关闭容易而且可靠。（*）密封装置使胶塞座和球座与关闭套和开孔套有较大的间隙均可可靠密封，保证了胶塞座和球座与下部套管内径有足够间隙掉到井底。（）关闭套内设计有胶塞座，当胶塞到达分级注水泥器时被压入胶塞座内实现二级碰压，碰压后胶塞座、胶塞体与球座连为一体，通过液压剪断销钉整体下落，在胶塞体内设计有特殊的流体通道，保证下落顺利畅通。#&工作原理将分级注水泥器作为套管串的组成部分，按设计要求下到井内预定位置。在第一级注水泥施工结束后，压入一级胶塞，替钻井液碰压。然后继续加压，利用下内套上下截面积差（上截面积大于下截面积），通过液压产生一向下的力，剪断开孔套固定销钉（根据现场需要也可通过投球憋压剪断下开孔套固定销钉），使开孔套下行，打开注水泥孔，进行二级注水泥作业。二级注水泥结束后，压入胶塞（关闭塞），替钻井液，胶塞行至注水泥接箍的胶塞套内时，憋压剪断关闭套固定销钉，关闭套下行，将二级注水泥孔关闭，完成双级注水泥作业。然后继续加压，剪断关闭套与胶塞套之间的固定销钉，球座与开孔套之间的固定销钉，胶塞套和球座等物件连为一体下落到井底。待候凝结束后，不用下钻具钻分级注水表#自通径液压分级注水泥器主要技术参数规格（(）-$#/-$*+&/-$/&,最大外径（(）$,$%!#%通径（(）$,$,$!总长（(）,+重量（08）*%,!%密封压力（234）#!#!#!抗拉能力（01）$#$,!#*抗外挤强度（234）%&!&,*/&#液压开孔压力差（234）$%5$,$%5$,$%5$,投球开孔压差（234）*5*5*5 关孔压力差（234）!5%!5%!5%关闭塞脱掉压力差（234）,5$,5$,5$/%第#!卷第#期钻采工艺泥器内部结构，即可进行后续作业。!主要技术参数自通径液压分级注水泥器主要技术参数列入表#。$现场试验通过大量室内试验后，该分级注水泥器在胜利油田进行了$口井的现场试验，$口井开孔、关孔和胶塞座脱落压力差完全符合设计要求。通过试验表明该分级注水泥器施工完后胶塞座等影响套管通径的内部结构自动掉入井底，省去了钻分级注水泥器内部结构作业，解决了小直径套管应用分级注水泥技术时换小钻具钻分级注水泥器内部结构的难题，每口井可节约直接钻井成本#%万元以上。自灌自锁浮箍&结构特点自灌自锁浮箍结构简图如图!所示，其特点如下：图!自灌自锁浮箍结构简图&接箍#自锁胶塞座!调压螺钉$销钉(调压弹簧)溢流阀*阻流环+短节外套,尼龙球&%滤网&自锁胶塞（&）根据现场需要调节溢流阀上的调压螺钉来调整套管内外压差，控制套管内掏空段长度，从而保证下套管作业中钻井液从套管内不溢出，能保持钻台清洁。在深井下套管作业中，可以通过调节套管内掏空段长度来减轻悬重。（#）溢流阀上板由销钉与外筒相连，只有在替浆完毕，碰压剪断销钉后，上板下行才能关闭溢流阀，保证在下套管作业中，即使中途循环钻井液，自动灌浆装置也不失灵。（!）阻流环和尼龙球、自锁胶塞和自锁胶塞座组成的两道密封，起到密封双保险作用，保证了敞压候凝。#工作原理该浮箍通过溢流阀实现自动灌浆。并且通过调节溢流阀上的调压螺钉来调节调压弹簧的压力，由压差实现环空和套管内液面的高度差，从而达到调节套管内液面掏空段长度的目的。固井完毕碰压剪断销钉，关闭溢流阀，阻流环和尼龙球组成第一道密封，自锁胶塞和自锁胶塞座组成第二道密封，两道密封确保了替钻井液后能敞压候凝。!技术参数正反向承压能力：#(-./掏空段可调长度：&%0*%1使用温度范围：2!%3 0&(%3可下井深：(%1$推广应用自灌自锁套管浮箍在华北油田、胜利油田、江苏油田、辽河油田和胜利临盘钻探公司现场推广应用)%余套，应用最大井深($!),1，最大井斜+#4。经应用证明，该浮箍在下套管过程中如井下有复杂情况，中途循环钻井液后不影响自动灌浆功能，灌浆可靠，碰压后双密封保证了敞压候凝。结论（&）三种套管附件经现场试验和推广应用表明操作简便、设计合理、性能可靠，经济效益显著，能满足深井、大斜度井、水平井和分支井等特殊井的固井需要。（#）随位自动脱挂尾管悬挂器实现了尾管碰压、随位悬挂、自动脱挂、上下活动和旋转尾管及尾管回接，避免了尾管固井作业中的钻水泥塞和倒扣作业。（!）自通径液压分级注水泥器作业完后不用钻内部结构，解决了小直径套管分级注水泥时钻注水泥器内部结构的难题，提高了固井质量。（$）自灌自锁套管浮箍降低了井队的劳动强度，减少了施工时间，降低了钻井直接成本。参考文献&许惠峰钻井技术手册（三）固井 北京：石油工业出版社，&,%#高彦尊，等石油机械，&,（+）（编辑：刘英）+)钻采工艺#%#年新型固井工具研制新型固井工具研制作者：袁进平，蔡俊林，庄晓谦，林涛作者单位：石油勘探开发科学研究院廊坊分院刊名：钻采工艺英文刊名：DRILLING&PRODUCTION TECHNOLOGY年，卷(期)：2002，25(2)被引用次数：2次 参考文献(2条)参考文献(2条)1.许惠峰 钻井技术手册(固井)19902.高彦尊 查看详情 1999(08)相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 马开华.马兰荣.朱德武.郑晓志.Ma Kaihua.Ma Lanrong.Zhu Dewu.Zheng Xiaozhi 塔深1井非常规系列尾管悬挂器的设计与应用-石油钻探技术2007,35(1)塔深1井井深8408 m,是亚洲第一垂直深井.该井井下条件复杂,273.1 mm、206.4 mm、139.7mm三层套管固井都存在封固段长、环空静液柱压力大、施工泵压高、上下温差大、环空间隙小等难题,加之该井采用了非常规系列井身结构,需要应用特殊扣形的非常规系列尾管悬挂器,且要求适应小间隙条件、悬挂负荷大、抗温能力强.为此,研发了新型非常规系列尾管悬挂器,并改进固井工艺、优化固井设计、细化固井操作,保证了该井三层尾管固井施工的顺利完成,且固井质量合格,初步形成了适合塔河油田长封固段小间隙超深井的尾管固井技术,同时把我国特殊固井工具的研制和应用水平提升到了一个新的高度.2.期刊论文 丁士东 国内外国井技术现状及发展趋势-钻井液与完井液2002,19(5)阐述了国内外近几年来在油井水泥外加剂、固井工艺技术、固井工具及附件、固井设计模拟与分析软件、水泥浆顶替技术、注水泥设备等方面的新进展,主要是油井基本水泥由一两种发展到13种;注水泥设备普遍采用计算机控制技术对配浆过程进行连续监控,注水泥设备向操作自动化、密度控制精确化、大能量和大功率方向发展;复杂地层固井技术日趋完善,开发了适应高压气井、塑性地层、低压易漏失井、多压力系统以及深井超深井高温固井配套技术;固井计算机模拟、仿真与监控技术,极大地提高了固井方案设计、现场施工的准确性、针对性和科学性;小井眼固井、水平井固井、分枝井固井和大位移固井等特殊工艺井固井技术;研制了尾管悬挂器、双级(多级)注水泥器、扶正器.通过分析中国固井技术现状及与国外的差距,提出了中国今后要重点加强抗高温、抗盐系列外加剂的研究与开发,不断拓宽油井水泥外加剂的适用范围,进一步加大油井水泥外加剂的现场使用力度.3.会议论文 马兰荣.马开华.阮臣良.张金法 旋转尾管固井工具的研制与试验 2008 旋转尾管悬挂固井技术在解决复杂井钻井作业问题方面发挥了巨大的作用。使用旋转尾管悬挂器可在尾管下入及注水泥过程中旋转尾管，从而可协助排除遇阻等复杂情况，并可大大提高水泥浆顶替效率。开发了旋转尾管悬挂器、液压丢手、旋转水泥头等旋转尾管固井工具，并进行了充分的地面试验和入井模拟试验。本文介绍了旋转尾管固井工具的结构原理、特点及试验情况。4.会议论文 黄伟和 深探井固井完井问题分析及措施探讨 1998 该文以英科井、克参井和柯深井等口超深探井为例，总结了固井完井施工中存在的下尾管困难和固井工具及附件性能差，固井质量差，固井完井管柱设计不完善，技术套管磨损严重等问题。分析了导致固井完井问题的深探井复杂条件，环境间隙小，完井裸眼井段下入管柱长，高密度水泥浆性能差，井身质量差等原因。在与国外深探井进行比较的基础上，提出了调整井身结构，缩短完井裸眼井段下入管柱长度，开发新型尾管悬挂器，提高高密度水泥浆顶替效率，完善固井完井管柱设计，开发套管保护新技术等，解决复杂条件下深探井固井完井问题的技术措施。5.期刊论文 陈道元.苟明.张勇.胡念东.Chen Daoyuan.Gou Ming.Zhang Yong.Hu Niandong 侧钻小井眼尾管固井工具存在问题及改进意见-石油钻探技术2006,34(4)分析了侧钻小井眼尾管固井中尾管悬挂器及其附件存在的问题,并对存在的问题提出了改进意见,对生产厂家如何进一步完善尾管挂器性能和使用者检查、判断、处理现场复杂情况具有一定的指导作用.6.期刊论文 张红卫.赵凤森.贾晓斌 塔河油田TK908DH分支水平井固井技术-石油钻探技术2005,33(1)塔河油田TK908DH分支水平井固井作业存在下套管易遇阻或遇卡、水泥浆顶替效率低、易出现窜槽、对尾管悬挂器等固井工具的性能要求高等技术难点,为此,优选了水泥浆体系,并应用了性能优良、稳定的固井工具及附件,采取相应的固井技术措施,保证了该井固井作业的顺利完成,且达到TAML四级水平,为以后塔河油田分支水平井固井积累了宝贵的经验.详细介绍了该井固井时采取的技术措施及现场施工工艺.7.学位论文 蒋海涛 特型尾管悬挂器研制与应用 2006 随着国内许多油田开采进入后期，勘探开发向深层、特殊位置地层、老区剩余油挖潜、薄油藏、低压低渗油藏等油藏类型和位置来开展工作，开发难度越来越大，需要不断发展新的钻井工艺技术。因此，近年来发展的小井眼、开窗侧钻井、深井、超深井、水平井和大斜度井等特殊井筒越来越多，这就需要在这类井筒钻成后采用合理的固井工艺和相应的工具进行固井及完井作业，这类井采用的尾管完井越来越多，要求尾管固井工艺技术的不断进步，尾管固井配套工具的系列化和质量的不断提高。本文针对塔里木山前构造带高压蠕变盐岩层及塔河油田等特殊井身结构深层尾管固井工具配套要求进行了设计开发，设计研究了适用于非常规井眼固井完井要求的系列尾管悬挂器及配套固井工具，并成功现场应用6井次，解决了塔里木山前构造带却勒、羊塔克地区及塔河油田等高压蠕变盐岩层深层特殊井身结构尾管固井施工技术难题，为实施特殊井身结构钻探开发奠定了坚实的技术基础，具有很强的应用推广价值。8.期刊论文 张宏军.张伟.杨亚馨.张忠明 复杂地层多套压力层系尾管完井固井新工艺-石油钻探技术2004,32(3)在同一裸眼段出现多套压力层系,不但给钻井作业带来很大的困难,而且大大增加了固井作业的难度.为保护油气层,提高采收率,胜利油田从固井现场的实际情况出发,对固井工具、固井工艺和水泥浆技术进行了改进,形成了适合复杂地层多套压力层系的尾管悬挂器+分级箍+管外封隔器固井工艺和尾管悬挂器+管外封隔器固井工艺.在胜利油田35井次的现场应用表明,该工艺不但保证了固井质量,而且满足了勘探开发的需要.9.期刊论文 李广 悬挂小套管修复技术的施工工艺-胜利油田职工大学学报2008,22(3)胜利油田套损井占油田总井数的比例逐渐升高,已经严重影响油田生产,为此配套了液压尾管悬挂器、可钻式尾管固井工具及系列修套工具.主要介绍了该型号悬挂器进行套管修复的施工工艺技术及相关技术参数计算,通过对20口井的施工实践,肯定了该工艺修复大段套管破损的可行性和先进性.10.会议论文 黄伟和 深探井固井完井问题及措施探讨 1997 该文以英科井、克参井和柯深井等三口超深探井为例，分析了深探井固井完井复杂条件，总结了固井完井施工中存在的下尾管困难、固井工具及附件性能差、固井质量差、固井完井管柱设计不完善、技术套管磨损严重等问题。分析了导致固井完井问题的环空间隙小、完井裸眼井段下入管柱长、高密度水泥浆性能差、井身质量差等原因。在与国外深探井进行比较的基础上，提出了调整井身结构、缩短完井裸眼井段下入管柱长度、开发新型尾管悬挂器、提高高密度水尼浆顶替效率、完善固井完井管柱设计、开发套和保护新技术等解决复杂条件下深探井固井完井问题的技术措施。引证文献(2条)引证文献(2条)1.郭昭学.李早元.雷俊杰.段长春 国内目前固井面临的新问题及发展方向期刊论文-钻采工艺 2007(4)2.张庆豫.张绍先.郑殿富.刘春来 旋转尾管固井工艺技术现状期刊论文-钻采工艺 2007(4)本文链接：http:/