内嵌卡瓦尾管悬挂器的研制与应用

为解决常规尾管悬挂器不适宜超深井、大位移井和小间隙井等复杂井的问题,开展了内嵌卡瓦尾管悬挂器的研究。创新研究了其利用卡瓦侧面承载的内嵌卡瓦尾管悬挂器坐挂机构,改变了卡瓦和锥套间挤压力的方向,减小了锥套所受的径向力。同时坐挂机构采用无推杆连接方式,提高了悬挂器的入井安全性。对承载斜面角度、锥套外径等方面进行了有限元分析和结构优化。研究结果表明,在卡瓦斜面轴向夹角为α2时,卡瓦和套管的最大应力最小;当锥套外径为D2时,内嵌卡瓦尾管悬挂器坐挂后过流面积与常规尾管悬挂器相比增加了34%。试验及现场应用结果表明,内嵌卡瓦尾管悬挂器对悬挂尾管长、井下易漏失等复杂井况具有较强的适应能力。     

内嵌卡瓦尾管悬挂器坐挂系统力学模型研究

内嵌卡瓦式尾管悬挂器结构复杂,卡瓦咬合力是决定尾管悬挂器坐挂成功的关键因素。根据内嵌卡瓦坐挂系统的结构形式和加工工艺,根据矩阵理论建立了内嵌卡瓦式尾管悬挂器坐挂系统的力学模型,得到了卡瓦咬合力的理论计算方法,分析了卡瓦的咬合力与尾管重力、加工过程中刀具转角和接触面的摩擦系数的关系。进行了内嵌卡瓦尾管悬挂器与套管的坐挂试验,通过应变测试系统对不同轴向载荷下的套管外侧应变进行了采集与分析,基于拉梅公式进一步得到了卡瓦与套管内壁的接触应力。研究结果表明,卡瓦与套管接触应变的理论计算值与试验平均值比较吻合,最大应力约为平均应力的150%,最小应力约为平均应力的70%。坐挂力学模型理论分析和试验研究结果可以为悬挂器结构的设计和优化提供理论依据。      

NYSSX-C型内嵌卡瓦液压丢手式尾管悬挂器

在水平井、大位移井及小井眼井等井中,常规尾管悬挂器在使用中会出现入井困难、过流面积受限及承载能力偏低等问题。鉴于此,研制了NYSSX-C型内嵌卡瓦液压丢手式尾管悬挂器。该悬挂器改传统悬挂器卡瓦与锥体之间直接楔形的受力方式为周向受力的复合受力方式,并同时具备液压丢手和机械丢手功能,可靠性和适应性更强。现场应用结果表明,该尾管悬挂器下套管及送入钻具连续顺利,摩阻正常;坐挂、丢手、憋通球座全部通过憋压控制实现,压力明显;坐挂前后循环排量、压力几乎无变化,各项施工技术指标全部达到预定值。     

液压——机械双作用尾管悬挂器的研制与应用

尾管悬挂固井技术在解决复杂井钻井作业问题中发挥了巨大的作用。但是,常规尾管悬挂器在复杂井的应用中尚存在一定局限,其主要问题是坐挂成功率不能得到有效保证。为此,研制成功了新型的液压-机械双作用尾管悬挂器,该悬挂器是同一套装置具有2种可选择的坐挂方式,从而大大地提高了坐挂可靠性。文中介绍了其结构原理、地面试验、现场试验情况。     

尾管悬挂器在三维定向井中的应用分析

在ø215.9 mm井眼中下入ø177.8 mm尾管是渤海油田常用的井身结构之一,不但节约钻井材料及成本,而且上部井眼的ø244.475 mm套管有利于修井、增产等作业的实施。但是,在复杂井眼轨迹的三维定向井中,由于坐挂过程中的摩阻大、尾管悬挂器居中效果差等因素,对尾管悬挂器坐挂产生较大的影响。以渤中油田某A13井为例,进行坐挂过程的问题分析,根据井眼轨迹、尾管悬挂器的结构等影响因素,优化作业程序,有效地将坐挂力传递至尾管悬挂器,顺利完成了该井尾管悬挂器坐挂作业,避免了起出尾管悬挂器等复杂的处理措施。为同类型井的尾管悬挂器坐挂作业提供借鉴。     

?193.7mm×?139.7mm旋转尾管悬挂器的研制与应用

为解决深井和超深井?139.7 mm小间隙尾管固井质量难以保证的问题,开展了?193.7 mm×?139.7 mm旋转尾管悬挂器和旋转固井技术研究。针对该规格工具设计空间小的难题,研发了大过流高可靠的坐挂承载机构、高动载的旋转轴承和高抗扭的扭矩传递机构等关键机构,并制定了相应的现场应用措施。内嵌卡瓦坐挂机构的承载能力达900 kN,过流面积较常规机构提高近33%;新型交叉滚子轴承在300 kN动载下的寿命达到6 h以上,扭矩传递机构的抗扭能力达33 kN·m。最终形成了?193.7 mm×?139.7 mm旋转尾管悬挂器技术,并在羊深1井、鸭深1井和TK874CH井等3口井进行了现场应用。应用结果显示:固井替浆过程中该悬挂器实现了尾管旋转,提高了水泥浆的顶替效率,达到了提高固井质量的目的。?193.7 mm×?139.7 mm旋转尾管悬挂器的成功研制为提高小间隙井固井质量提供了有效手段。     

内嵌卡瓦尾管悬挂器在老井侧钻中的优势综合分析

提高长庆区块老井长停井的复产增效工作是稳产的重要手段,老井侧钻是挖潜增效的有效方式之一。老井侧钻完井时使用悬挂固井,现场施工难度大。通过对常规尾管悬挂器与内嵌卡瓦尾管悬挂器结构及性能参数对比分析,结合长庆区块现有老套管井侧钻井固井难点及施工风险进行现场施工对比,认为内嵌卡瓦尾管悬挂器具有卡瓦保护性好,能防止提前坐挂,悬挂操作性强保证下入安全和悬挂操作,过流面积大的优点能解决悬挂器管串循环压力大问题,能提供比常规悬挂器更好的工艺优越性和现场施工安全性。使用内嵌式卡瓦悬挂器能为管串增加下套管遇阻遇卡的解决方案,为老井侧钻井固井及后期完井提供有力的技术支撑及保障,能够获得更加好的后期试采效果及经济效益。     

多功能尾管悬挂器的模块化设计与研制

为提高复杂井的固井质量,采用模块化设计方法研制出244.5 mm×177.8 mm多功能尾管悬挂器,提出了5种典型的模块组合,重点分析了其中3种模块组合的特点及适用井况。基于内嵌卡瓦旋转尾管悬挂器的模块组合在胜利、塔河等油田完成34井次的现场应用,均实现了坐挂、丢手等功能,能够保障固井作业的顺利施工;基于浮式塞帽的模块组合在南堡和胜利油田完成2井次的现场应用,验证了浮式塞帽模块能够较好地适应现场复杂井况;基于高压封隔装置的模块组合在中海油涠州区块成功使用5井次,井队验证封隔环空压差达到15 MPa以上,装置密封良好。     

基于故障树的尾管悬挂器坐挂失败诱因分析

尾管悬挂器坐挂成功与否直接决定尾管固井工艺的成败。本文通过工具结构原理分析,建立尾管悬挂器坐挂失败的故障树,用于识别尾管悬挂器坐挂失败的诱因。同时结合A油田B井尾管器坐挂失败案例,利用故障树分析其诱发坐挂失败的原因,并提出改进措施。该模型的建立对尾管悬挂作业可起指导作用。     

不同完井方式的膨胀式尾管悬挂器工具及应用

针对常规卡瓦式尾管悬挂器存在的缺陷,采用膨胀式尾管悬挂器进行悬挂完井作业。膨胀式尾管悬挂器拥有通径大、重叠段短、结构简单、悬挂牢靠、台阶小、适用范围广等特点,分别对尾管固井、筛管完井及半程固井3种完井方式的膨胀式尾管悬挂器的结构原理、工艺原理及实施案例作了阐述,总结了研发的膨胀式尾管悬挂器的适用范围。该装置具有可靠的环空密封和尾管悬挂功能,且下入过程无提前坐挂风险,在深井超深井中独具优势。目前已在国内外投入应用180余口井,取得良好效果。     

多功能尾管悬挂器关键技术研究

随着深井、超深井、水平井、高温高压井等复杂井越来越多,固井施工的难度越来越大,常规尾管固井工具及工艺难以满足现场需求。为解决复杂井况下的固井技术难题,研制了新型多功能尾管悬挂器,设计了旋转机构、坐挂机构、液压丢手、顶部封隔等多个功能模块,并采用有限元方法对关键部件进行仿真分析,优化了各功能模块的结构和参数。计算和地面试验证明,各功能模块的性能、功能及技术参数符合设计要求。多功能尾管悬挂器在涠洲 WZ6-12-A3S 井进行了现场试验,结果表明,该尾管悬挂器对现场复杂井况具有较强的适应能力和可靠性。      

DYX-C型液压尾管悬挂器的研制与应用

介绍了ＤＹＸ－Ｃ型液压尾管悬挂器的结构特点、工作原理、性能参数及地面模拟试验情况，并以其在狮２４井中的应用为例，详细描述了其应用过程。现场应用表明，使用该悬挂器能解决深井、复杂井、大斜度井固井坐挂成功率低的问题，值得推广应用。     

深井、超深井短尾管安全丢手关键技术研究

为提高深井、超深井短尾管固井施工的可靠性,针对深井、超深井摩阻大、短尾管固井悬挂尾管短和质量轻等原因造成的丢手不易判断的问题以及摩阻大造成的丢手困难的问题,通过采用尾管牵制技术及尾管悬挂器卡瓦内嵌技术,使尾管具有反向锚定锁紧及解锁功能,为短尾管提供附加载荷,便于现场施工安全丢手;制定了现场施工工艺流程,通过合理设计各级动作启动压力值,最终形成了适合于深井、超深井的短尾管安全丢手关键技术。该项技术已在塔河油田、青海油田及冀东油田等地区累计应用了72井次,成功率100%,应用最深井深为7271 m,最小规格为177.8 mm×Ф101.6 mm,尾管质量最轻仅为4.4 t。应用结果表明,该项技术有助于实现尾管悬挂器坐挂、丢手操作一次性成功,提高了短尾管固井施工的可靠性,为深井、超深井短尾管固井提供了有力的技术支持和施工保障。     

川深1井非常规系列尾管悬挂器应用分析

川深1井是我国西南地区的第1口超深气井,具有超高温、超高压、高含硫特征,存在长裸眼、掉块多、小间隙、漏失等不利因素,尾管固井难度大。研发了具有自主知识产权的非常规系列尾管悬挂器,通过采用内嵌卡瓦、耐超高温密封组件、整体气密封封隔尾管悬挂器、新型复合钻杆胶塞技术,配合半坐半挂、防气窜压稳、套管居中工艺,保证尾管固井的顺利实施,效果显著。该非常规系列尾管悬挂器技术结合相关施工工艺满足我国西南地区超深、“三高”井尾管固井需要。     

国外深井尾管悬挂器技术研究新进展

跟踪调研了国外深井和复杂井尾管悬挂器技术研究进展情况．对国外7种新型尾管悬挂器．包括flerlock尾管悬挂器、液压丢手式尾管悬挂器、封隔式尾管悬挂器、旋转式尾管悬挂器、内藏卡瓦式尾管悬挂器、多功能尾管悬挂器系统、尾管多胶塞系统进行了介绍和分析．使我们对国外尾管悬挂器的结构、性能特点及优缺点有一个系统的认识，为我国今后尾管悬挂器的研制、改进和创新提供了参考。     

旋转尾管悬挂器的研制与应用

旋转尾管悬挂固井技术能解决尾管入井过程中的遇阻等复杂情况,并可提高水泥浆顶替效率和尾管固井质量,但该技术的核心旋转尾管悬挂器及其配套工具制造技术被国外公司垄断。为打破技术垄断,研制了具有自主知识产权的旋转尾管悬挂器。介绍了旋转尾管悬挂器的设计要点、结构和工作原理,并通过地面性能试验、液压丢手试验及模拟入井试验考察了旋转尾管悬挂器的各项性能。地面性能试验表明,旋转尾管悬挂器的坐挂压力、整体密封压力及承载能力均满足设计要求;液压丢手试验表明,液压丢手工具的抗拉和抗压能力均能满足设计要求,能实现液压、机械两种丢手功能;模拟入井试验表明,旋转尾管悬挂器能实现坐挂、丢手、旋转功能,各项技术参数与设计相符,达到了设计要求。现场应用表明,所研制的尾管悬挂器不但顺利实现了坐挂、丢手、旋转功能,还通过旋转提高了尾管固井质量。      

川东北地区特殊尾管悬挂器的研发与应用

针对川东北地区天然气井非常规的井身结构,及存在高温、高压和富含H2S、CO2等酸性气体的突出问题,优选新型防腐材料,井应用气密封螺纹技术,采用了液缸-活塞一体化结构及双液缸双锥体结构,开发了系列非常规尾管悬挂器,其结构更加新颖,尺寸更加紧凑,且具有更大的过水面积和更强的悬挂能力.台架试验结果表明,该悬挂器的悬挂能力和密封能力均能满足该地区复杂条件下尾管固井要求.防腐型系列尾管悬挂器目前已在川东北地区推广应用了48套,坐挂成功率优于国外同类产品.以元坝1-侧1井为例介绍了其现场应用情况.     

深井、大斜度井尾管悬挂固井工艺

针对深井、大斜度井尾管固井风险高、技术复杂、施工难度大、质量要求高等特点,研制了一种液压-机械联作式自动脱挂尾管悬挂器以及固井工艺,介绍了该悬挂器的结构、工作原理、性能特点。该悬挂器采用液压剪销坐挂、自动脱挂,双胶塞碰压顶替的工作方式,可实现坐封、脱挂、碰压、冲洗连续施工,允许大幅度上提、下放、旋转套管及中途循环钻井液,能够有效解决深井、大斜度井尾管固井坐挂难、倒扣难、留水泥塞等技术难题。通过15口井的现场应用,表明该工艺可提高尾管固井质量、缩短钻完井时间、降低成本、减少井下钻具事故,有进一步推广的价值。     

新型双卡瓦高温高压尾管悬挂器的研制与应用

剑门1井是国内罕见的井深超过7000m的深井、井底温度为161℃,149.2mm小井眼与Φ127.0mm尾管形成的小间隙环形通道长达2007m,尾管悬重为62t,现有的Φ127.0mm单卡瓦尾管悬挂器已不能满足深井固井的要求。为此,通过技术攻关和研究设计,将原有的单液缸单卡瓦设计成双液缸双卡瓦结构,增加了承载能力;采用高温、高压密封件增强了密封和耐高温性能;最终研制成功了Φ127.0mm双卡瓦高温、高压尾管悬挂器。其工作原理为:在固井作业下套管时将它连接于尾管柱顶部下入井内,悬挂作业时从井口投球到球座,加注液压使悬挂器上下液缸同时工作,分别推动上下卡瓦上行张大卡在上层套管内壁上,以实现尾管悬挂的功能。该新型工具在剑门1井的应用成功,解决了超深井高温、高压长尾管悬挂固井的技术难题,为类似超深井、高温、高压井和具有小间隙长尾管特点的高难度尾管固井提供了经验。     

复合胶塞液压自动脱挂尾管悬挂器研制与应用

复合胶塞液压自动脱挂尾管悬挂器由坐封系统(包括楔形套筒、储能弹簧、楔形套筒销钉、液压套筒活塞、空心销钉、卡瓦片等)、悬挂系统(包括内筒、外筒、承重球)、钻杆胶塞、碰压胶塞及胶塞座等组成。这种悬挂器采用液压剪销坐挂、自动脱挂，单向卡瓦支撑，双胶塞碰压顶替的工作方式，能有效解决深井、大斜度井尾管固井坐挂难、倒扣难和留水泥塞等技术难题。15口井的现场应用表明，采用这种悬挂器可提高固井质量，节省钻井完井时间和成本，杜绝井下钻具事故。