浮箍井下工作环境与失效分析

在整个固井过程中，固井工具及附件的工作情况是影响固井质量的重要因素，有的固井工具甚至是固井成败的关键。固井工具在井下是否正常工作，不仅要受地面操作的影响，而且井下环境也会对固井工具的工作情况产生重要影响。井下环境包括井眼、地层、套管、钻井液性能、井下温度、井下压力、循环排量及时间等综合因素，这些因素都会对固井工具的正常工作产生影响，甚至使工具失效。浮箍是一个单向阀，其功能是在注水泥后阻止水泥浆进入套管内，从而控制水泥塞高度。如果浮箍失效，就会造成水泥塞过高，外部环空不能完全封隔，有时需要补救挤水泥，固井质量低。对影响浮箍的温度、钻井液和水泥浆、循环、压差等井下环境作了详细的分析，提出了保证浮箍使用效果的一些建议。     

一种新型免钻塞分级注水泥接箍的研制与应用

分级固井常用于气井等需要长井段注水泥封固的生产套管固井。免钻塞分级注水泥接箍是一种近年来开始应用的新型工具,实现分级注水泥并在作业完成后分级箍胶塞座、胶塞等附件自动落井,实现固井后免钻塞。应用免钻分级箍技术能简化作业程序、缩短建井周期、降低钻井成本,具有取代传统分级箍的发展趋势。但目前免钻成功率还有待进一步提高,尤其是复杂井况下的应用。文章介绍了一种新型免钻塞分级注水泥接箍的研制与应用,相比于传统分级箍,该工具采取了创新结构设计,具有高免钻成功率、施工作业安全和密封可靠特点。系统测试和现场应用表明,其能适应复杂固井工况,是一种适应性良好、具有推广应用前景的新型免钻分级箍。     

新型双合叶浮球式自灌浆浮箍设计及应用

双合叶浮球式自灌浆浮箍能够在注水泥时用来控制胶塞的下行位置,以确保管内水泥塞长度,防止水泥浆倒流。通过投球蹩压的方式蹩掉塑料挡管,实现自灌浆和逆向密封的变换,可连续作业,既能增加密封效果,又能节省套管下入的时间。该浮箍可用于直井、水平井、定向井、套管开窗侧钻井等多种钻井的固井作业。减轻了钻井液对套管的浮力,减少了套管下入过程中井眼环空泥浆上返速度,及套管在下放时卡钻的几率,实现了下套管的连续施工,利于井壁稳定;能很好地配合其他固井工具的使用,易安装易钻取,使用安全可靠,值得推广应用。     

供下中间套管用的尼龙浮箍

<正> 大家知道,在钻井过程中,往往需要向井内下入中间套管。原来下中间套管所用浮箍的回压凡尔大多为钢质或生铁的。这种浮箍的缺点是成本较高,可钻性差,而且在钻掉水泥塞后,井下往往留下许多钢铁碎块,妨碍继续钻进。针对这些问题,我们采用尼龙6制作浮箍的回压凡尔。通过几年的现场试用证明,这种尼龙浮箍避免了钢质或生铁浮箍所存在的     

小井眼免钻塞注水泥装置的研制与应用

需要钻塞的分级箍固井工艺是注水泥完成后，要将留井工具钻掉，钻除过程中存在落物、钻偏、钻漏套管等风险，直接影响后期的施工和油气井的寿命。免钻塞固井工艺是固井完成后把装置内部的构件全部提出井筒外即可，省去了钻塞过程，缩短了完井时间，减少了井下事故发生的概率。但是这种免钻塞装置的尺寸较大，仅适用于7in或5 1/2in井眼中，在目前以经济效益为导向的经济开发方式下，老油田的挖潜增效，常常为减少投资成本利用废旧老井，如侧钻井，这种井的井眼尺寸小，已有的免钻塞注水泥装置在小井眼的井筒中无法排布。为此，研制了一种小井眼免钻塞注水泥装置。     

浮箍浮鞋自动试压装置

浮箍浮鞋是套管串及固井过程的一个关键附件,内部水泥胶结体承压能力是反映其性能的关键指标,需要进行试压检验.目前的检验设备存在工作量大,安全性低的缺陷,无法满足生产需要.为此,设计研制出浮箍浮鞋自动试压装置,选用液压系统作为动力源,通过计算机控制试压装置完成工件的试压、检测和区分.     

免钻免捞筛管顶部固井工艺研究与现场试验

常规筛管顶部固井工艺兼有筛管和尾管固井工艺的优点,但是固井后需要钻除管内附件。为提高筛管顶部固井工艺效率,优化了内、外管柱的结构,使用皮碗封隔器和滑套式分级箍代替常规筛管顶部固井工艺中的盲板和压差式分级箍,通过移动内管柱位置实现坐挂、注水泥、循环等操作,固井后提出内管柱时将残留附件一次带出,套管内不会残留盲板和分级箍内套,通径满足后续作业需要,实现了固井后免钻免捞,并可通过调整皮碗封隔器尺寸实现不同复合尺寸套管筛管完井。该工艺在渤海湾海上合作区块的X井进行了现场试验,完成了φ177.8 mm尾管+φ139.7 mm筛管复合管柱的筛管顶部尾管注水泥固井作业,固井候凝后直接投产,无需钻塞,节约了钻机时间。      

水平井套管固井关井工具研制与应用

长庆油田规模应用水平井固井+分段压裂工艺,实现了低渗透油气藏的高效开发。由于水平井套管固井的特殊性,固井施工完成后浮箍浮鞋单流阀功能易失效,不能实现有效断流,导致大量的井留水泥塞影响后期作业。针对以上问题,借鉴关闭滑套原理,研制了套管关井滑套及配套固井胶塞,在固井施工完毕实现碰压后可以实现硬关井,克服了传统单流阀断流易失效等问题。现场开展了200余口水平井固井试验,关井成功率100%,后期探人工井底表明,水泥塞满足压裂要求。     

碰压自锁固井水泥塞控制器的研制

现场浮箍失效在近期常有发生,使水泥浆倒流、封固段缩短、水泥塞增高,严重影响了固井质量,增加了钻井成本。为改变当前浮箍失效的状况,对浮箍失效的原因进行了深入分析,在保证密封体与密封座吻合的前提下,设计上尽可能扩展浆体的过流间隙,适当提高密封体的自由度,增强浮箍对阻卡物的释放能力。所研制出的“碰压自锁水泥塞控制器”解决了固井水泥塞控制技术的一大难题,能克服浮箍失效的后期隐患,可防止“水泥浆替空”和“水泥浆倒流”,达到了提高固井质量的目的。     

华北Ⅰ型浮箍浮鞋结构特点及其使用

过去各油田使用的套管附件,如引鞋、套管鞋、回压阀、阻流环和旋流短节等的结构很不统一,使用中存在许多问题。有的附件分散,使用时串联不便;有的可钻性差,再次开钻时需下专用磨鞋磨除;有的耐温性能差,井下温度较高时失去耐回压性能;有的密封可靠性差,不能憋压候凝,直接影响了水泥石与套管的胶结质量,降低了油气井的使用寿命。华北Ⅰ型浮箍、浮鞋综合了国外浮箍、浮鞋的优点,具有结构紧凑、串接方便、耐回压可靠、容易钻除等特点。     

高性能弹浮式套管浮箍的研制及在页岩气井的应用

在页岩气水平井固井中,现有套管浮箍可靠性低,常因浮箍失效对固井质量造成不良影响。为解决该问题,分析了浮箍失效的具体原因,确定了提高浮箍可靠性的结构改进技术方案,通过仿真模拟分析了该方案的可行性,并在室内模拟试验和分析其综合性能的基础上,研制了高性能弹浮式套管浮箍。室内试验表明,研制的浮箍可耐压60 MPa,耐温180℃,在2.0 m3/min排量下冲蚀72 h无损伤。该套管浮箍在涪陵页岩气田焦石坝区块的200多口页岩气水平井中进行了应用,应用结果表明,弹浮式浮箍耐高压、耐高温、耐冲蚀、可靠性高（一次坐封可靠率达100%）。研究认为,该浮箍可广泛应用于各类套管外大压差井、水平井、高温深井和复杂井的固井作业。      

水平井免钻塞筛管顶部注水泥完井技术

采用筛管顶部注水泥完井的水平井占到胜利油田水平井总量的60%以上。该技术的主要缺点在于钻塞过程中易造成套管磨损,钻塞后内壁留有毛刺,影响后期作业效果。为解决钻塞对完井管串 的伤害,设计出集管外封隔器、分级箍、盲板功能于一身的免钻塞完井工具,开展了室内性能试验和施工工艺试验。在筛管顶部注水泥作业结束后采用下打捞矛打捞内套的方式有效避免了钻塞带来的不 利影响,减少了完井作业时间及成本。该技术在胜利油田累计施工40余口井,保障了后期酸洗及填砂作业效果,推动了水平井筛管完井技术的进一步发展。     

Φ139.7mm筛管顶部注水泥免钻塞固井完井技术

为解决常规Φ139.7mm筛管顶部注水泥固井时钻塞时间长、易卡钻、易损坏套管和筛管、影响后期作业管柱下入等问题,依据筛管顶部注水泥固井完井技术要求,在现有Φ177.8mm免钻塞固井工具的基础上,通过设计增加球座、上封隔胶筒和可移动密封机构,优化剪钉压力级差,研制了Φ139.7mm免钻塞固井工具,形成了Φ139.7mm免钻塞固井完井配套技术。该技术在3口井进行了现场试验,结果表明,Φ139.7mm免钻塞固井工具可实现下套管钻井液循环、上封隔胶筒辅助固井、碰压后解除打捞时的活塞效应,打捞力减小200kN以上,且作业时间可缩短约30%。研究结果表明,Φ139.7mm免钻塞固井完井技术减少了钻水泥塞等程序,避免了作业风险,可满足各类油藏及中深井、深井、大直径井眼筛管顶部注水泥完井技术需求。     

页岩气水平井固井碰压关井阀的研制及应用

针对目前页岩气水平井固井中套管浮箍浮鞋可靠性低、关井不严、磨塞困难等问题,研制了固井碰压关井阀。其工作原理是,利用固井胶塞作为驱动部件,固井碰压时的压力作为驱动力,移动滑套永久关闭井底液流通道。室内试验及现场应用结果表明：碰压阀关闭压力为14 MPa,并可根据销钉直径来调节关闭压力;正向和反向均可承压25 MPa以上。该工具操作简便,易于安装,可靠性高,可与浮箍浮鞋配合使用,能够有效提高水平井固井作业后的井下关井成功率,降低水平井磨塞风险,防止因水泥浆倒流造成的水平段窜槽和微环隙的产生,对提高页岩气水平井固井质量具有积极的意义。     

水平井有限级次套管滑套固井工具研制与应用

为了实现高效分层压裂、提高工具可靠性,需开发水平井有限级次套管滑套压裂工具。与常规固井相比,存在现有胶塞无法满足超大变径条件下水泥封隔、水平段难以有效碰压及单流阀断流等难题。经过室内评价试验及工具结构改进,研制了适合水平井工况的固井胶塞、碰压短节、浮箍浮鞋等装置。结果表明:顺利完成了SP42H套管滑套固井试验,碰压正常,通井发现人工井底符合设计要求,后期压裂施工顺利,可以满足水平井套管滑套固井要求。     

套管与水泥环微间隙的计算

根据弹性力学原理，计算了固井施工作业后浮鞋、浮箍失灵需井口施压时套管和水泥环界面（即第一界面）的微间隙。计算结果和现场试验均表明，大庆地区调整井固井后井口施压高于平衡压力２．０～３．０ＭＰａ对固井声幅检测结果没有影响     

页岩气水平井固井质量对套管损坏的影响

四川盆地西南部长宁—威远国家级页岩气示范区采用水平井方式开发页岩气藏,部分井由于套管损坏导致压裂过程中不能顺利下入桥塞、连续油管不能顺利钻磨桥塞等问题,甚至部分井段被迫放弃压裂作业,直接影响了气井产量的提高。为此,以WH1井为例,在分析该井压裂过程中套管损坏问题的基础上,认识到固井质量差是该井套管损坏的主要原因。然后,应用ABAQUS有限元软件,结合现场实际参数建立模型,对水泥环窜槽缺失、套管偏心和井径变化等3种固井质量差的形式,进行了数值计算,得出了固井质量对套管应力的影响规律:①水泥环缺失时会在套管内壁上产生较严重的应力集中,且套管应力随缺失角度的增加而增加;②套管偏心和水泥环缺失同时作用会极大增加套管应力,甚至达到套管屈服值;③井径变化对套管应力影响较小。该研究成果可对今后页岩气开发提供有益的指导作用。     

套管浮箍浮鞋选型分析及失效预防措施

浮箍浮鞋失效会造成管内留塞，环空水泥浆返高不够，增加作业时间和成本。对比分析了不同类型浮箍浮鞋的结构和技术特点。结合API标准，介绍了浮箍浮鞋的主要性能评价指标和测试标准。分析了浮箍浮鞋失效的影响因素，并提出针对性的预防措施。为不同井况下浮箍浮鞋的合理选型及提高使用成功率提供参考。     

水平井和侧钻水平井筛管顶部注水泥完井技术

提出了水平井和侧钻水平井筛管顶部注水泥技术,改变了常规的水平井筛管完井工艺中筛管顶部套管(尾管)不注水泥、外部环空彼此窜通的状况,为射孔开发筛管顶部过渡段油层、可靠密封过渡段水层提供了条件;研究了筛管-管外封隔器-盲板-分级箍和管外封隔器-盲板-分级箍悬挂器两套工艺,分别实现了水平井和侧钻水平井的筛管顶部注水泥固井,对20口井进行了现场试验,取得了较好的效果.     

阿塞拜疆Bz-1R井超高压固井技术

Bz-1R井是阿塞拜疆Karabagil油田的一口重点探井，其地层压力系数异常，钻井过程中钻井液密度最高达2．28kg／L，且钻井液安全密度窗口窄，易发生溢流或钻井液漏失，固井施工时压稳与防漏的矛盾突出，水泥浆密度的确定、水泥浆浆柱结构设计、平衡注水泥困难。该井井下地层流体活跃，容易在水泥浆候凝过程中侵入环空，影响第二界面的胶结质量而引发环空窜流，压稳防窜候凝困难，加上环空间隙小、水泥浆密度高等的影响，导致该地区固井施工难度极大。为此，研制应用了密度2．3～2．6kg／L性能稳定的超高密度水泥浆体系，采用旁通式自动灌浆浮箍解决了大尺寸套管在高压易漏井的下入问题，配合使用剪销式注水泥前隔离塞及水泥塞定位器，并采取了一系列有针对性的固井技术措施，保证了固井施工的顺利进行，使该井成为该油田第一口固井成功的超高压复杂井。