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。     

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。      

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。     

高性能尾管悬挂器关键技术

针对深井与复杂井尾管下入难度大、尾管重叠段封固能力低等问题,研制了具有坐挂、旋转、封隔等功能的新型尾管悬挂器。在旋转封隔尾管悬挂器整体结构设计的基础上,开展了轴承、扭矩传递、高压封隔等关键技术研究。利用ABAQUS软件分析了重载轴承、扭矩套及封隔器锁紧机构的应力和应变情况,据此优化了结构和设计参数,并通过试验验证了各部件的性能。地面试验表明,轴承在800 k N的载荷作用下,旋转寿命达到55 h,扭矩传递装置抗扭达到41 k N·m,高压封隔器耐温达150℃、耐压达70 MPa。在星火101井的现场试验中,取得了坐挂、丢手、旋转尾管及封隔器坐封等作业的一次性成功。该井固井质量优质率达到了75.6%,尾管固井质量相对邻井有明显提高,高性能悬挂器结构设计的合理性和可靠性得到验证。     

塔里木油田尾管悬挂器国产化及其应用实践

针对固井用进口尾管悬挂器价格高昂、供货周期长、技术服务不及时等问题,对国内厂家尾管悬挂器产品进行了调研和论证。结合塔里木油田特殊井况,对封隔式尾管悬挂器进行了结构和尺寸等优化。通过在塔里木台盆区的单井试用,提升和完善了施工工艺,封隔式尾管悬挂器的性能在小规模推广应用中得到了验证,实现了国产化,并取得了良好应用效果。     

机械封隔式尾管悬挂器在塔河油田TH12406井的应用

塔河油田艾丁、十二区块多存在二叠系地层,该地层承压能力低、易垮塌,在钻进、下套管、注水泥及候凝过程中易发生井漏。尽管针对含二叠系地层的井固井采用纤维堵漏水泥浆体系,但仍存在不同程度的漏失,致使多井环空水泥浆返高不足,造成尾管顶部环空不能有效封隔,这在一定程度上影响到油井生产寿命和塔河油田整体开发部署。机械封隔式尾管悬挂器由液压坐挂和机械涨封两套独立的系统组成,具有坐挂、封隔两种功能,可在环空形成有效密封,可有效防止因井下漏失引起尾管重叠段无水泥,确保完井作业顺利进行。该文介绍了机械封隔式尾管悬挂器在塔河油田超深井TH12406井中的首次应用情况。     

封隔尾管悬挂器的研究与应用

为解决一些油田尾管固井时重叠段封固井质量无法保证的问题,研究应用了封隔尾管悬挂器,它是一种顶部带有封隔器的新型尾管悬挂器,与常规尾管悬挂器相比,具有坐挂、坐封两种功能,并在固井重叠段环空形成高效永久密封,防止油气水窜。该技术操作简单,性能可靠,有效解决了吐哈区块悬挂筛管顶部固井的难题。     

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。     

内嵌卡瓦尾管悬挂器的优势与现场应用分析

通过对常规尾管悬挂器的坐挂结构进行分析,总结其在超深复杂井中存在的不足。对内嵌卡瓦尾管悬挂器具备的性能优势进行了介绍,其具有承载能力高、过流面积大及卡瓦保护性好的特点。文章结合复杂井下条件及施工难点,介绍分析了内嵌卡瓦尾管悬挂器的应用情况,并对２口井坐挂前后循环压力情况进行了对比,验证该新型工具的结构优越性和可靠性。该悬挂器在研制成功后进行了３５井次的现场应用,应用情况良好,在油田 复杂井尾管固井中广泛使用。     

?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。     

膨胀尾管悬挂器研究及应用

常规尾管悬挂器由于密封性能差、内通径小等问题很难满足生产需要,为此,对悬挂及密封材料、液压及机械相结合的膨胀机构、膨胀方式、爆破盘等关键技术进行了研究,研制了膨胀尾管悬挂器.介绍了其结构和工作原理,阐述了其技术优点:该技术把膨胀套管技术应用到尾管完井领域,密封悬挂机构采用高强度橡胶材料,膨胀方式采用液压和机械相结合、由上至下的膨胀方式,设计了爆破盘.为检验膨胀尾管悬挂器的性能指标,进行了膨胀尾管悬挂器室内试验,验证了膨胀尾管悬挂器的基本性能.在王102-侧54井进行了侧钻井现场试验,悬挂φ95 mm尾管901.67 m.膨胀尾管悬挂器集尾管悬挂器及上封隔器于一身,有效解决了尾管头漏失问题,且悬挂密封可靠,内通径远大于尾管内径,是尾管完井技术的最新发展方向.     

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。     

随位自动脱挂尾管悬挂器的研究与应用

针对现用尾管悬挂器倒扣困难, 不能活动套管, 以及液压式悬挂器不能循环操作和容易造成提前坐挂等问题, 研制了ＳＺ—Ｉ型随位自动脱挂尾管悬挂器。这种悬挂器具有随位悬挂、自动脱挂、上下活动和旋转套管、不钻水泥塞和可进行尾管回接等多种功能。３０ 多口井的现场应用表明, 悬挂器操作简便, 性能可靠, 固井质量合格, 所有试验数据均符合设计要求, 平均每口井可节约直接钻井成本１５ 万元以上。这种悬挂器还可用于大斜度井、水平井、小间隙井以及老井侧钻井。     

可膨胀尾管悬挂器技术及其应用

可膨胀管悬挂器(ELH)作为尾管固井、完井工艺中一项革新型工具,可以成功地解决常规悬挂器因其原理和结构特点带来的固井施工难题及重叠段固井质量差等问题,成为下一代悬挂器研究的重点。文中以实体膨胀悬挂器系统为例,介绍了其结构原理及应用情况。     

关于国内尾管悬挂器技术发展问题的思考

针对尾管悬挂器技术在国内深井超深井钻井中面临的新挑战，回顾了国内尾管悬挂器技术的发展历史，分析了技术现状。指出今后在尾管悬挂器研究中要特别关注5 方面因素的影响，并要着重解决旋转、液压丢手、抗高温、防碰、防腐、增大过流面积等6 大关键技术问题。同时，提出了今后应重点发展多功能组合式尾管悬挂器和可膨胀式尾管悬挂器的建议。     

膨胀式尾管悬挂器在短半径水平井中的应用

膨胀式尾管悬挂器应用于短半径水平井完井中,具有外形尺寸小、入井安全方便、环空过流面积大、密封性能好,且在注水泥过程中能活动套管以提高顶替效率等诸多优于常规悬挂器的特点。为此,将Ф177.8 mm×Ф114.3 mm膨胀式尾管悬挂器在哈萨克斯坦北布扎奇油田短半径水平井中推广应用,提供的15套悬挂器在应用中全部获得成功。现场应用表明,该悬挂器下井安全,中途不会坐封;操作简便,仅由泵车加压即可;膨胀管实际膨胀时间仅3 min;如遇阻能够加压、旋转、保证管柱下到设计位置;坐挂结束后,试压10.3 MPa,合格,证明环空已经全部密封,施工非常成功。     

国内外高温高压尾管悬挂器技术新进展

文中介绍了国外尾管固井悬挂器的发展现状,通过对Weatherford公司的SwageHammerTM尾管悬挂器系统和Drillquip公司LS-15TM尾管悬挂器系统的结构、工作原理、性能特点和现场应用情况分析,得出高温高压尾管固井技术的发展趋势。概述了国内目前较为先进的尾管悬挂器技术,指出其相比于国外同类产品的不足之处,并探讨了我国尾管悬挂器系统的应用前景。     

完井修井膨胀悬挂器的研制与应用

针对常规尾管悬挂器的不足,开发出膨胀悬挂器技术。该技术采用了钢管膨胀及高强度橡胶材料作为密封悬挂机构,没有卡瓦机构,集尾管悬挂器及封隔器于一身,解决了尾管头漏失的问题,且内通径远大于尾管内径,相对于常规尾管悬挂器具有诸多的技术优势,是尾管完井技术的最新发展方向。对膨胀悬挂器的膨胀过程进行了有限元分析,对摩擦系数与膨胀压力的关系进行了研究,得出了膨胀压力与摩擦系数的数学表达式。橡胶筒所能提供的悬挂力大小是衡量膨胀悬挂器性能的一个重要指标,对膨胀压缩后的密封橡胶筒所能提供的悬挂力进行了力学计算;对膨胀悬挂器的工作原理及技术特点进行了论述,介绍了膨胀悬挂器尾管完井技术、膨胀悬挂器悬挂小套管修井技术和膨胀管外封隔器悬挂小套管修井技术的技术优势。在永3-侧87、义11-47等21口井对膨胀悬挂器技术进行了现场应用。     

封隔式免钻尾管悬挂器的研制与应用

在尾管固井作业过程中,普通悬挂器需要后期钻除上部水泥塞及其内部构件,容易造成喇叭口窜气和固井质量变差。为此,开发了新型的封隔式免钻尾管悬挂器,同时还设计了液压坐封控制的封隔器、活动密封免钻柔性密封盒、辅助承载倒扣机构。施工作业顺序为:①将尾管管柱下入到设计位置,充分循环钻井液后,投入憋压球,待其入座后,憋压剪断悬挂控制销钉,实现悬挂器坐挂;②继续憋压,剪断球座销钉,建立循环;③下放钻杆给悬挂器施压,正转倒扣,实现送入工具与悬挂器的丢手;④注水泥施工结束后,投入钻杆胶塞,剪断空心套管胶塞的脱手控制销钉,再继续下行与碰压总成碰压;⑤卸掉水泥头接方钻杆,重新憋压,缓慢上提钻具,由液压对封隔器总成坐封液缸作用,剪断坐封控制销钉,实现封隔器的坐封;⑥起送入工具至喇叭口,循环洗出多余的水泥浆,实现全井免钻。在BQ203-H1等井127mm尾管的成功使用表明,该封隔式尾管悬挂器坐挂、倒扣方便,碰压准确,坐封方便,封隔性能良好。