川西长裸眼水平井下尾管循环解阻关键技术

为解决川西长裸眼水平井中尾管下入遇阻和不易下到设计位置的问题,从提高尾管固井工具可靠性和尾管固井管串组合通过性等方面入手,优化了尾管固井管串组合,并选用压力平衡式尾管悬挂器、整体式弹性扶正器和弹浮式浮箍等关键工具,制定了降低尾管下入遇阻概率和提高解阻成功率的技术措施,形成了适用于长裸眼水平井的下尾管中途大排量循环解阻技术。压力平衡式尾管悬挂器能消除循环憋堵或异常高压导致尾管悬挂器提前坐挂的风险;整体式弹性扶正器最小复位力约为常规单弓弹性扶正器的2倍,可提高套管居中度;弹浮式浮箍能解决常规弹簧式浮箍大排量长时间循环弹簧疲劳失效和回压阀冲蚀密封失效的问题。长裸眼水平井下尾管中途大排量循环解阻用技术在川西50口中浅层水平井进行了应用,解决了尾管下入遇阻和下不到设计位置的问题,尾管到位率达到了98%。研究结果表明,长裸眼水平井下尾管中途循环解阻技术可以解决川西长裸眼水平井尾管下入存在的问题。      

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。      

可旋转膨胀尾管悬挂器性能研究及现场试验

可旋转膨胀尾管悬挂器结构复杂,施工工艺不同于常规悬挂器,现场试验难度大。为解决该问题,分析了φ177.8 mm×φ139.7 mm可旋转膨胀尾管悬挂器及各关键部件的结构和工作原理,根据整机地面膨胀试验、悬挂性能测试、模拟入井试验等试验结果,确定了悬挂性能参数、膨胀性能参数和施工参数,并制定了现场施工工艺。可旋转膨胀尾管悬挂器在GSS-036LR井进行了现场试验,成功完成固井作业,膨胀压力小于20 MPa,膨胀施工作业排量小于0.2 m3/min。研究表明,研制的可旋转膨胀尾管悬挂器能够实现旋转、膨胀坐挂和丢手功能,施工工艺可满足现场施工需求。      

国外旋转尾管悬挂器丢手工具分析

在尾管固井过程中,旋转尾管悬挂器能够通过旋转尾管,提高顶替效率进而提高固井质量。丢手工具是旋转尾管悬挂器的关键部件之一,能否将尾管顺利送到井内设计位置,坐挂后能否顺利丢手,在尾管入井和固井过程中,能否顺利旋转尾管,是检验丢手工具性能的关键指标。分析了国外几种旋转尾管悬挂器丢手工具的结构、工作原理和性能特点,为国内旋转尾管悬挂器丢手工具的设计开发提供参考。     

Weatherford公司研制出SwageHammer~(TM)集成式尾管悬挂器

<正>为满足高压/高温、深水、大斜度井等苛刻条件下尾管固井时的密封要求,Weatherford公司研制了SwageHammer~(TM)集成式尾管悬挂器。该悬挂器集常规尾管悬挂器和膨胀式尾管悬挂器的优点于一体,可大大提高高温高压条件下井筒整体的密封性,降低尾管下入及整个作业过程中的风险。SwageHammer~(TM)尾管悬挂器主要由顶部封隔器、坐挂机构、送入工具(包括坐挂驱动机构)组成。该悬     

膨胀尾管悬挂器关键技术分析及现场应用

膨胀尾管悬挂器在注水泥和顶替的过程中能够带动管串旋转,可显著提高环空顶替效率和固井质量。从膨胀驱动机构、本体机构、丢手机构、旋转机构、指示机构和应急机构等6个方面对膨胀尾管悬挂器关键技术进行了分析,并介绍了其现场应用情况。分析结果表明,膨胀尾管悬挂器集成了悬挂和封隔功能,并能实现大排量循环,遇阻后通过旋转和上提下放,使管串顺利入井,并提高固井质量;通过完善现场施工工艺,优化胶塞憋压操作及其机构,确保丢手机构及应急机构的正常工作,可有效提高膨胀悬挂器作业的可靠性。建议我国加大膨胀尾管悬挂器的研发力度,同时提高工具的可靠性。     

旋转尾管固井工艺技术现状

旋转尾管能解决斜井和水平井尾管难下到位的问题。活动套管固井以提高固井质量的观点,已形成了普遍的共识,对于套管直接到井1：3的井比较容易实现,但对于尾管而言,悬挂器坐挂后就不能转动,但使用可旋转尾管悬挂器就能解决这一问题。文章介绍了旋转尾管固井技术的发展、旋转尾管固井技术的优点和所需条件及其操作特点。     

国内外尾管悬挂器技术进展

简要回顾了尾管悬挂器技术的发展历程，着重介绍了国外几种新型尾管悬挂器（封隔式尾管悬挂器、旋转尾管悬挂器、内藏卡瓦式双作用尾管悬挂器）的结构特点，同时介绍了我国几种有代表性的尾管悬挂器的应用情况，并提出了我国今后尾管悬挂器的发展方向     

尾管钻井技术研究与试验

尾管钻井技术属于套管钻井的一种类型,具有降低钻井成本、减少井下事故的优点,尤其对存在井壁坍塌等复杂异常情况的深井具有重要意义。实现了在送入工具与悬挂器之间设计了传扭机构、在送入工具(中心管)内设计了一个以衬套为核心的联动开关、在完钻后尾管固井时使用的实心塞和尾管悬挂器内置的空心塞上设计了"棘爪簧片防退"机构、在尾管悬挂器与技术套管间设计了"橡胶"和"金属"双级密封机构等项技术创新,解决了尾管悬挂器及附件必须具有钻井功能、尾管钻井所配钻头必须满足深井硬地层和低钻压条件的要求、尾管悬挂器必须满足"下得去、挂得准、挂得住、脱得开、封得住、提得出"的技术要求、满足尾管与技术套管的环空密封性能的要求、浮箍可承受钻井过程中的长时间冲蚀且能防止固井后水泥浆倒灌等关键技术,实现了先坐挂、再解脱,最后旋转固井的设计思想,成功地完成了地面模拟试验,顺利地通过了同时具有CMA(中国计量认证)和CNAS(中国合格评定国家认可委员会)资格的检测机构所进行的全面行业性能检测,具备了尾管钻井最大钻深能力达到4500m、尾管长度达到200m的能力。     

国产旋转尾管悬挂器在国内的首次应用

旋转尾管悬挂器在海上和陆上油田使用广泛并取得较好效果，但该工具及其附件均为国外公司提供，国内研制的产品因各种?因一直没有在现场应用。介绍了国产旋转尾管悬挂器的结构特点和旋转尾管固井施工程序，根据东辛油田辛176断块难点，选择使用国产旋转尾管悬挂器并进行了相关计算，阐述了现场操作流程及固井施工过程。现场应用表明，胜利油田在东辛断块复杂井辛176-斜16井的尾管完井中，采用国产旋转尾管悬挂器固井施工，旋转正常，性能可靠，固井质量优良。     

大陆架尾管悬挂器、浮箍和浮鞋创国内下深纪录

在中国石化重点科探井、亚洲第一垂直深井——塔深1井五开固井中，大陆架公司为该井专门设计制造的SSX-A型双锥双液缸尾管悬挂器、浮箍和浮鞋分别在井深6637和8405m应用成功，创造了国内同类固井工具的下深纪录。     

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。     

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。     

新型固井工具研制

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。     

一种新型固井工具——可控尾管悬挂器

为解决深井、超深井、定向斜井、水平井尾管悬挂固井中,尾管悬挂器在入井中途开泵循环易发生提前悬挂失效,碰压器处于井底大斜度井段使球与球座难以密封所导致的延后悬挂失效,浮箍被过流浆体杂物阻卡时所导致的回流控制失效等技术难题,研制了一种能解决以上问题的新型工具。该工具设置了悬挂、碰压和回流综合控制系统,即控制了液缸与套管内连通的压力通道,将碰压器改设于尾管柱顶部,设计了复合胶塞自锁机构。该工具使用方便、节约成本,解决了悬挂、碰压和回流控制失效的技术难题。     

压力平衡式尾管悬挂器在川西水平井的应用

为解决川西中浅层水平井?139.7 mm油层套管下入困难或下入不到位的问题，研究新型的压力平衡式尾管悬挂器。结合压力平衡式尾管悬挂器的原理和特点分析，先后进行了现场适应性评价试验及整机的现场应用。结果表明，核心的球座式胶塞系统在钻井液密度2.0 g/cm3、固含37 %的环境下，经1.8 m3/min的排量循环冲蚀180 min后，能够密封至少17.8 MPa，且与钻杆胶塞复合剪脱性能良好。在川西水平井现场应用4口井，实现了中途循环解阻及套管安全快速下入，套管到位率100%，平均下钻速度是常规尾管悬挂器的1.7倍以上。压力平衡式尾管悬挂器是提高川西水平井尾管下入成功率和速度的有效工具，具有一定的推广应用价值。     

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。     

TruForm~(TM)可膨胀尾管悬挂器

<正>Weatherford公司针对传统尾管悬挂器组成零件多、结构复杂、密封性能有限等问题,研制了Tru-FormTM可膨胀尾管悬挂器。该尾管悬挂器具有以下特点:1)采用厚壁、整体式设计,可以保护固定锚与密封装置;2)悬挂器本体上镶嵌有碳化钨合金齿,本体膨胀后,合金齿与套管内壁直接接触,增大了两者之间的摩擦力,提高了坐挂力和耐久性,能够满足长尾管的下入和悬挂要求;     

国内特殊尾管悬挂器研制现状与发展趋势

为适应水平井、分支井、大位移井、小井眼井以及复杂井眼条件下的尾管固井要求,近几年不断有新型尾管悬挂器被研制应用。这些新型尾管悬挂器包括:可有效解决尾管重叠段封固质量差和油气水窜的集尾管悬挂器、封隔器于一体的尾管封隔悬挂器及其回接装置;具有液压、机械2种坐挂功能的双作用尾管悬挂器;用于深井钻井中的超大尺寸、重负荷尾管悬挂器;适用于老井和套管开窗侧钻井的小尺寸尾管悬挂器;防止CO2、H2S气体腐蚀的特殊尾管悬挂器以及水平井尾管悬挂完井系统等。这些特殊尾管悬挂器在国内陆上和海上油田的应用中,均取得良好效果。介绍了其研制及应用概况,并就其发展方向提出了建议。     

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。