高温高压尾管顶部封隔器研制

常规尾管顶部封隔器无法满足深井、超深井及海洋油气井的高温高压环境对尾管固井作业的需要。依据O形密封圈高温高压密封机理分析,完成了"金属+橡胶"式封隔器密封结构的研制。研究了硫化橡胶厚度、防退锁紧装置、膨胀锥角、坐封力及硫化工艺等关键技术与高温高压密封性能的关系,并优化了主要性能参数。通过对3种氟橡胶材料在高温下的力学性能研究,优选氟橡胶A作为封隔器橡胶密封材料。开发了井下工具的高温高压试验装置,并进行了地面性能评价试验。研究结果表明,高温高压尾管顶部封隔器在204℃下正反双向密封70 MPa,达到现场高温高压井的使用要求。     

尾管悬挂器

目前国内用于水平井油层专打悬挂筛管完井工艺,多采用固井悬挂器加管外封隔器及配套工具组合,以实现悬挂筛管和密封油套环空的目的。在施工过程中,首先将尾管悬挂器、管外封隔器、配套工具、套管和筛管丢人井内;再下胀封钻柱,进行反替泥浆、油层保护液或酸洗油层等工艺;然后,钻柱内投球憋压胀封封隔器,密封油套环空,提出胀封钻柱,即可完井。该工艺的弊端是：为方便丢手,悬挂器一般坐挂在75°的井斜范围内,重合段长,不经济;施工工艺繁琐;悬挂器无解封装置,一旦遇到特殊情况,中途坐挂,无法解封,只能磨铣。     

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。     

国内尾管固井完井技术现状

介绍了小井眼固井、尾管先期防砂完井、尾管回接固井、旋转尾管固井、膨胀套管完井和尾管钻井等6种新兴的尾管技术.分析了特殊卡瓦式悬挂器、尾管回接装置和膨胀式悬挂器等3大类尾管完井工具研究现状.建议在尾管完井中采用特殊尾管和新兴的完井方式,并采用多手段提高尾管固井质量.指出尾管悬挂器应向多功能化、简单化和可靠性方向发展.     

尾管顶部封隔器密封胶筒设计与试验

针对尾管固井作业过程中顶部重叠段容易发生封固失效,导致环空出现油、气、水窜的问题,研制了适用于Ф244.5 mm套管的尾管顶部封隔器。采用组合胶筒结构、防退机构,提高坐封可靠性,通过有限元方法对胶筒坐封过程进行计算并优化设计参数,开展了封隔器密封和耐温性能试验研究。地面试验表明,封隔器在耐温150℃条件下的密封能力达到70 MPa,锁紧力超过1 500 kN。现场应用表明,顶部封隔器完全坐封并通过井口压力测试,实现了对漏失层和高压气藏的有效封隔,解决了尾管固井环空重叠段密封问题。     

复合尾管完井工艺在川江566井的应用

川西须家河组是川西深层下步勘探开发的重点层位，其完井工艺技术直接影响了川西深层气藏的储层评价和开采。川江566井是一口高温高压气井，存在气层、水层和气水伴生层，底部为裂缝性气层。为确保有效封隔水层及正确评价下部的裂缝性气层，采用管外封隔器分隔水层与下部裂缝性气层，管外封隔器以下采用衬管保证天然气进入井筒的最大流通面积，以上部分采用尾管固井达到分层射孔测试的目的，并使用带顶部封隔器的尾管悬挂系统密封重叠段，从而确保裸眼顶部的封堵和水层与气层的封隔。文章详细介绍了川江566井复合尾管完井工艺设计、施工技术和工艺效果评价。复合尾管完井工艺在川江566井的成功应用，为今后类似井完井提供了经验。     

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.     

超高压防气窜尾管固井回接装置关键技术

高压油气井尾管固井易发生环空气窜,采用常规回接技术不能解决环空气窜问题,为此,进行了超高压防气窜尾管固井回接装置关键技术研究.通过分析回接插头密封组件、封隔器类型、封隔器防退及防提前胀封等关键设计技术,设计了一种回接插头与封隔器一体、使用安全、密封能力达70 MPa的超高压防气窜尾管固井回接装置.根据该回接装置的结构特点和现场施工关键环节,制定了合理的施工工艺和技术措施,提出了扫上水泥塞、磨铣回接筒、试插等易出问题关键环节的工艺要求,并给出了更精确的浮力变化计算方法.该回接装置在四川地区8口高压油气井尾管固井回接或短回接进行了应用,均未发生气窜.现场应用结果表明,该回接装置操作简便、安全可靠、封隔效果好,能够有效解决高压油气井尾管固井环空气窜的难题.      

复杂地层多套压力层系尾管完井固井新工艺

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.     

强水敏油藏水平井尾管完井固井新工艺

针对强水敏稠油油藏郑408岩体的固井难点，采用水平井尾管完井防砂筛管油层顶部注水泥、特殊附件辅助完井固井工艺。此工艺集尾管悬挂工艺、分级注水泥工艺、管外封隔器完井工艺、筛管防砂完井工艺于一体，既可以满足避免强水敏污染、保护油层，又能满足热采的要求。在胜利油田第1次成功应用，证明了使用该工艺和工具可有效开发强水敏稠油油藏，达到提高复杂油藏的开采效率的目的。     

国外尾管顶部封隔器技术研究现状

尾管顶部封隔器用于封隔套管与尾管重叠段的环空空间,防止固井过程中油气水窜流通道形成。介绍了尾管顶部封隔器的结构组成和工作原理,分析了国外典型尾管顶部封隔器的结构特点,为国内相关技术的发展提供借鉴。     

尾管顶部封隔器密封元件的设计计算与有限元分析

密封元件是封隔式尾管悬挂器的核心部件，其性能好坏直接影响到整套工具的作用效果。对封隔式尾管悬挂器的核心元件——胶筒进行了分析研究，通过理论分析计算出了胶筒坐封后的接触应力、坐封力，分析了影响密封元件接触应力和坐封力的因素。建立了胶筒几何模型，并应用ANSYS软件对密封元件进行了有限元分析，得出了胶筒胀封时的应力云图，为封隔式尾管悬挂器密封元件的设计提供了依据。     

液压压胀式尾管顶部封隔器研制与试验

机械式尾管顶部封隔器在小尺寸井、浅井和水平井中进行压裂作业时,由于机械下压力不足,容易出现封隔器坐封困难的问题。研制了一种基于液压坐封方式的封隔器,即液压式尾管顶部封隔器。在封隔器坐封原理的基础上设计了多级液缸串联工作方式的坐封结构,解决了机械式封隔器坐封力不足的问题; 同时设计了锚定结构,增大了封隔器坐封的可靠性。地面性能试验表明,该封隔器可在25 MPa内压力条件下实现坐封、30 MPa内压力条件下完成坐挂功能,坐封后密封压力达到70 MPa。该封隔器可实现对尾管重叠段环空的有效封隔。     

高温高压高酸性油气井用尾管顶部封隔器关键技术研究

针对尾管顶部封隔器在高温高压高酸性油气井环境中易腐蚀失效导致环空带压等问题,开展了封隔器耐温、耐压、耐腐蚀关键技术研究。根据尾管顶部封隔器各部件的特点及高温高压高酸性油气井对其性能的需求,进行了合理的选材,采用浸泡试验、应力腐蚀试验和电化学测试等方法评价了主要金属材料的均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂性能及电偶腐蚀风险;测试了所选橡胶材料的耐温、耐压和耐腐蚀性能。试验发现,镍基合金718具有良好的抗均匀腐蚀、点蚀和应力腐蚀开裂的性能,可作为封隔器的主要金属材料;13Cr不锈钢和低合金钢与镍基合金718偶接使用时电偶腐蚀速率较小,可以作为主要的辅助材料;改性的四丙氟橡胶材料在150℃、H2S分压3.5 MPa、CO2分压3.0 MPa环境下腐蚀96 h后力学性能保持率均在90%以上,用其加工的封隔器胶筒在高酸性腐蚀环境下具有良好的气密封性能。采用上述材料制备的尾管顶部封隔器在元坝10-3井进行了现场试验,结果显示该封隔器性能可靠,表明选材合理。研究认为,改进后的尾管顶部封隔器是解决高温高压高酸性油气井环空带压等问题的有效手段。      

渤海埕北区块大位移井封隔尾管悬挂固井工艺

针对渤海埕北区块大位移井在尾管固井施工环节中存在的一些技术难点,提出了一系列施工中的技术措施及要求,制定了较为完善的斜井尾管固井工艺技术措施;以CB32B-1井施工为例,制定的措施对尾管的顺利到位、悬挂器的成功坐挂与坐封、尾管固井的施工正常进行创造了良好的条件;通过声幅CBL固井质量的测定,固井综合质量评定为良好。固井实践表明:该系列技术措施对固井质量的提高有着一定的有效作用,为以后该海域此类复杂井的封隔式尾管悬挂固井提供了相关借鉴和参考。     

旋压式封隔器

安塞油田开发油层多,分注井上使用的Y341封隔器由于受注水压力波动和洗井等影响,使得封隔器频繁解封、坐封,封隔器胶筒极易损坏,缩短了分注有效期。为此,应用了旋压式封隔器,该封隔器采用顺时针旋转油管柱解封设计,提高了封隔器的抗疲劳破坏能力及可靠性,极大地延长了封隔器的使用寿命。     

逐级解封封隔器

常规封隔器解封时,由于中心管整体受力,解封负荷不断增大,作业施工中容易出现"拔不动"的现象.为此,设计了一种新型的解封机构, 以改变封隔器解封时的受力方式,使封隔器按照由上至下的顺序逐级解封,从而减小了解封负荷,保证作业施工的顺利进行.室内实验和现场试验表明,此封隔器具有逐级解封功能,技术指标达到设计要求.     

改进的皮碗封隔器

本发明涉及用于井筒设备的皮碗封隔器,更确切地说,是在井筒实施地层压裂或其他地层处理作业中使有的一种层间跨隔式皮碗工具.这是经改进的新型皮碗封隔器,这种封隔器可阻止砂粒和岩屑侵入其开口.     

压缩式封隔器

本文介绍了一种井下封隔器.该封隔器用于井筒密封,以测试井筒完整性.封隔器的坐封是通过封隔器钢体上外套的移动对一个或多个密封元件产生挤压作用来实现的.这种封隔器带有一个旁流通道,这样封隔器下井时流体可以从封隔器流过.封隔器附有的刮管器或刷子,起到清除井筒脏物和清理坐封部位的作用.