国外固井胶塞研究新进展

为降低水泥浆受污染程度,提高钻井效率及固井质量,近几年不断有新型胶塞被研制应用。介绍了国外4种新型固井胶塞,即,套管固井防转固井胶塞、尾管固井多胶塞系统、尾管悬挂-分级注-封隔器联合固井4塞系统、深海套管固井海底释放塞系统的结构特点和工作原理,可为国内胶塞的研制、改进和创新提供参考。     

琼002井尾管胶塞前期损坏的补救措施

琼００２井在尾管固井过程中由于尾管悬挂器长时间地上提下放、旋转等作业,造成尾管胶塞前期损坏,采用ＴＩＷ型送入工具与Ｌｉｎｄｓｅｙ公司产的回接插入筒组合进行插入式尾管注水泥浆作业,从而很好地解决了尾管胶塞前期损坏的问题。     

使用双顶胶塞和双底胶塞提高尾管固井质量

自１９８２年以来，对所有的尾管固井进行了尾管段上部和下部的水泥取样抽查和统计研究表明，长尾管（约１０００米）固井之后，固井水泥胶结差；用更长的尾管（长达２２００米）固井后，水泥污染十分严重，水泥很可能没有充填尾管环空。正因如此，研究出了上下套管胶塞工艺来防止顶替水泥浆时发生在套管柱内水泥浆的污染。经过反复多次的井下试验已初步获得了现场经验，交圾助于改进该工艺，自１９８９年６月起，该工艺的最终设计已     

使用四胶塞法可提高尾管固井质量

尾管固井资料统计，长尾管井（大约１０００ｍ）的固井质量差，更长的尾管（长达２０００ｍ）固井水泥浆被污染更为严重，以致水泥浆不可能凝固。用四胶塞法（两组复合胶塞）固井成功率远比双胶塞法固井成功率高，在尾管头部和浮箍（或浮鞋）处的水泥试样中水泥重量百分比大于９０％，并且不涉及尾管长度。文中论述了四胶塞法固井方法的研究、改进及现场试验。     

大斜度井和水平井的尾管固井工艺

大斜度井和水平井的尾管固井的难点：一是斜井段注水泥顶替效率差；二是尾管悬挂工具在斜井段座挂困难，三是水泥浆析水控制难度大，通过两年多的尾管固并实践，认为有效的办法是围绕优化水泥浆体系，加强失水及密度的控制；要求钻井液要有一定屈服值，要求采用不找中和点悬挂器，在注水泥施工中严格控制工艺措施。     

带胶塞系统可提出式回接装置在尾管补救固井中的应用

针对尾管固井中出现的送入钻具、尾管悬挂器中心管短路及尾管内落物造成管内憋堵无法建立正常循环的2种复杂情况,设计出一种带胶塞系统可提出式回接装置用于补救固井。通过文中提出的计算方法得到在回接装置上下压的重量,实现回接装置与尾管悬挂器回接筒之间的有效密封,无需坐挂及解封,固井后可直接提出,保证了送入钻具的安全。胶塞系统的使用在水泥浆与钻井液之间起到了有效的隔离和替浆到量碰压的作用,提高了水泥浆的顶替效率,保证了尾管补救固井质量。     

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。     

乌兹别克复杂水平井固井工艺技术

1-G井、350井是乌兹别克斯坦的第一批水平井,表层套管尺寸大,技术套管裸眼段长,地层异常高温,盐膏层段长,油气层"上喷下漏"导致固井难度极大.经过研究摸索,(4)508 mm表层套管、(4)339.7 mm技术套管采用了插入法固井,采取两凝水泥、稀释钻井液、大排量注替等措施较好地解决了长裸眼大环空内的水泥浆窜槽问题.(4)244.5 mm尾管固井,选用厚壁套管、悬挂简单可靠的外台阶式尾管悬挂器,使用欠饱和盐水水泥浆,采取稀释钻井液、增加水泥浆的接触时间、大排量紊流顶替等措施,达到了封隔地层防止长段膏岩层蠕动之目的.(4)139.7mm完井套管固井,采用管外封隔器带分级箍加盲板的复合结构,使用不渗透水泥浆体系,较好地解决了高渗透油气层的封固问题.350井完井固井工具出现问题后,成功地实施了反向注水泥固井技术.     

复合钻杆胶塞解决超深井尾管固井碰压问题

为了解决塔河油田尾管固井由于不能确保碰压而采用平衡法固井留水泥塞过长的问题，设计了一种分体式复合钻杆胶塞。该胶塞由上胶塞(Ф127mm、空心)、下胶塞(Ф89mm)、密封圈、销钉、导向头及卡簧组成，上胶塞与下胶塞通过销钉连接在一起。上胶塞针对Ф127mm钻杆内钻井液的顶替，下胶塞针对Ф89mm钻杆内钻井液的顶替。替浆时，复合胶塞在Ф127mm和Ф89mm钻杆连接处分离，下胶塞继续在Ф89mm钻杆内运行，直至与尾管挂处的套管胶塞复合。现场试验表明，采用复合胶塞固井能够确保碰压，缩短水泥塞，从而减少了扫水泥塞时间(由过去的平均50h缩短到现在的不到10h)，而且改善了固井质量。     

?273.1 mm无限极循环尾管悬挂器在元坝气田的应用研究

元坝气田?273.1 mm尾管固井时因裸眼段长、环空间隙小和尾管段长,导致尾管难以下到设计位置、中途开泵受限和替浆计量困难等技术难点。在分析地质状况、井眼条件和工具功能等因素的基础上,采用了具有压力平衡机构、卡瓦内嵌结构的无限极循环尾管悬挂器及配套胶塞系统,并制定了针对性的尾管下入措施。元坝气田7口井应用了无限极循环尾管悬挂器,实现了中途循环解阻,解决尾管难以下到设计位置的问题,尾管到位率100%,胶塞复合信号明显,实现了精准替浆作业,碰压率85%。研究结果表明,元坝气田?273.1 mm尾管固井采用无限极循环尾管悬挂器效果显著,该尾管悬挂器为元坝气田大尺寸、长裸眼段的尾管固井提供了有效的技术手段,具有一定的推广应用价值。      

一种能有效防止水泥浆回流的新型套管胶塞

为了进一步降低尾管固井后水泥浆回流到套管内的风险,研究了目前国内外主流尾管悬挂器的防回流结构,分析该类工具结构存在的缺点,进而开发设计了一种新型结构的套管胶塞——半空心套管胶塞,并对其与悬挂器的配合使用进行了现场试验。结果表明:(1)尾管悬挂器防回流结构的缺点是钻杆胶塞的锁定机构在到达套管胶塞与之重合和锁定前已被损坏;(2)新型胶塞的内孔设计为弯折孔,上半部分为空心圆孔,下半部为实心圆柱;(3)固井施工时,钻杆胶塞到达悬挂器位置后进入新型胶塞内,在孔弯折处被阻挡,不能继续下行,与套管胶塞成为一体;(4)在钻井液推动下剪断剪钉继续下行,经套管串达到碰压座位置,新型胶塞下部实心圆柱体挤入碰压座内孔,只需要套管胶塞上的密封件和锁止机构一起作用即可防止水泥浆回流,而不再需要钻杆胶塞;(5)现场试验应用表明,试验井的实钻水泥塞面平均比设计高出24 m,较对比井高出设计位置59 m减少了一半。结论认为,新型胶塞与悬挂器匹配良好,对施工过程没有负面影响,固井后水泥塞面控制效果良好。     

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.     

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。      

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。     

?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。     

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.     

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.     

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。     

利深101井完井固井工艺技术

利深101井是在胜利油区利津洼陷深层的勘探有重大发现的新利深1井之后,为了进一步探明济阳坳陷深层油藏含油气规模而设计钻探的一口评价探井。设计井深4400m,钻进过程中,克服了盐膏层、易坍塌等复杂地层、富含硫化氢气体等难题,在加深钻进65m之后,又有了重大发现。为保护新发现的油层和白云岩储气层,采用了尾管完井和筛管顶部注水泥固井工艺。通过优选悬挂器、分级箍、封隔器等特殊工具,优选加重抗高温水泥浆体 体系,精细组织施工,顺利完成了固井施工,达到了甲方的要求。该井的完井固井工艺及其措施,为胜利油田和中石化在新区、新带、新层领域的油气风险勘探提供了宝贵经验。