固井地錨結(jié)構(gòu)方案總結(jié)及對比

王強軍， 孫耀龍， 張想， 張強

（長江大學(xué)，湖北荊州434023）

1 引言

目前對于稠油油層開采，國內(nèi)通常采用熱蒸汽吞吐技術(shù)，即先向井下稠油層注入高溫水蒸汽，然后保溫一定的時間，降低稠油黏度值后再進行開采。由于熱蒸汽會使套管受熱膨脹，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，對此油田一般使用預(yù)應(yīng)力固井來解決套管因受過大的熱應(yīng)力而被壓壞的問題［1］。預(yù)應(yīng)力固井技術(shù)是指在固井作業(yè)中注水泥前或注水泥后，通過地錨在井下固定住套管的下端，然后對套管上端進行提拉，使井內(nèi)套管形成一定的預(yù)拉力，減小套管因受熱而產(chǎn)生熱應(yīng)力造成的伸長，降低套管的損壞機率［2］。

目前，國內(nèi)外已投入使用，技術(shù)比較成熟的地錨有DM型系列地錨和組合式套管預(yù)應(yīng)力地錨。隨著裸眼完井工藝的發(fā)展，相關(guān)技術(shù)要求地錨可以被鉆穿，本文通過查閱相關(guān)資料，列舉了幾種可鉆性地錨方案，如推桿式地錨、炸開式地錨、可復(fù)位滑塊地錨等等。

2 地錨方案對比

2.1 DM型系列地錨結(jié)構(gòu)方案

2.1.1 工作原理

如圖1所示，地錨裝于套管底端，隨著套管一起下入井內(nèi)，然后注水泥及替漿作業(yè)。首先使地錨位于錨定位置，當滑塊機構(gòu)5受到一定壓力，即可以推動連桿機構(gòu)7，然后張開錨爪9，當錨爪掛住地層后，通過提拉套管使錨爪完全張開，實現(xiàn)地錨與地層錨定。然后即可給套管施加預(yù)應(yīng)力，達到預(yù)應(yīng)力固井的目的［3］。

圖1 DM型預(yù)應(yīng)力固井地錨方案示意圖

2.1.2 結(jié)構(gòu)特點

DM型預(yù)應(yīng)力固井地錨的上、下端均設(shè)計為長圓扣或偏梯扣，方便與套管連接；并且該地錨配備4種不同結(jié)構(gòu)的錨爪和連桿機構(gòu)可以適用于不同硬度的地層；地錨結(jié)構(gòu)緊湊、短小輕便，搬運安裝方便。

2.2 組合式套管預(yù)應(yīng)力地錨結(jié)構(gòu)方案

2.2.1 工作原理

圖2 組合式套管預(yù)應(yīng)力地錨結(jié)構(gòu)方案示意圖

地錨在下放過程中，鉆井液通過浮箍實現(xiàn)自動灌鉆井液的功能。如圖2所示，當?shù)劐^下到井內(nèi)預(yù)定位置時，從井口投球，當球自由下落到球座2，憋壓到一定值后，活塞銷釘6將被剪斷。活塞體8下行，錨爪9脹開并掛住地層，通過提拉套管使錨抓完全張開，達到錨定套管底端的目的，然后即可施加預(yù)應(yīng)力；當憋壓逐漸增大到設(shè)定值時，托藍關(guān)閉套銷釘3（球座—托藍關(guān)閉套剪切銷釘）外側(cè)將被剪斷，托藍關(guān)閉套7下行，這時將關(guān)閉自動灌鉆井液旁通孔，再憋壓到另一設(shè)定值時，球座剪切銷釘3內(nèi)側(cè)被剪斷，當球與球座一起下落到托藍4上時，鉆井液就可通過回壓閥進行循環(huán)，從而恢復(fù)浮箍功能［4］。

2.2.2 結(jié)構(gòu)特點

地錨的啟動通過投球憋壓，脹開錨爪，保證了準確定位;采用3只錨爪均勻分布，有利于套管居中，實現(xiàn)地錨、浮箍、引鞋一體化，可自動灌鉆井液，提高固井質(zhì)量。

相對于現(xiàn)有地錨方案，可轉(zhuǎn)型地錨通過巧妙地設(shè)計內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作方式，使固井后地錨內(nèi)部無高強度結(jié)構(gòu)，完善了裸眼完井工藝，并且為以后的老井加深提供一種新途徑。

2.3 推桿式地錨結(jié)構(gòu)方案

2.3.1 工作原理

如圖3所示，推桿式地錨是一種通過高壓液體沖壓節(jié)流環(huán)2而使錨爪打開的一種地錨結(jié)構(gòu)方案，結(jié)構(gòu)簡單，可采用多級連接方式。節(jié)流環(huán)2對高壓泥漿進行節(jié)流，將產(chǎn)生一定的壓力作用在連桿4上，而連桿4、連桿5、錨爪7和地錨本體1組成四桿機構(gòu)。錨爪作為四桿機構(gòu)中的搖桿，將受到一定的力矩而張開一定的角度。與此同時，將套管整體上拉，錨爪銷亦受到向上的拉力，錨爪逐漸張開并吃入巖層。

圖3 推桿式地錨結(jié)構(gòu)方案示意圖

2.3.2 結(jié)構(gòu)特點

地錨結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，成本低廉；地錨固定后，中心騰空，方便第二次下鉆頭，具有可鉆性；但是單級使用時強度不夠，為提高地貌強度，可以嘗試多級對接；地錨不能復(fù)位，不能矯正位置；密封性要求較高。

2.4 炸開式地錨結(jié)構(gòu)方案

1）工作原理。如圖4所示，節(jié)流活塞是由三個環(huán)套在一起的節(jié)流塊2組合而成的。節(jié)流塊通過連桿4與錨爪5相連。當?shù)劐^未工作時，節(jié)流孔收攏在一起；當啟動地錨時，通過調(diào)控鉆井液流量，改變節(jié)流活塞的上下壓差，從而推動節(jié)流塊2的方式，推開錨爪5。在推動節(jié)流環(huán)2的同時，節(jié)流環(huán)本身也逐漸炸開，當錨爪5到達極限位置時，節(jié)流塊2正好分散在壁厚之中。使地錨中間處于空狀態(tài)，便于下放鉆頭。

圖4 炸開式地錨結(jié)構(gòu)方案示意圖

2）結(jié)構(gòu)特點。地錨的壁厚有限，所以在僅有壁厚空間中設(shè)計錨爪的結(jié)構(gòu)，其強度不容易達到要求，因而采用多級連套的方式，增加錨爪的整體受力強度。地錨本體強度不均勻，中部連接強度可能不能達到要求。由于結(jié)構(gòu)限制，該方案的地錨在張開時不能保證三個錨爪同時撐開，可能導(dǎo)致地錨傾斜，并且地錨張開后不可復(fù)位。

2.5 節(jié)流式地錨結(jié)構(gòu)方案

2.5.1 結(jié)構(gòu)特點

節(jié)流式地錨的的特點是錨爪機構(gòu)中有兩個滑動副，減少了銷釘?shù)臄?shù)量，增加了錨爪機體的空間，從而使錨爪3具有較高強度，可單級承受套管的預(yù)應(yīng)力，不需要多級對接。同時在地錨本體1上開有導(dǎo)向槽，使節(jié)流活塞6只有一個自由度，能準確穩(wěn)定地推開錨爪機構(gòu)。如圖5所示，在錨爪3尾端加有啟動裝置，當錨爪機構(gòu)向外移動式，啟動裝置與地錨本體相作用，能準確地張開錨爪，同時錨爪和錨爪基體有段弧線始終相接觸，具有一定的密封性能，可維持一定的內(nèi)外壓差，在錨爪機構(gòu)中裝有復(fù)位彈簧，當?shù)劐^內(nèi)流體壓力變小時，靠彈簧的彈力可使錨爪自動復(fù)位至原始位置，此功能用于地錨固定未達到預(yù)期效果且需要重新定位的時候，此結(jié)構(gòu)方案在密封和復(fù)位以及可靠性方面有較大的改善，但是加工難度有所提高，且其密封面不是規(guī)則形狀，很難達到預(yù)期效果。

圖5 節(jié)流式地錨方案示意圖

2.6 可復(fù)位滑塊地錨結(jié)構(gòu)方案

1）工作原理。如圖6所示，當液體通過節(jié)流口套2時會產(chǎn)生一定的壓差，從而推動內(nèi)滑套8向下移動。再通過滑塊5、外滑套4、連桿9的相互作用。從而帶動錨爪10撐開。在地錨下放到預(yù)定位置進行錨固時，由于地層較軟或井徑過大等原因而錨爪未吃入地層時，可以通過復(fù)位彈簧6，克服錨爪10、連桿9、外滑套4、滑塊5和內(nèi)滑套8的自身的重力，從而恢復(fù)到初始收縮狀態(tài)，收縮過程與地錨撐開的過程相反。在重新找到合適的新位置后再進行錨固。

2）結(jié)構(gòu)特點。該地錨設(shè)計為可鉆型，地錨中間是空心結(jié)構(gòu)，可以再次下鉆。該地錨可以實現(xiàn)多級連套使用。根據(jù)地層的軟硬程度選擇不同的級數(shù)來提高固井成功率。該地錨設(shè)計有復(fù)位彈簧，可提高地錨的固井成功率。在地層較軟或井徑較大的位置，地錨未勾住地層的情況下，可以通過復(fù)位彈簧收回錨爪，重新固井。該地錨設(shè)計通流槽，增大泥漿回流通道的空間。

圖6 滑塊式地錨結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)語

通過多年實踐和改進，現(xiàn)有的地錨（如DM型預(yù)應(yīng)力固井套管地錨和組合式套管預(yù)應(yīng)力地錨）提高了地錨的可靠性，簡化了地錨的操作；但在結(jié)構(gòu)上都是不可鉆型的，即地錨內(nèi)部有鋼鐵等高強度材料，固井后很難再鉆穿，只能作為最后一趟下套管作業(yè)。而可鉆性地錨方案給以后的老井加深提供了一種新途徑，并且完善了裸眼完井工藝。本文通過對六種地錨結(jié)構(gòu)方案的對比分析，認為可復(fù)位式滑塊地錨結(jié)構(gòu)方案具有一定的可行性，在滿足地錨基本功能的同時，不但可鉆并且能復(fù)位，還有良好的密封性能，具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ梢詾榻窈罂赊D(zhuǎn)型地錨的研究提供參考。

［參考文獻］

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［4］牟忠信，張明昌.組合式套管預(yù)應(yīng)力地錨工具的研制與應(yīng)用［J］.石油機械，2005，33（2）：44-45.