旋轉引鞋管柱下放工具研制

韓 飛，王 力，陽文發，于海洋

（1.中國石油集團鉆井工程技術研究院，北京100195；2.中石油吉林油田 鉆井工藝研究院，吉林 松原138000；3.濰坊市宇宏石油機械有限公司，山東 濰坊262100）

旋轉引鞋管柱下放工具研制

韓 飛1，王 力2，陽文發2，于海洋3

（1.中國石油集團鉆井工程技術研究院，北京100195；2.中石油吉林油田 鉆井工藝研究院，吉林 松原138000；3.濰坊市宇宏石油機械有限公司，山東 濰坊262100）

水平井及大位移井井眼存在砂橋及縮頸，經常導致完井管柱（尤其是配有封隔器等復雜的完井管柱）下放困難。通過對國內相關技術的調研，結合國內油田的需要，提出了新的管柱下放方案，研制了旋轉引鞋管柱下放工具。介紹了該工具的結構、工作原理、廠內及現場試驗情況。廠內試驗及現場應用證明該工具能夠解決井眼砂橋及井眼縮頸條件下管住的下放問題。

管柱；下套管；工具

水平井固井、完井的困難在于套管如何順利下入水平井段［1-3］。目前，針對完井管柱的下放困難問題，國內已經研發出了一些工具，例如頂驅下套管裝置［4］，可循環式井口加壓裝置［5］及下套管牽引裝置［6］等。其中，頂驅下套管裝置主要特點是直接利用頂驅的轉矩實現套管的上卸扣并可隨時循環泥漿；可循環式井口加壓裝置主要特點是增加管柱的下放壓力并可隨時循環泥漿；下套管牽引裝置主要特點是利用水力作用在井下實現自牽引，增加管柱下放的牽引力。

經調研分析，目前，頂驅下套管裝置已經實現商業化應用，其能夠大幅提高下套管作業效率；可循環式井口加壓裝置處于原理樣機階段；下套管牽引裝置仍處于概念階段。上述裝置及工具各有特點，在解決管柱下放困難問題方面發揮了一定的作用，可處理簡易井眼砂橋引起的管柱下放問題，但是很難解決井眼縮頸造成的管柱下放問題。

通過對相關技術調研，中國石油集團鉆井工程技術研究院鉆井機械所研發了一種新型管柱下放工具，其可以通過提放及泥漿循環實現套管鞋相對整個管柱旋轉，具有井眼縮頸段的擴眼功能。該工具可配套頂驅下套管裝置或可循環式井口加壓裝置使用，可大幅增加管柱下放的成功率。

1 結構

旋轉引鞋管柱下放工具取代常規套管鞋，直接安裝在完井管柱最下端。該工具主要由傳動芯軸、旋轉套接頭、旋轉套、套管鞋、傳動銷及剪切銷等組成，結構如圖1所示。

圖1 旋轉引鞋管柱下放工具結構

其中，傳動芯軸上加工有螺旋導向槽，可以通過傳動銷將傳動芯軸的上下運動轉化為套管鞋的旋轉運動；套管鞋外面加工有硬質合金（如圖2），具有擴眼功能。

圖2 套管鞋樣品

2 工作原理

旋轉引鞋管柱下放工具直接安裝在完井管柱最下端，其可通過完井管柱的提放作業實現套管鞋的旋轉。具體的工作原理是：井口將該工具與完井管柱連接在一起；正常下放管柱作業，一旦管柱下放遇阻，加壓將剪切銷剪斷；井口連接好循環裝置，循環泥漿（頂驅須配備頂驅下套管裝置，方鉆桿須要配備變扣接頭），同時提放管柱，套管鞋旋轉，直至管柱下放到設計位置。

3 主要技術參數

表1為適用于?139.7 mm（5?2英寸）套管的旋轉引鞋管柱下放工具的主要技術參數。

表1 主要技術參數

4 廠內試驗

4.1 功能原理試驗

主要是為了驗證工具的功能原理是否可行，設計參數是否合理。

1） 試驗方法 先將1個滑套安裝在工具的外套上，該滑套為普通鐵管，可相對外套上下滑動；將工具固定在拆裝架上，固定鉗夾緊工具外套上的滑套；拆裝架移動鉗夾緊傳動心軸絲扣端；往復移動拆裝架移動鉗，觀察套管鞋是否自由旋轉。

2） 試驗結果 套管鞋在往復移動拆裝架移動鉗時，能夠自由旋轉，證明該工具功能原理可行，設計合理。

4.2 工作轉矩測試

轉矩參數是該工具作業的重要參數，轉矩參數直接影響該工具解決縮頸井眼遇阻的能力。

1） 試驗方法 先進行傳動銷的抗剪強度測試；根據測試數據，完成工具工作轉矩的分析。

2） 試驗結果 傳動銷在150 k N載荷下仍能正常工作，結合螺旋導向槽的設計參數計算，該工具的最大轉矩大于700 N·m。

4.3 工作排量測試

泥漿排量參數是該工具作業的重要參數，合理的泥漿排量能夠防止工具傳動芯軸上提作業時的套管鞋的跟隨。

1） 試驗方法 先將傳動芯軸的螺紋端連接水管線；外套固定在試驗臺架上，泵入清水；測試傳動芯軸相對外套運動時的清水排量。

2） 試驗結果 清水排量在18 L／s時，傳動芯軸開始運動。

5 現場應用

2013-10-13 ，旋轉引鞋管柱下放工具在吉林松遼盆地南部新立Ⅲ區塊吉＋22-16井首次現場試驗。該井是1口定向井，設計井深為1 382 m。該井1 104～1 382 m地層為白堊系青山口組、泉頭組，鉆完井過程中易出現塌、漏、卡等問題。為應對該問題，決定采用139.7 mm（5?2英寸）油層套管＋旋轉引鞋管柱下放工具完井。完井管柱成功下放到設計井深，固井順利。

6 結語

旋轉引鞋管柱下放工具提供了一種新型管柱下放理念，廠內試驗及現場應用驗證了其能夠解決井眼砂橋及井眼縮頸的問題。此外，筆者認為其與頂驅下套管裝置配套應用效果會更好。隨著該工具的不斷完善，將實現在無需通井條件下的管柱下放作業。

［1］ 王德新，于潤橋.套管柱在水平井彎曲段的可下入性［J］.石油鉆探技術，1997，25（1）：12-13.

［2］ 陳浩，劉承杰，劉清友，等.套管柱與鉆柱間側向力的分析［J］.天然氣工業，2001，21（4）：63-65.

［3］ 張東海.TK112 H深層水平井固井技術［J］.天然氣工業，2004，24（8）：45-46.

［4］ 梁政，張力文，蔣發光，等.頂驅下套管驅動工具現狀與發展建議［J］.石油礦場機械，2013，42（1）：1-5.

［5］ 王輝，何軍，賈濤，等.可循環式井口加壓裝置的研究［J］.石油機械，2008，36（9）：97-98.

［6］ 陳浩，王長江，董林，等.新型水平井固井下套管牽引裝置研制［J］.天然氣工業，2010，30（4）：80-83.

Study of Rotatable Casing Shoe Tubular Running Tool

HAN Fei1，WANG Li2，YANG Wen-f a2，YU Hai-yang3
（1.CNPC Drilling Research Institute，Beijing 100195，China；2.Drilling Research Institute，Jilin Oil Fiel d，Songyuan 138000，China；3.Weif ang Yuhong Petroleum Machiner y，Weif ang 262100，China）

There are some problems of tubular r unning in horizontal wells or extended reach wells encountering sand bridges or hole shrinkages，especiall y f or co mplicated co mpletion t ubular such as packers etc.Accor ding to research of domestic related technologies and requirements of do mestic oil fiel ds，a r otatable casing shoe tubular r unning tool has been developed.The str uct ure，wor king principle，lab test and field test of rotatable casing shoe tubular r unning tool in details are intr oduced in this paper.Lab test and fiel d test pr ove ability that t his tool can r un co mpletion t ubulars in horizontal wells or extended reach wells with sand bridges or hole shrinkages.

pipe string；casing r unning；tool

TE925.303

B

1001-3482（2014）06-0025-03

2013-12-02

韓 飛（1982-），男，遼寧葫蘆島人，工程師，碩士，2008年畢業于中國石油大學（北京）機械設計及理論專業，從事石油鉆井裝備與工具研究，E-mail：hanfeidri＠cnpc.com.cn。