水平井套管固井關(guān)井工具研制與應(yīng)用

黃占盈，段志鋒，張燕娜，陳春宇，吳學(xué)升

水平井套管固井關(guān)井工具研制與應(yīng)用

黃占盈1，2，段志鋒1，2，張燕娜1，2，陳春宇1，2，吳學(xué)升1，2

（1．長慶油田油氣工藝研究院，西安710018；2．低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，西安710018）

長慶油田規(guī)模應(yīng)用水平井固井＋分段壓裂工藝，實現(xiàn)了低滲透油氣藏的高效開發(fā)。由于水平井套管固井的特殊性，固井施工完成后浮箍浮鞋單流閥功能易失效，不能實現(xiàn)有效斷流，導(dǎo)致大量的井留水泥塞影響后期作業(yè)。針對以上問題，借鑒關(guān)閉滑套原理，研制了套管關(guān)井滑套及配套固井膠塞，在固井施工完畢實現(xiàn)碰壓后可以實現(xiàn)硬關(guān)井，克服了傳統(tǒng)單流閥斷流易失效等問題。現(xiàn)場開展了200余口水平井固井試驗，關(guān)井成功率100%，后期探人工井底表明，水泥塞滿足壓裂要求。

水平井；關(guān)井滑套；固井膠塞；單流閥

國內(nèi)外研究表明，水平井固井＋分段壓裂是致密油藏開發(fā)的有效手段。長慶陜北油田是典型的低壓低滲致密油藏，通過近3 a的攻關(guān)研究［1-2］，水平井壓裂技術(shù)已趨于成熟，實現(xiàn)了規(guī)模應(yīng)用。但由于水平井套管固井的特殊性，固井施工完成后，浮箍浮鞋單流閥功能易失效［3］，不能實現(xiàn)有效斷流，導(dǎo)致大量的井留水泥塞影響后期作業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，每年有10%的井不同程度留有水泥塞影響后期作業(yè)，需要組織小油管、磨鞋、小螺桿等工具鉆塞，耗費(fèi)大量人力物力，造成了資源浪費(fèi)。

針對以上問題，長慶油田技術(shù)人員通過分析，借鑒套管壓裂滑套［4］的原理，研制了一種可實現(xiàn)硬關(guān)井的套管關(guān)井工具。該技術(shù)與常規(guī)浮箍依靠閥球及彈簧斷流相比較，可以實現(xiàn)套管固井過程中硬關(guān)井，可有效避免留水泥塞影響后期作業(yè)。

1 工具結(jié)構(gòu)

套管關(guān)井滑套由本體、帶孔滑套外殼、滑套內(nèi)殼、帶碰壓頭膠塞4個部分構(gòu)成，如圖1所示。本體接頭螺紋部分采用與套管扣型匹配的螺紋，主體部分壁厚達(dá)到套管尺寸的2倍，保證足夠的承壓能力，同時內(nèi)部留有與帶孔滑套外殼連接的螺紋。帶孔滑套外殼帶有與本體連接的螺紋以及密封環(huán)及固井循環(huán)孔。滑套內(nèi)殼通過銷釘與滑套外殼相連，同時與密封環(huán)配合實現(xiàn)密封。膠塞前端有與滑套內(nèi)殼配套實現(xiàn)碰壓及剪斷銷釘功能的碰壓頭。

圖1　套管關(guān)井工具

2 技術(shù)原理

套管關(guān)井工具原理如圖2。下套管時，按照要求將關(guān)井閥裝在套管串的人工井底位置。固井施工開始時，前置液及水泥通過關(guān)井閥的循環(huán)孔進(jìn)行正常循環(huán)，在固井注水泥完成后投入膠塞。膠塞運(yùn)行至套管關(guān)井工具處時，碰壓頭與套管工具上部接觸，憋壓，剪斷銷釘，關(guān)井工具內(nèi)殼下行，蓋住滑套孔部位，循環(huán)通道關(guān)閉，實現(xiàn)硬關(guān)井，保證施工完畢水泥塞不會留井底。

圖2　套管關(guān)井工具關(guān)井原理

3 技術(shù)指標(biāo)及室內(nèi)評價

3．1 技術(shù)指標(biāo)

套管關(guān)井工具的主要參數(shù)如表1。

表1　套管關(guān)井工具主要參數(shù)

3．2 室內(nèi)評價試驗

為保證套管關(guān)井工具運(yùn)行達(dá)到實際效果，在室內(nèi)對套管關(guān)工具進(jìn)行試驗評價，評價結(jié)果（如表2）表明，關(guān)井工具的各項指標(biāo)符合設(shè)計要求。

表2　套管關(guān)井工具室內(nèi)評價試驗結(jié)果

4 現(xiàn)場試驗

2013年以來，該關(guān)井工具累計在長慶陜北氣田應(yīng)用了200余口水平井，工具有效性達(dá)到了100%，實測水泥塞長度全部小于20 m，有效地解決了水平井固井留塞影響后期作業(yè)的問題，保證了后期作業(yè)的高效實施。

QP11井是長慶油田分公司的1口致密油評價水平井，位于HQ油田西南區(qū)域。該井采用二開井身結(jié)構(gòu)，一開表套下深150 m，二開完鉆井深2 450 m，水平段長600 m，井身結(jié)構(gòu)及套管串如圖3。

圖3　QP11井井身結(jié)構(gòu)

該井現(xiàn)場固井順利，累計注入水泥65 m3，碰壓順利，具體固井施工參數(shù)如表3。

表3　SP42井固井施工參數(shù)

該井固井候凝完后，采用“油管＋?115 mm”通井規(guī)通至套管關(guān)井工具以上10 m，表明固井工具質(zhì)量可靠，未留水泥塞。

5 結(jié)論

1)針對水平井浮箍、浮鞋易失效導(dǎo)致留水泥塞等問題，研制了套管關(guān)井工具，該工具可實現(xiàn)固井施工結(jié)束后的硬關(guān)井，室內(nèi)評價試驗表明，工具可靠，可實現(xiàn)有效斷流。

2)套管關(guān)井工具在現(xiàn)場開展了200余口井的試驗，試驗成功率100%，實測水泥塞長度全部小于20 m。表明該工具具有結(jié)構(gòu)簡單、易操作、施工可靠性高等優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊。

［1］張軍鋒，景小龍，孫成，等．安塞油田水平井水力噴射分段壓裂技術(shù)研究［J］．油氣藏評價與開發(fā)，2013（4）：45-49．

［2］儲小三，吳晉軍，段鵬輝，等．水平井水力噴射與小直徑封隔器聯(lián)作壓裂技術(shù)在長慶低滲油田中的應(yīng)用［J］．石油鉆采工藝，2012，34（6）：73-76．

［3］朱和明，吳晉霞，郭朝輝，等．浮箍和浮鞋失效原因分析及預(yù)防［J］．石油礦場機(jī)械，2013，42（8）：66-71．

［4］張紅運(yùn)，郝尤，朱濤，等．淺談TAP lite套管滑套分層壓裂工藝在梁平1井的應(yīng)用［J］．中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013（6）：141-143．

Eevelopment and Application of Casing Cementing Shut-down Valve in Horizontal Wells

HUANG Zhanying1，2，DUAN Zhifeng1，2，ZHANGYanna1，2，CHENChunyu1，2，WUXuesheng1，2
（1．Research Institute of Cil and Gas Technics，Changqing Cilfield Company，Xi’an 710018，China；2．State Project Laboratory of Low Permeation Cil and Gas Ex ploration and Deuelopment，Xi’an 710018，China）

Horizontal well cementing and staged fracturing technologies were applied in Changqing oil field on a scale，which achieved the efficient development of low permeability reservoirs．But horizontal well casing cementing is special，non-return valve function is easy to fail in float collar and shoe after cementing．It can＇t effectively cut off flowing and lead to cement plug in a large number of wells．Facing with these problems，shut-in casing valves and matching cementing plugs were developed，which can close the sliding sleeve to cut off flowing．So it can overcome the failure of traditional non-return valve．Horizontal well cementing experiment was carried out in more than 200 holes，and shut-in success rate reached 100%．The late artificial bottom hole shows that it can meet the demands of fracturing．

horizontal wells；shut-in casing valves；cementing plug；non-return valve

TE925

B

10．3969／j．issn．1001-3482．2015．04．020

1001-3482（2015）04-0084-03

2014-10-10

中國石油集團(tuán)（股份）公司重大科技專項“致密氣藏開發(fā)重大工程技術(shù)研究”（2010E-2303）

黃占盈（1981-），男，河南西峽人，工程師，碩士，主要從事油氣田鉆完井工藝技術(shù)研究，E-mail：huangzhanying＿cq ＠petrochina．com．cn。