特殊尾管固井工具及配套技術應用研究

摘要：我國油田開發通過地質勘察，發現有工業價值的油田，但是隨著我國服務油田和單位不斷增多，在油田開采后期，勘探開發目標轉向深層和特殊位置的油藏，加大了開發難度。中國南海海域是全球范圍內石油儲量與可開采儲量較豐富、開采潛力較大的地方，是一個油氣富集區帶，有“第二個波斯灣”之稱。本文針對南海海域特殊井身結構深層尾管固井工具配套技術進行深入研究，開發出符合要求的配套固井工具，并實現成功應用。

關鍵詞：固井工具;配套技術;應用;研究

前言

隨著我國油田開采不斷深入，勘探目標已經轉向深層、特殊位置、薄油藏等油藏類型。復雜地質油氣藏開采成為勘探工作的難點和重點。南海油氣藏特性復雜，具有高粘、高凝、高含二氧化碳等特點，又在深水低溫高壓環境下完成遠距離運輸。為了完成油田開采工作，在海南海域復雜地質鉆井施工不能采用常規井眼固井工具，要采用新鉆井施工工藝并配套特殊鉆具，完成管串和鉆探^[1]。鉆探開發在設計上存在設計間隙小、對耐壓和耐溫要求高、下入深度深、套管多層重疊等問題。而且南海海盆地區還沒有使用這種方法開采。鉆探開發使用的是非標尾管螺紋連接式設計，在這個地方也沒有該種規格模型。故在面對特殊地質要求，華北鉆井工藝研究院研究出適合非常規井眼鉆探的配套固井工具，并在現場順利完成應用，解決了特殊精神結構尾管固井施工難題。

1技術難題

①特型尾管固井工具設計間隙小，套管主要有?244.5mm、?206.375 mm、?158.75 mm、 ?114.3mm，套管間隙在6.35mm、7.81mm、9.225mm之間。套管之間設計間隙較小，要在極小空間內完成全部功能，并達到強度要求，完成難度極大。

②套管要滿足耐溫耐壓要求，耐壓不低于25MPa，并不能保證密封可靠性。

③套管的設計十分獨特，采用非標套管密封螺紋，加了研究院設計加工難度。

④在多層尾管重疊之下，重疊間隙較小，加大了下層懸掛器下入難度。

⑤井身結構特殊，完井固井之間縫隙小，套管多層重疊懸掛器下入難，并且水泥漿、鉆井液密度高達2.3g/cm?。濃度過高、間隙較小加大了施工壓力，施工困難。

2特殊尾管固井工具配套設計研究

根據特殊井身結構，設計出符合尾管固井工具以及配套回接工具、非常規系列膠塞和特型回壓工具等^[2]。

2.1懸掛器設計

①尾管器設計宗旨：下得去、掛的牢、提得出、封得住、倒得開、洗得凈、能碰壓、能回接。

②采用雙層液缸設計理念，用鉚接連接推桿和瓦卡，縮小工具最大直徑。

③采用非標準螺紋結構，解決連接問題。

④為解決套管之間間隙小，下層懸掛器難下入問題，采用堵塞器式全通徑封閉結構。

⑤采用耐溫耐壓橡膠材料，并用雙堵塞器密封結構。

⑥提高碰壓系統復合概率，采用空心管和空心膠塞連接結構。

2.2結構設計

①為解決尾管之間間隙較小問題，采用單排卡瓦機構設計，液缸減少至2層，采用鉚接的連接方式，解決薄型瓦卡連接的可靠性，并用V140高綱級套管材料，確保抗拉強度和懸掛線載荷滿足之上，優化懸掛機構設計。

②為保證懸掛器順利下入，并且滿足耐溫耐壓封閉系統的情況下，對全通徑結構進行設計。在設計上采用間隙較小規模的懸掛器，采用橡膠堵塞器全通徑密封結構。對于間隙較大的懸掛器采用金屬密封套密封形式，解決尾管重疊下入問題。

2.3其他配套尾管固井工具設計

①回接工具設計。根據尾管大小，設計與尾管相同規模的回接注水泥裝置和清洗回接桶的錐形銑刀、銑柱。為保證回接的密封性良好，要對回接筒喇叭以上和內部水泥進行清理。清理喇叭口上部用銑椎，清理筒內水泥用銑柱。

②系列回壓工具設計。根據系列尾管固井工具配套要求，設計出浮鞋、浮箍。其作用是防止水泥漿回流，浮鞋還能引導尾管或套管通過不規則井眼。這種設計主要是為了配合尾管懸掛器，防止尾管工程出現意外，水泥漿回流將導致無法關井，所以在設計浮鞋和浮箍時，要嚴格按照要求^[3]。

3應用

特殊尾管固井工作及配套技術在南海海域進行現場鉆井，并且特型尾管懸掛工藝技術、尾管回接配套工藝技術和尾管碰壓工藝技術也在現場做了應用。

2018年7月17日，中國石化石油工程技術研究院自主研發的可旋轉封隔式尾管懸掛器在南海奮進號平臺深水探井應用成功，填補了我國尾管懸掛技術1000米以上深水固井應用打破了國內深水井尾管固井工具的國際壟斷，開啟了海洋深水鉆井尾管固井工具國產化的新時代。深水海洋鉆井難度大、費用高，對尾管固井工具的功能要求嚴苛，并且南海開發過程中需面對海床不穩定、淺層地質災害、地層壓力等問題，在面對特殊氣候、特殊地質環境下，加大了開采難度。經過長期技術積累，功能優化，充分施工準備下，中中國石化石油工程技術研究院對海洋深水尾管固井技術研究成功，推動海洋深水固井工具發展。

4技術創新

①設計出三種懸掛器規格，并配合浮鞋、浮箍，解決回壓問題。

②設計出回接工具，解決非標準套管回接技術難題。

③設計出非常規回接銑椎、銑椎，對直徑尾巴喇叭口和回接筒進行清理，保證回接密封可靠。

④設計出特殊井身結構的尾管懸掛器。

⑤設計出雙堵塞器式全通徑尾管懸掛器結構，滿足全通徑要求。

⑥設計出雙橡膠堵塞器和雙反向膠盤密封結構，保證子高溫高壓下密封可靠性。

⑦送入工具中設計旋轉機構，保證了在送入工具中，堵塞器和空心膠塞不旋轉。

⑧設計出特殊選掛機結構，滿足在小間隙條件之下，實現尾管懸掛功能呢。并達到懸掛抗拉強度和載荷要求，解決下層尾管下入問題。

⑨設計出非標準套管偏梯形螺紋，解決螺紋連接難度，滿足連接強度和高壓高溫密封功能。

⑩實現了在高密度水泥漿、鉆井液和含有大量礦鐵粉的環境中順利施工。

結語

在對特殊井身結構尾管固井工程中，要根據施工現場地質制定出滿足開發要求的技術方案，明確施工步驟。為解決特殊井身結構鉆探開發的技術難題，采用特殊尾管固井工具及配套技術，在實際應用中取得了較大成功。

參考文獻：

[1]蔣海濤，周俊然，劉永峰，曹雪洪，韓振強.（2005）.特殊尾管固井工具及配套技術研究與應用.石油機械2005，15（11），47-50.

[2]張紅衛，阮臣良，李鵬飛，楚廣川.（2012）.旋轉尾管固井工具在超深水平井中的應用.石油礦場機械2012，16（05），73-76.

[3]黃占盈，段志鋒，張燕娜，陳春宇，吳學升.（2015）.水平井套管固井關井工具研制與應用.石油礦場機械2015，20（04），87-89.

作者簡介：

牟崇倫，男，1986年3月，漢族，遼寧盤錦，碩士學歷，長城鉆探工程有限公司固井公司。