多次激活隨鉆堵漏工具設計

李龍濤

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413）

鉆井過程中易發生各種影響施工進度的現象，例如井漏，一旦井漏就需要用堵漏材料進行堵漏作業，但是堵漏材料易堵塞井下動力鉆具或隨鉆測量工具等井下工具，這些工具內部結構較為復雜、精密且價格昂貴，一旦被堵漏材料堵塞就會造成工具失效，為避免工具失效就要起鉆將這些工具起出后再進行堵漏作業，這樣就不能及時堵漏，并因此增加鉆井的成本。

根據以上情況有必要設計一種隨鉆堵漏工具，該工具能夠隨時改變鉆井液流向，當需要添加堵漏材料時，可關閉流向鉆頭的流道，將堵漏劑全部送入環空進行堵漏作業，可無需起鉆并及時對漏失的地層進行封堵。

該技術可有效控制易漏區塊井下復雜情況的發生，既能隨時進行堵漏作業，又能保證隨鉆測量工具等井下工具在易漏區塊的正常施工，并對因井漏而引起的井噴和卡鉆等問題進行及時處理，避免井下事故的擴大。

1 國內外技術現狀

1.1 國外技術現狀

國外的DSI公司、XDT公司、國民油井、威德福等公司研制了不同類型的隨鉆堵漏工具[1]。

DSI公司生產PBL多次激活旁通閥采用投球剪切的方式進行隨鉆堵漏；XDT公司生產的TAZ隨鉆堵漏工具鎖位通過J形轉位機構實現，投球憋壓，通過J型轉位機構實現循環閥關閉，激活球為可溶球，循環閥打開次數不受限制；國民油井生產的MOCS隨鉆堵漏工具通過工具殼體和滑套之間形成一個環形密封腔，同樣采用可溶球、通過不同泵壓和液體流速控制旁通閥開關，旁通閥打開次數不受限制；威德福的JetStreem隨鉆堵漏工具采用威德福特色技術-RFID射頻識別電控技術控制旁通閥開關。

1.2 國內技術現狀

西部鉆探工程公司郭新超等人研制了多次開關循環堵漏工具并進行了現場試驗[2]，多次開關循環堵漏工具可實現在發生井漏時不起鉆堵漏作業，進而節約了鉆井周期，降低了井控風險。中石化西南石油工程有限公司的顏磊與成都理工大學能源學院的周文等人設計了一種多次激活井下旁通閥[3]，并運用有限元分析軟件ANSYS workbench模擬多次激活井下旁通閥在井下實際工況下，對所設計的井下旁通閥進行了結構強度分析。寶雞石油機械有限責任公司研發了多次鉆井循環閥，采用主通道常開設計，主體上設有旁通孔并安裝有限位機構，通過在地面開關泵控制旁通孔的開閉[4]。北方雙佳鉆采機具公司研制了一種多級循環頭，多級循環頭主體上設有旁通孔，下部接有捕球器，通過在地面投彈性球控制旁通孔的開啟與關閉[4]。

2 結構原理

為解決易漏區塊在發生井漏時需要及時堵漏的問題，特設計了如下可多次激活的隨鉆堵漏工具。

2.1 結構

多次激活隨鉆堵漏工具由殼體總成、流道切換總成、捕球總成組成，如圖1所示。

圖1 多次激活隨鉆堵漏工具

（1）殼體總成。殼體總成主要由上接頭、上殼體、中接頭、下殼體、下接頭組成，內部安裝流道切換總成與捕球總成，上接頭與下接頭分別用來連接上部與下部鉆具。上殼體開有用于循環堵漏的循環孔，當循環孔打開時堵漏材料可通過循環孔直接進入環空進行堵漏作業。

（2）流道切換總成。流道切換總成主要由上球座、轉換機構、轉換銷釘、彈簧組成。

如圖2所示，上球座為爪型球座，球座的最下端可在設定位置（凹槽處）被球撐開，將落在球座上的球釋放。轉換機構上部開有旁通槽，中部有J型槽，轉換銷釘安裝在上殼體中。在井下液壓力與彈簧的作用下轉換機構可按照J型槽設定的軌跡進行周轉，被轉換銷釘鎖定并保持在設定的位置。當轉換機構將殼體上的循環孔封堵住時，則循環孔處于關閉狀態；當轉換機構向下移動到設定位置時，轉換機構上的旁通槽與殼體上的循環孔對齊，可將循環孔開啟。

圖2 流道切換總成

（3）捕球總成。捕球總成主要由下球座、球籃、彈簧組成。

如圖3所示，下球座也為爪型球座，球籃為螺旋型，螺旋槽可存儲投入的球，球籃中央為通孔，當循環孔關閉并恢復正常鉆進時儲存的球不會影響鉆井液的正常流動。

圖3 捕球總成

2.2 原理

該堵漏工具可接在井下動力鉆具或隨鉆測量工具的上端，正常鉆進時工具的循環孔被轉換機構封堵住，鉆井液可正常通過該工具流到鉆頭進行鉆進作業。

當發生井漏時，可在地面投入一個激活球，激活球落在上球座上，推動上球座及轉換機構下行并壓縮彈簧，當下行到設定位置球座被球撐開，激活球被釋放落到下球座上將工具的中央流道堵住；同時轉換機構在彈簧彈力與轉換銷釘共同作用下按照J型槽設定軌跡運動，并最終被轉換銷釘固定在設定位置，此時轉換機構的旁通槽與循環孔對齊，堵漏材料可通過循環孔直接被送入環空進行堵漏作業。

當堵漏作業結束后，投入一個關閉球，關閉球落在上球座上，推動上球座及轉換機構下行并壓縮彈簧，當下行到設定位置球座被球撐開，關閉球被釋放落到下球座內；同時轉換機構在彈簧彈力與轉換銷釘共同作用下按照J型槽設定軌跡運動，并最終恢復到原來的位置將循環孔封堵住；循環孔被堵住后，工具內憋壓推動下球座下行并壓縮彈簧，下球座下行到設定位置撐開將球座內兩個球釋放，釋放的球落入球籃的螺旋槽內被儲存起來，然后下球座在彈簧的彈力作用下恢復原位。

3 施工工藝

（1）堵漏工具被連接在井下動力鉆具或隨鉆測量工具的上端；

（2）循環或鉆進作業；

（3）發生井漏，從地面投入一個激活球，循環孔被開啟，通過地面泵壓的變化判斷循環孔是否正常開啟，如不確定可再投入激活球并判斷循環孔被正常開啟；

（4）進行堵漏作業；

（5）堵漏作業結束，從地面投入一個關閉球，通過泵壓變化判斷循環孔是否關閉，如不確定可再投入關閉球并判斷循環孔被關閉；

（6）恢復鉆進作業；

（7）如再次發生井漏可重復以上操作，可實現重復操作5~6次。

4 結論

（1）工具的球座采用獨特的爪型球座設計，既可實現球落在球座上將球座封堵后進行一系列動作，又可在設定位置將球從球座釋放。

（2）球籃采用獨特的螺旋型球座，螺旋槽可存儲投入的球，球籃中央為通孔，既可存儲投入的球又不會在恢復正常鉆進后影響鉆井液的正常流動。

（3）轉換機構采用J型槽設計，使轉換機構按照設計軌跡進行運動，從而可對循環孔的開啟與關閉進行準確控制。

（4）該工具結構合理，操作簡單，可在不起鉆情況下重復操作5~6次，可隨時進行堵漏作業又保證了隨鉆測量工具等井下工具的正常施工，具有較好的應用前景。