复杂结构井完井多功能液压悬挂器.pdf

一 3 8 一 石 油机械 C H I N A P E T R O L E U M M A C H I N E R Y 2 0 1 1 年第 3 9卷第 6期 ． _ 新产品开发 复 杂 结构 井完 井 多功 能液 压悬 挂器 董社霞 彭汉修 张瑞霞 1 ．胜 利 油 田 分公 司采 油 工 艺研 究 院 田启 忠 刘建新 张 蕾 2 ．长庆油田第二采油技 术服务处 摘要 为保证复杂结构井中悬挂器的坐卡、丢手和密封 的可靠性，研制了2种规格的多功能 液 压悬挂器 。该 悬挂器 主要 由回接 和顶部 封 隔总成 、双作 用 丢手 总成 、锁 紧 总成 、液 压 坐卡 总成 和解卡总成等组成，集坐卡锁紧、双作用丢手和顶部环空封隔于一体，可解决复杂结构井中尾管、 筛管悬挂和顶部 密封的难题。现场 5口井的应用表明，该悬挂器坐挂成功率高，液压丢手显示明 显，顶部密封能够 防止漏砂及管外水窜，并可提高固井质量。 关键词 复杂结构井 多功能液压悬挂器 坐挂 丢手 密封 0 引 言 随着石油工业的发展，深井和复杂井的数量越 来越多 ，提高复杂井眼条件下尾管固井的成功率及 在破碎地层 、易漏易喷地层和高压气井中使用行之 有效的悬挂器是提高固井质量的主要技术措施 。尾 管悬挂器 同其他钻井工具相 比，要求其性能更可 靠，1 次使用成功率高 j 。 目前，现场使用的尾管悬挂器主要有 2种结构 形式 ，即机械式 和液压式 。机械式悬 挂器结构简 单 ，对操作要求严格 ，适用于直 、浅井 ；液压式悬 挂器在结构性能上 比机械式悬挂器优越，一般是依 靠尾管或筛管的 自重卡在上部套管上 ，没有锁紧机 构 ，用于水平段时可靠性较低。而悬挂器的丢手机 构采用机械倒扣，当在水平井中应用时，由于水平 井井身轨迹多变，可能会导致井下工具的受力复杂 化 ，倒扣扭矩大是机械倒扣丢手用于水平井时需要 解决 的难题 。此外 ，尾管完井 固井后，由于固井质 量等原因可能造成尾管顶部环空封隔不理想 ，在重 叠段挤水泥补救 固井 ，不仅费用高而且成功率低 ， 下人带尾管封隔功能的悬挂器是一种有效的办法。 根据尾管和筛管完井的特点 ，悬挂器下井必须满足 “ 挂得住 、憋得通 、倒得开、提得 出”的要求 ，这 也是尾管 或筛管完井顺利完成 的先决 条件 J 。因 此 ，为保证复杂结构井中悬挂器的坐卡 、丢手和密 封可靠性，2 0 0 7年胜利 油田分公 司采油工艺研究 院完井中心开始进行多功能液压悬挂器的技术攻 关 ，成功研制了 2 4 4 ． 5 m m 9 英 寸 1 3 9 ． 7 mm 5 英寸 即上部为 2 4 4 ． 5 m m套管悬挂 1 3 9 ． 7 mm尾管或筛管和 1 7 7 ． 8 m m 7英寸 1 1 4 ． 3 m m 41／ 2 英 寸 2种 规 格 的 多 功 能悬 挂 器。该悬挂器集坐卡锁紧 、双作用丢手和顶部环空 封隔于一体 ，可解决复杂结构井中尾管 、筛管悬挂 和顶部 密封 的难题 。 1 技术分析 1 ． 1 结构 针对常规悬挂器在复杂结构井中应用存在的问 题，重点对悬挂器卡瓦负载锁紧方式 、双作用丢手 机构和顶部环空密封进行 了研究和可靠性设计。 多 功 能 液压 悬 挂 器 主要 由 回接 和 顶 部封 隔 总 成 、双作用丢手总成、锁紧总成 、液压坐卡总成和 解卡总成等组成，结构如图 1所示。 回接和顶部封隔总成由上接头 、回接筒 、密封 元件和挡环组成 ；双作用丢手机构 由丢手内接头、 丢手中心管 、弹簧、倒扣接头、丢手活塞、控制活 塞和剪钉组成 。锁紧总成由锁紧环、锁紧套和剪钉 组成 ，液压坐卡总成由外套、坐卡活塞 、剪钉 、控 基金项 目中石化科技攻关项 目 “ 水平井完井采油关键技术研究 ” 17 0 8 0 1 6 的部分内容。 2 0 1 1年 第 3 9卷第 6期 董社霞等 复杂结构井完井 多功能液压悬挂 器 制环 、锥体 、卡瓦套和卡瓦组成 ；解卡总成 由连接 套 、剪钉和下接头等组成 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 I 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2l 2 2 2 32 4 2 5 图 1 0 2 4 4 ． 5 i r l r n 1 3 9 ． 7 r n m 多 功 能 液压 悬挂 器结 构 示 意 图 l 一上接头 ；2、1 6 一密封圈 ；3 一 丢手内接 头；4 一弹簧 ；5 一倒扣接 头 ；6 一 回接筒 ；7 一挡环；8 一丢手活塞 ； 9 一 控 制 活 塞 ； 1 0 一 密封 元 件 ； l 1 一 中 心 管 ； 一1 2 锁 紧 套 ； 1 3一 锁 紧环 ； 1 4一 内管 ； 1 5一 外 套 ； 1 7一 坐 卡 活 塞 ； 1 8、 2 5 一 剪 钉 ； 1 9 一 控 制 环 ； 2 0 ～ 卡 瓦套 ； 21 一 卡 瓦 ； 2 2 一 锥 体 ； 2 3 一 下 接 头 ； 2 4 一 连 接 套 。 1 ． 2工作 原理 4 可 以解 卡 。常 规 悬 挂 器 不 能 解 卡 ，多 功 工作时 ，工具下部悬挂筛管或尾管 ，内管接球 能悬挂器可以解卡将井下防砂管柱提出，降低 了后 座 ，管柱下到设计位置后 ，油管加压启动坐卡活塞， 期修井 的难度。 坐封顶部封隔总成和坐卡总成 ，在坐卡的同时，锁 紧环和锁紧套的单向螺纹锁紧，下放载荷 ，确定完 全坐卡，然后继续增压至液压丢手剪钉剪断，若井 口有 明显 丢手卸 压显示 ，则 表 明液压 丢手成 功 。若 出现意外 ，液压丢手不能成功 ，则启动机械丢手方 式 ，正转钻杆或油管 2 O圈 ，确定丢手成功后将尾 管和悬 挂 器 留在 预定位 置 ，再 固井或 起 出上部 丢手 管柱 。后期修井时 ，如需要起出滤砂管时，可下人 捞矛打捞悬挂器内中心管或上接头，上提 2 0 0 k N， 使悬挂器解卡 ，就可捞 出下部防砂管柱。 1 ． 3 主要技术参数 2种尾管悬挂器的主要技术参数见表 1 。 表 1 2种尾管悬挂器主要技术参数 1 ． 4性 能特 点 1 坐卡可靠 。悬挂器坐卡后机械锁 紧，卡 瓦能够 承受 双 向压力 ，坐 卡可靠 ，适 于水平 井 尾管 或筛管悬挂。 2 丢手简便 。采用机械一 液压 2种方式丢手 ， 优先采 用 液 压 丢 手 ，丢 手 成 功 时 ，井 口有 明 显 压 降；如因意外情况不能建 立压差 ，则采用 机械丢 手，机械倒扣装置采用弹簧和轴承组合结构 ，保证 在 倒扣 时倒扣 接 头不受 拉 、压力 ，转 动扭矩 小 。 3 密封 性能好 。悬挂 器顶 部有 密封 元 件 ， 可以承受 双 向压差 ，在筛 管完 井 时可 以起 到 挡砂 作 用 ，在尾管固井时可以提高固井效果。 2 现场 应用 液压悬挂器研制成功后在冀东和胜利油 田的侧 钻井 、分支井和水平井等多种复杂结构井 中得到应 用 ，下面以分支井坨 1 4 2一支平 1 井为例 ，介绍该 多功能液压悬挂器的应用情况 。 2 ． 1 概 况 坨 1 4 2一支平 1 井是 1口水平分支多底井 ，也 是胜利油田第 1口陆地五级分支井 ，第 1分支完井 方式采用尾管悬挂筛管完井 ，即水平油层段下人 1 3 8 ． 7 2 m规 格为 1 3 9 ． 7 m m P 1 1 0 9 ． 1 7 m m 打孔 筛管与光管组合 ，上部悬挂器悬挂 ，与技术套管重 叠 1 1 6 ． 3 7 m，筛管 中部下人遇油遇水 自膨胀管外 封隔器分段完井。该井的完井施工难点是 ①尾管 悬挂筛管需要准备井下工具及下人辅助工具较多。 ②悬挂器 坐挂 位置 6 6 ． 7 。 ，斜 度大 ，对 悬挂器 丢 手 、悬挂和密封可靠性要求较高。 该井于 2 0 0 9年 1 2月 1 6日完钻，2 0 1 0年 1月 8 日对第 1 分支井进行 了悬挂筛管完井 ，悬挂器坐卡、 丢手顺利 ，最后验封 1 2 NP a ，稳压 3 0 ra i n压力不 降 ，成功完成 了该分 支尾管悬挂筛管 完井 作业。 2 ． 2井身结构 该 井第 1分支 水 平 油 层段 下 入 1 3 8 ． 7 2 m 规 格 为 1 3 9 ． 7 m i l l P 1 1 0 9 ． 1 7 m m打孑 L 筛管与光管组 合 ，上部用 2 4 4 ． 5 m m 1 3 9 ． 7 m m多功能液压悬 挂器悬挂 ，筛管中部下入遇油遇水 自膨胀管外封隔 器分段完井。第 2分支 的尾管管 串结构 为 1 3 9 ． 7 mm引 鞋 3 0 0 6 m 1 3 9 ． 7 m m 套 管 9根 3 0 0 5 ． 3 8 ～2 9 0 6 ． 6 3 IT I 1 3 9 ． 7 m m 筛 管 2 9 0 6 ． 6 3～ 2 8 2 1 ． 8 4 m 1 3 9 ． 7 m m套 管 2根 1 3 9 ． 7 m lT l遇 油 遇 水 自膨 胀 管 外 封 隔 器 1套 2 7 9 9 ． 7 6～2 7 9 5 ． 9 9 m 1 3 9 ． 7 m m套管 1根 - 4 0-- 石油机械 2 0 1 1年第 3 9卷第 6期 l 3 9 ． 7 IT l m筛 管 2 7 8 4 ． 9 3～2 7 3 1 ． 0 0 m 1 3 9 ． 7 mlT l 套 管 2 7 3 1～2 6 2 2 ． 8 5 I n 2 4 4 ． 5 m m X l 3 9 ． 7 m i l l 尾 管 悬 挂 器 2 6 1 7 ． 4 6 i n 1 2 7 m m 伴 送 钻 杆 2 7 3根 方 钻 杆 方 人 3 ． 8 8 m 。完井管 柱见 图 2 。 井 底 3 0 0 6m 图 2坨 1 4 2一支 平 1井第 1分 支 冗 井管 柱 图 1 一 3 3 9 ． 7 mrfl套管 3 4 0 m ；2 一 4 4 ． 5 m m套管 2 7 3 9 ． 2 2 m； 3 ～ 尾管 悬 挂 器 p 2 4 4． 5m m x I 3 9 ． 7m i l 1 ； 4 一 l 3 9． 7 mm套 管 2 6 2 2 8 5～ 2 7 3 i ． 0 0m； 5 一 口 1 3 9 ． 7m m筛管 2 7 3 1 ． 0 0 2 7 8 4 ， 9 3 r l 1 ； 6 一 1 3 9 ． 7 I Il m遇油 遇水膨 胀封 隔器 2 7 9 5 ． 9 9～2 7 9 9 ． 7 6 m； 7 一 1 3 9 ． 7 m m筛 管 2 8 2 1 ． 8 4～2 9 0 6 ． 6 3 i n ； 8 -- 1 3 9 ． 7 F il m套 管 2 9 0 6 ． 6 33 0 0 5 ． 3 8 m； 9 一 引 鞋 3 6 0 0 m。 2 ． 3施工 过程 1 开始按照管 串数据下引鞋 、筛管 、套管； 上扣采用液压大钳，上扣无错余扣。 2 下 入遇油 遇水膨胀 封 隔器 。 3 下人 悬挂器 ，向回接筒 内注入机油。下 钻 ，锁转盘 ，每根管柱都要用通径规通径。 4 下钻结束 ，共下人钻杆 9 1 柱 ，投 5 m m 胶木球 ，方入 3 ． 8 8 m到井底，上提 1 m。 5开 泵 ，排 量 1 ． 9 1q 1 ／ ra i n ，立 管 压 力 9 MP a ，泵送球 。 6 球人球座 ，憋压 1 2 M P a ，稳压 2 ra i n ，下 压 1 8 0 k N，判断悬挂器坐挂成功。 7 继 续 升压 至 1 9 M P a ，压 力 突然 降至 5 MP a ，上提管柱 ，悬重下降，判断液压丢手成功。 8 验封 ，密封段插入 回接筒 ，由套管加压 1 2 MP a ，稳压 3 0 ra i n压力不降，表明悬挂器顶部 密封可靠。 9 起钻 ，起出丢手管柱。 现场 5口井的应用表明，该悬挂器的坐挂成功 率高，液压丢手显示明显 ，顶部密封能够防止漏砂 及管外水窜 ，并可提高固井质量。 3 结 论 1 新型液压尾管悬挂器具有坐挂 、封隔和 丢手 多种功 能 。 2 丢 手 采 用 液 压 、机 械 2种 丢 手方 式 ，液 压丢手简单 ，倒扣丢手无需找中和点，丢手成功率 更高 ，适用于各种复杂井况的水平井。 3 现场应用表明，2种悬挂器原理先进 ，性 能可靠 ，大大促进 了常规水平井 、侧钻水平井和鱼 骨状水平井完井技术 的发展。 参考文献 [ 1 ] 马开华，朱德武，马兰荣 ．国外深井尾管悬挂器技 术研 究 新 进 展[ J ]．石 油 钻 探 技 术 ，2 0 0 5 ，3 3 5 5 25 5 ． [ 2 ] 任贵兴 ． D Y XC型液压尾管悬挂器的研制与应用 [ J ]．石油钻探技术 ，2 0 0 0 ，2 8 4 3 O一 3 3 ． 第一作者简介董社霞，女，高级工程师，生于 1 9 7 0 年 ，1 9 9 3 年毕业于石油大学 华东化机专业 ，现从事完 井工程技术研究工作。地址 2 5 7 0 0 0 山东省东营市。电 话 0 5 4 6 8 5 5 0 8 0 9 。E～ m a i l d s x 5 7 0 1 1 6 3 ． e o m。 收稿 日期 2 0 1 1 0 2 1 6 本文编辑赵连禄 上接 第 3 7页 3 该冲砂装置可将井 内的沉砂冲洗出地面， 提高了冲砂作业效果；同时有利于携砂液连续快速 上返 ，避免了因冲砂停泵而造成的沉砂卡管事故。 4 该装置减轻 了冲砂 液对地层和环境的污 染，延长了油井生产周期 ，增加了原油产量。 参考文献 [ 1 ] 朱仁 杰 ． 0形 密封 圈 [ M]．北京 机 械工 业 出版 社 ，1 9 8 6 ． E [ 2 ] 李继志，陈荣振 ．石油钻采设备及工艺概论 [ M] 东营 石油大学出版社 ，1 9 9 2 ． 第一作者简 介 张寿根 ，高级工 程师 ，生于 1 9 6 ,1年 ， 1 9 8 2 年毕业于重庆石油学校开采专业 ，2 0 0 4年毕业于西南 石油大学石油工程专业 ，现从事采油工程管理工作。地址 2 5 2 4 3 4 山东省莘县。电话 0 3 9 3 4 8 3 1 0 2 6 。 收稿 日期 2 0 1 1 0 4 2 5 本 文编辑赵连禄 一 一