NYSSX-C型内嵌卡瓦液压丢手式尾管悬挂器.pdf

一 3 6 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 3年第 4 1卷第 1期 ●钻 井技术与装备 N Y S S XC型 内嵌 卡瓦液压丢手式尾 管悬挂器 邹 传 元 中国石化石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司 摘要 在水平井、大位移井及小井 眼井等井中，常规尾管悬挂器在使用 中会 出现入井 困难、 过流面积 受限及承载能力偏低等问题。鉴于此，研制 了 N Y S S XC型内嵌卡瓦液压丢手 式尾管悬 挂器。该悬挂器改传统悬挂器卡瓦与锥体之间直接楔形的受力 方式为周 向受力 的复合 受力方 式， 并同时具备液压丢手和机械丢手功能，可靠性和适应性更强。现场应用结果表明，该尾管悬挂器 下套管及送入钻具连续顺利 ，摩阻正常；坐挂、丢手、憋通球座全部通过憋压控制实现 ，压力明 显；坐挂前后循环排量 、压力几乎无变化，各项施工技术指标全部达到预定值。 关键词 尾管悬挂器；内嵌卡瓦 ；液压丢手；尾管固井 中图分类号T E 9 2 5 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 5 7 8 ． 2 0 1 3 ． O 1 ． 0 1 0 M o d e l NYS S X C S l i p Emb e d d e d Hy d r a u l i c Re l e a s e Li n e r Ha n g e r Z o u Ch u a n y u a n S h e lf o i l P e t r o l e u m E q u i p m e n t S e r v i c e s C o ． ， L t d ． Ab s t r a c t Th e r e a pp e a r r u n n i n g d i ffi c u l t y， o p e n a r e a r e s t r i c t i o n， l o w s e t t i n g r e l i a b i l i t y a n d l o w b e a r i n g c a p a c i - t y wi t h t h e c o n v e n t i o n a l l i n e r h a n g e r i n i t s s e r v i c e p r o c e s s i n h o r i z o n t a l we l l s ， hi g h l y de v i a t e d we l l s ， s l i m ho l e we l l s a n d we l l s wi t h l i n e r h e a v y l o a d a n d s t r i ng r u n n i ng di ffi c u l t y ． Th e r e f o r e，Mo d e l NYS S X C s l i p e mb e d d e d h y d r a u l i c r e l e a s e l i n e r h a ng e r wa s d e v e l o p e d ． Th e h a n g e r c ha n g e s f r o m t h e l o a d- c a r r y i n g mo d e o f d i r e c t we dg e be t we e n s l i p a n d c o n e o f t r a d i t i o n a l ha n g e r t o t h a t o f c o mp o u nd c i r c u mf e r e n t i a l s t r e s s ． I t h a s t h e f u n c t i o n s o f h y d r a u l i c a n d me c ha n i c r e l e a s e，t h u s i s s a f e r a n d mo r e r e l i a b l e ． Th e a p p l i c a t i o n i n W e l l CB6 0 2 o f S h e n g l i Oi l fie l d s h o ws t h a t t h e c o n t i n u o us c a s i n g t r i p pi ng a nd d r i l l i n g t o o l run n i n g b y me a n s o f t he h a n g e r a r e s mo o t h a n d t h e f r i c t i o n a l r e s i s t - a n c e i s n o r ma 1 ． S e t t i n g，r e l e a s i n g a n d p r e s s u r e b u i l d i n g o f b a l l s e a t a r e a c h i e v e d t h r o u g h c o n t r o l o f b u i l d i n g t h e p r e s s u r e ．Al l o pe r a t i n g t e c h n o l o g i c a l i n d e x e s ha v e r e a c h e d t h e e x p e c t e d v a l u e ． Ke y wo r d s l i n e r h a n g e r ；s l i p e mb e d d e d；h y d r a u l i c r e l e a s e ；l i n e r c e me n t i n g 0 引 言 尾管固井技术不仅能降低 固井作业成本 ，而且 可改善管柱受力状况 ，减小注水泥环空摩阻 ，降低 钻井作业难度 ，提高固井质量 。套管 固井采用尾管 作业的井也越来越多 ，而尾管悬挂器是尾管固井技 术的关键 ，它直接影 响到整个 固井作业的成 功率 。 但是，在水平井、大位移井、小井眼井、尾管重载 荷和管串下人 困难的井中，常规尾管悬挂器的施工 技术已经很 难完成 ，在使 用过程 中会 出现 入井 困 难 、过流面积受限、坐挂可靠性不高和承载能力偏 低等问题 ，这在一定 程度上影响 了施工 进度和质 量 。为此 ，研 制 了 N Y S S XC型 内嵌卡 瓦液 压丢 手式尾 管悬 挂器 ，并 将首 套 0 2 4 4 ． 5 m m x 1 7 7 ． 8 m m N Y S S XC型内嵌卡瓦液压丢手式尾管悬挂器 在 C B 6 0 2井进行油层尾管 固井 ，取得 了施工和 固 井质量双优 的成绩。 1 技术分析 1 ． 1 结构 N Y S S X～ C型内嵌卡瓦液压丢手式尾管悬挂器 为双液缸 、双排卡瓦 、液压坐挂和液压丢手式悬挂 2 0 1 3年第4 1 卷第 1 期 邹传元 N Y S S XC型内嵌卡瓦液压丢手式尾管悬挂器 器 ，主要由悬挂器本体总成和送人工具总成组成。 悬挂器本体总成 由锥套 、液缸和卡瓦等组成 ，见 图 1 。送人工具总成 由常规送人工具 和液压 丢手工具 组成 ，包 括塞帽 、提升短节 、液压丢手及 中心管 等，该工具可重复使用。s T Y A型液压丢手送人 工具见图 2 。 图 1 悬挂 器本体 总成 F i g ． 1 As s e mb l y o f h a n g e r b o d y 1 一 上接 头；2 一调整环 ；3 一链套 ；4 一卡瓦 ；5 一卡瓦支撑套 ；6 一 液缸 ；7 一扶 正环 ；8 一本体 。 2 3 4 图 2 S T YA型液压丢 手送入 工具 F i g ． 2 Mo d e l S TY A h y d r a u l i c r e l e a s e r u n n i n g t o o l 1 一提升短节；2 一塞帽；3 一液压丢手； 4 一中心管； 5 ～胶塞接箍。 1 ． 2工作原 理 N Y S S X C型内嵌卡瓦液压丢手式尾管悬挂器 的坐挂 、丢手全部为液压式。采用投球憋压的方式 实现坐挂 ，配合专用的送入工具 ，将尾管悬挂器及 尾管下到井内设计深度。投球 ，当球到达球座后憋 压 ，压力通过悬挂器本体上的传压孔传到液缸 内， 剪断液 缸剪钉 ，推动液缸 、卡 瓦支撑套及 卡瓦上 行 ，卡瓦沿锥套胀开 ，楔人悬挂器锥套和上层套管 之间的环状间隙内，当钻具下放时，尾管质量被支 撑在上层套管上。丢手时，下压钻具解除自锁，继 续加压提高管内压力 ，实现送入工具和悬挂器本体 分离。泄压 ，判断丢手成功后 ，继续憋压至憋通球 座 ，建立正常循环 ，随后进行注水泥 、替浆作业 ， 最后将送人工具和密封心子提离悬挂器并循环出多 余水泥浆 ，起钻 ，候凝。 1 ． 3 性能特点 1 采用先进工艺设计加工的内嵌卡瓦机构 ， 卡瓦保护更安全 ，过流面积更大。 2 内嵌卡瓦具有复合斜面、立体承载机构 ， 能够承受更重 的尾管载荷。 3 液压控制实施坐挂 ，适用于各种井况 。 4 通过先进 的液压 控制装置 实施丢手 ，管 串下入过程中可以转动。 5 密封心子能 随送人 工具提 出井 口，节 省 了钻密封心子的时间。 6 密封总成采用 W 形多组密封件 ，具有 双 向密封功能 ，密封效果佳。 7 悬挂器上 、下均配有扶正环 ，既可以保 证悬挂器居 中，提高坐挂成 功率，又可 以保护 液 缸 、卡瓦等不受损伤 。 8 丢手无 需找 中和点 ，只需通过憋压 即可 实现轻易液压丢手 ，同时具备液压 憋压 自动 丢手和机械 转动倒 扣 紧急丢手方式 ，操作 方 便 ，丢手双保险 ，安全性更高。 1 ． 4 主要技术参数 0 2 4 4 ． 5 m m0 1 7 7 ． 8 m m N Y S S XC型 内嵌 卡 瓦液压丢手式尾管悬挂器主要技术参数如下。 额定载荷 2 0 0 0 k N； 悬挂器载荷支撑轴承载能力1 6 0 k N ； 密封能力 2 5 MP a ； 液缸剪钉剪断压力 9～1 0 M P a ； 丢手剪钉剪断压力 1 5～1 6 MP a ； 球座剪钉剪断压力 1 9～ 2 0 MP a ； 尾管胶塞剪钉压力 1 2 M P a ； 本体最大外径 2 1 5 m m； 本体最小内径 1 5 5 m m； 回接筒长度 3 2 0 0 m m； 回接筒外径 2 0 7 n l n l ； 回接筒 内径 1 8 7 mm； 钻杆胶塞总长 3 3 2 mm 尾管胶塞胶碗外径 1 7 0 、1 6 6 、1 6 2 mm； 铜球直径 4 5 m m； 套管壁厚 1 0 ． 0 3 、1 1 ． 0 5 、1 1 ． 9 9 m m； 坐挂 坐挂后过流面积 5 6 ／ 4 9 、4 9 ／ 4 3 、4 2 ／ 石 油机械 2 0 1 3年第4 1 卷第 1 期 38 c m 。 1 ． 5 技术优点 1 N Y S S XC型 内嵌卡瓦液压丢手式尾管悬 挂器卡瓦可在悬挂器坐挂前嵌于锥套 内部 ，避免了 卡瓦在吊装、运输和下人过程 中受到磕碰 ，卡瓦更 安全 ；提高了尾管悬挂器人井时的安全性 ，同时保 证了在重复坐挂时卡瓦和推杆 的完整性 ，从根本上 解决普通尾管悬挂器在深井 、超深井及水平井等复 杂井的尾管下入和重坐挂时卡瓦和推杆受损问题 。 2 该尾管悬挂器改传统 悬挂器卡瓦和锥体 直接楔形受力方式为含周 向受力 的复合受力方式 ； 改变卡瓦和上层套管受力状态 ，减小应力集中，卡 瓦具有复合斜面承载结构 ，由轴向分解为周 向和轴 向承载，减小轴 向力 ；增大了卡瓦与外层套管的接 触面积，降低坐挂处应力。因此，该型尾管悬挂器 的悬挂承载能力较 常规结构提 高了 2 0 ％，坐挂可 靠性更强。 3 该型尾管悬挂器卡瓦内嵌 ，没有 了锥体 ， 液缸 由活塞型改为滑套型 ，悬挂器本体外径大大减 小 ，过流面积增大 ，坐挂前后过流面积影响小 ；通 过优化结构设计改善坐挂处水力参数，在提高工具 悬挂能力的同时，坐挂处的过流面积比常规坐挂机 构增大 了 3 0 ％ ，使 循环更 畅通 ，循环压 力 降低 ， 降低环空憋堵风险 ，提高了注替水泥浆施工作业 的 安全可靠性。 4 液压丢手应用在大位移井和小 间隙井 的 尾管 固井作业 中，能显著增强尾管的下入能力 ，彻 底改变机械丢手式尾管悬挂器下人过程中不能转动 的状况 ，为井下复杂情况 的处理带来 了极大 的便 利 ，并同时具 备 液 压 憋 压 自动丢 手 和 机 械 转动倒 扣 紧 急 丢 手 方 式 ，可 靠 性 和适 应 性 更 强 2 施工过 程 内嵌卡瓦液压丢手式尾管悬挂器施工工艺与常 规尾管悬挂器尾管固井施工工艺 的最大区别是 ① 常规尾管悬挂器 的卡瓦外露 ，卡瓦在 吊装 、运输、 下入过程 中安全性低 ，而 内嵌卡瓦液压丢手式尾管 悬挂器改传统的卡瓦和锥体直接楔形受力为含周向 受力的复合受力方式，坐挂可靠性更高、承载能力 更强 ，安全性更高 ；②常规尾管悬挂器只能通过正 转倒扣的方式实现丢手 ，下人过程 中严禁转动 ，而 内嵌卡瓦液压丢手式尾管悬挂器通过液压控制装置 实施丢手，下入过程可以转动 ，现场操作更方便。 2 ． 1 固井施工前的准备 为了确保内嵌卡瓦液压丢手式尾管悬挂器 固井 施工作业的成功 ，施工前应做好 以下准备 。 1 下套管前彻底通 好井 ，调整好 水泥浆性 能 ，确保井眼稳定 ，保证套管能够顺利地下到设计 深度 。 2 根据井 眼实测情况 ，对水 泥浆 进行合理 设计和测试 ，保证其性能符合施工工艺要求。 3 测量 由于尾管管柱 的下人造成 的激动压 力和抽汲作用力 ，规定尾管在套管段和裸眼段合适 的下入速度 ，避免过大激动压力压漏地层 。 4 预先对井眼 内整个尾管 串和送人工具 的 扭矩和阻力进行分析 ，并确保紧急丢手释放剪钉的 剪切力。 2 ． 2 尾管入井和悬挂器坐挂丢手 1 合理设 计管 串排列顺序 ，并按顺序下 入 套管及附件 ，按标准上够扭矩 ，及时灌注水泥浆 。 2 控制整个管串的下放速度 ，保证平稳。 3 尾管下完 和将尾管下 至预定深度 后灌满 水泥浆上提下放称重 、测量摩阻。 4 缓慢开泵 ，逐步提高排量 、循环水泥浆 ， 保证井眼干净 、顺畅 ，水泥浆性能稳定 。 5 投球坐 挂、丢手。将坐挂球投到送 人钻 具 内，待球到达球座后缓慢开泵憋压来剪切尾管悬 挂器坐挂剪钉 ，慢慢下放钻具 ，当总悬重下降到等 于送入钻具 总重力 游车重力时 此时送 人钻具 回缩距等 于或者接 近计算 值 ，尾管悬 挂器 坐挂 成功 。 6 坐挂成 功后 ，继续缓慢 开泵憋压至丢手 装置剪钉剪切值 ，将丢手剪钉剪断 ，泄压 ，上提下 放钻具 ，判断送入工具成功丢手 ，丢手成功后将钻 具放 回，使尾管悬挂器下压一定吨位 。 7 特殊处理 当液压 丢手失效 时 ，可 以立 即采用备用 的机械方式进行丢手 ，将送人钻具放到 中和点后下压一定吨位反转钻具 ，剪断机械丢手剪 钉 ，使心轴能够继续下行一段距离 ，收缩卡簧嵌人 心轴槽 内，此时上提钻具就能轻松丢手 。 8 再次缓慢开泵憋压直 至憋通球座 ，建立 正常循环 ，按固井要求循环后固井。 2 ． 3注水泥 施工 1 安装 固井水泥头和管线 ，对管线试压。 2 按照常规 的尾 管注水 泥进行 注水 泥和替 浆作业 。 3 替浆结束后，放回水，检查 回压阀密封 情况 ，卸管汇。 2 0 1 3年第 4 1卷第 1期 邹传元 N YS S XC型 内嵌 卡瓦液压丢手式尾 管悬挂 器 一 3 9一 4 缓慢上 提钻具 ，将 送人工具 提到尾管顶 部 以上 ，然后根据具体设计要求决定是否开泵循环 冲洗出多余水泥浆，还是直接取出送人钻具。 5 起钻 ，待 水泥 浆候凝 ，试压 、扫塞 、测 声幅质量。 3现场 应用 3 ． 1 基本数据与管串组合 C B 6 0 2井是胜利油 田部署在埕岛油田西部断裂 带构 造 上 的一 口评 价 井 ，三 开 中 完 使 用 一 套 0 2 4 4 ． 5 m m0 1 7 7 ． 8 m m N Y S S XC型 内嵌卡瓦液 压丢 手 式 尾 管悬 挂 器 进行 尾 管 固井 ，完 钻 井 深 4 0 8 0 ． 2 3 m，裸眼段长 1 6 8 0 m，悬挂 1 7 7 ． 8 m m 尾管长 1 8 3 5 m。 管串组合 0 1 7 7 ． 8 m m 加 长 引鞋 浮 球式 1 根 0 1 7 7 ． 8 m m套 管 钢级 P 1 1 0 ，壁厚 1 0 ． 3 6 mm，下 同 1 0 1 7 7 ． 8 m m浮箍 弹簧式 1 根 0 1 7 7 ． 8 m m套管 2 0 1 7 7 ． 8 m m浮箍 弹簧式 1 根 0 1 7 7 ． 8 m m套管 1 7 7 ． 8 m m球座 0 1 7 7 ． 8 mm套管 串 0 2 4 4 ． 5 m m0 1 7 7 ． 8 mm尾管悬挂器 送放钻具 0 1 2 7 mm钻杆 。 3 ． 2 施 工过 程 2 0 1 1年 7月 1 7日0 2 0 0 ，第 1根套管人井 ， 至 2 3 0 0顺利送放套管至 4 0 7 9 m，1 8日0 0 0 0 时 2 MP a压力顶通 建立循环 ，后 以泵 压 1 3 MP a 、 2 3 L ／ s的排量正常循环至 0 3 3 0分进行投球坐挂、 丢手操作 。小排量将铜球送至球座后缓慢开泵憋压 至 1 1 ． 7 MP a ，稳压 3 m i n ，下放尾管 ，悬重由1 2 8 0 k N下降至 6 8 0 k N，判断坐挂成功；继续憋压至 1 6 MP a ，稳压 3 m i n ，泄压 ，上提尾管串 1 ． 2 m，悬重 升至 8 8 0 k N后保持不变 ，丢手成功 ；将尾管串放 回至悬重 7 5 0 k N，继续开泵憋压至 1 9 MP a ，剪 脱 球座建立正常循环 ，排量 2 3 L ／ s ，泵压 1 3 ． 2 MP a 。 至 0 7 0 0固井注水泥作业连续进行 ，替浆到量 碰 压 1 3～1 6 M P a ，放 回水无 回流 ，起 钻 拔 中心 管 正常。 3 ． 3 效果评价 0 1 7 7 ． 8 ra m尾管固井施工时，下套管及送入钻 具连续顺利 ，摩阻正常。内嵌卡瓦 液压丢手式尾 管悬挂器坐挂、丢手 、憋通球座全部通过憋压控制 实现 ，压力 明显 ，充分展示 了其可靠性 和安全性 高 、操作简单的优点 ，坐挂前后循环排量 、压力几 乎无 变化 ，各项 施工 技术 指标 全部 达到 预定 值。 0 2 4 4 ． 5 mm0 1 7 7 ． 8 m m N Y S S XC型 内嵌 卡瓦液 压丢手式尾管悬挂器在 C B 6 0 2 井 0 1 7 7 ． 8 m m尾管 固井中使用取得圆满成功。后期固井作业施工按预 先设计规程 连续进行 ，注水泥操作平稳 、密度均 匀 ，替浆压力起伏平稳 、到量碰压 ，固井完悬挂器 送入工具提出顺利 ，水泥浆封固质量好 。 4 结 论 1 N Y S S XC型内嵌卡瓦液压丢手式尾管悬 挂器采用特殊加工工艺 ，改传统尾管悬挂器卡瓦和 锥体直接楔形的受力方式为含周向受力的复合受力 方式 ，也实现了卡瓦不外露的保护状态 ，同时具备 液压 自动丢手和机械紧急丢手方式 ，可靠性和安全 性高 ，操作简单 ，适应性更广。 2 该悬挂器 解决 了常规尾管悬挂器在现场 应用 中难 以克服的卡瓦易受损 、入井 困难 、过流面 积受 限、坐挂可靠性不高 、承载能力偏低 、下入过 程中不能转动等问题。 3 内嵌 卡瓦液压丢手式尾管悬挂器虽然 比 常规悬挂器有许多改 良，但仍有其规律可循的施工 工艺 ，准确掌握这些现场施工工艺技术仍是实现尾 管固井成功与否的关键 。 参考文献 郭朝辉 ，马兰荣 ，姚辉前 ，等 ．膨胀式尾管悬挂器 在国外油 田的应用[ J ]．石 油机 械，2 0 0 9 ，3 7 9 1 6 21 6 5 ． 张宏军 ．国产旋转尾管悬挂器在 国内的首次应用 [ J ]．石油钻采工艺，2 0 0 9 ，3 1 5 1 0 51 0 7 ． 陈武君 ，马开华 ．大尺寸重负荷尾管悬挂器的研制 与应用 [ J ]．石油钻采工艺，2 0 0 3 ，2 5 6 2 9 31 ． 马兰荣，郭朝辉，姜向东 ，等 ．新型封隔式尾管悬 挂器的开发与应用 [ J ]． 石油钻探技术，2 0 0 6 ，3 4 5 5 4 5 6 ． 阮臣良，马兰荣，孙文俊 ．国外旋转尾管悬挂器丢 手工具分析 [ J ]．石油机械 ，2 0 0 9 ，3 7 9 1 6 6 一 】 68． 作者简介邹传元，生于 1 9 8 4年，2 0 0 8年毕业于长江 大学，现从事石油固井工具的技术研究 、新技术推广与服 务工作。地址 2 5 3 0 0 5山东 省德州 市。电话 0 5 3 4 2 5 6 1 2 1 7。 E ma i l z c y s h e ff o i ． e o m 。 收稿 日期 2 0 1 2 0 71 6 本文编辑丁莉萍 ] j] J] j] J] J l寸l