劉文科

【摘要】鉆井過程中，由于所鉆地層情況的不確定性，井下時常會發(fā)生復(fù)雜情況。處理這些復(fù)雜情況時，常常需要更改井身設(shè)計結(jié)構(gòu)，敞開井口更換套管頭，這給現(xiàn)場作業(yè)施工帶來了極大的安全隱患。因此，急需研制一種新型的套管頭。本文介紹的新型套管頭，可以同時滿足兩種井身結(jié)構(gòu)，很好地解決了更改井身設(shè)計結(jié)構(gòu)時存在井口敞開的安全隱患問題。該套管頭結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、抗壓和載荷能力強(qiáng)、安裝操作簡單方便。經(jīng)過大量現(xiàn)場實踐表明，此套管頭能同時滿足正常作業(yè)和復(fù)雜情況作業(yè)兩種工況下對井身結(jié)構(gòu)變化的要求，很好地保證了油田現(xiàn)場作業(yè)對安全生產(chǎn)的要求。文中主要介紹了該新型套管頭的組成結(jié)構(gòu)、工作原理、性能特點(diǎn)、安裝操作方法、現(xiàn)場推廣應(yīng)用及效果總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】新型套管頭；井身設(shè)計結(jié)構(gòu)；現(xiàn)場作業(yè)；安全隱患；芯軸式懸掛器

1.項目背景

隨著油田的大規(guī)模開發(fā)，注水、壓裂等增產(chǎn)措施的大規(guī)模應(yīng)用，使地層底部的壓力發(fā)生了極大改變，導(dǎo)致層與層之間的壓力發(fā)生串動、地層壓力不穩(wěn)定等不良后果。這種地層壓力的不確定性，給正常鉆井作業(yè)帶來了前所未有的困難和挑戰(zhàn)。

新疆油田公司為了節(jié)約成本，根據(jù)需要施工區(qū)塊的地質(zhì)特征、巖性組成、地層壓力和地層溫度等方面考慮，在鉆井設(shè)計過程中，取消不必要的一些步驟和措施。如正常作業(yè)取消下技術(shù)套管，只有在鉆井過程中遇到因地層原因?qū)е碌膹?fù)雜情況時，才改下技術(shù)套管封隔住問題井段，之后處理井底問題。要下技術(shù)套管，就必須更換井口套管頭，此時井口處于完全敞開、無法控制狀態(tài)，存在著非常嚴(yán)重的安全隱患，控制不好極易造成井噴失控事故的發(fā)生。這種作業(yè)方式不符合油田公司對安全生產(chǎn)的要求，同時給鉆井施工作業(yè)帶來了很多不安全因素，具有不可忽視的缺點(diǎn)和弊端。

為了解決以上這種不安全的問題，技術(shù)人員攻關(guān)研制了一種新型的套管頭，經(jīng)過現(xiàn)場安裝試驗，該套管頭各項性能要求和技術(shù)指標(biāo)，都很好地滿足了施工作業(yè)的要求。該套管頭主要在新疆油田公司火燒山油田和克拉瑪依油田作業(yè)八區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，試驗20多井次，取得了不錯的效果。

2.新型套管頭主要組成結(jié)構(gòu)和基本工作原理

2.1主要組成結(jié)構(gòu) 新型套管頭為一級雙掛式套管頭，主要由轉(zhuǎn)換法蘭、套管頭本體、Φ244.5mm芯軸式套管懸掛器、Φ139.7mm卡瓦式套管懸掛器、水泥漿循環(huán)通道、閘門及附件等結(jié)構(gòu)部分組成。

2.2基本工作原理 新型套管頭屬于一級雙掛套管頭，可以同時滿足兩種不同工況下的下套管作業(yè)。一是在鉆井作業(yè)過程中未發(fā)生復(fù)雜情況，直接下油層套管進(jìn)行完井作業(yè)時，可以用套管懸掛器與油層套管連接后懸掛于套管頭本體的第二層；二是在鉆井作業(yè)過程中發(fā)生了復(fù)雜情況，需要改下技術(shù)套管封隔住問題井段處理井底問題時，用新型套管頭中的芯軸式懸掛器與技術(shù)套管連接懸掛于套管頭本體的第一層；當(dāng)井底復(fù)雜問題完成后，正常完井作業(yè)時，用新型套管頭中的卡瓦式懸掛器與油層套管連接懸掛于套管頭本體的第二層。

2.3使用新型套管頭的優(yōu)點(diǎn)

1、該新型套管頭結(jié)構(gòu)合理緊湊、操作簡單、安裝方便，安裝一次到位，節(jié)省作業(yè)時間；2、該新型套管頭實現(xiàn)了一級雙掛的性能要求，可以在不更換套管頭的情況滿足兩種不同工況下的作業(yè)要求；3、該新型套管頭成本低廉，可大大降低鉆井施工作業(yè)的總體成本。

3.新型套管頭的主要技術(shù)參數(shù)和室內(nèi)試驗情況

3.1主要的技術(shù)參數(shù) 該套管頭垂直通經(jīng)為Φ341mm，連接套管外徑Φ339.7mm，懸掛套管外徑分別為Φ139.7mm和Φ244.5mm，套管頭本體額定工作壓力為35MPa，最大額定懸掛載荷為2100kN。

3.2室內(nèi)試驗情況

1、試驗內(nèi)容。水壓密封試驗、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗以及懸掛器載荷試驗。2、試驗依據(jù)。中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 22513-2008石油天然氣工業(yè)鉆井和采油設(shè)備井口裝置和采油樹》[1]。3、試驗條件。試驗介質(zhì)：清水試驗壓力：水壓密封為35MPa，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為53MPa懸掛器懸掛載荷：懸掛器在載荷試驗機(jī)模擬現(xiàn)場懸掛載荷，記錄套管出現(xiàn)被擠毀、滑脫等現(xiàn)象時的拉力，此時為該套管頭的最大懸掛承載能力。4、試驗結(jié)論。根據(jù)試驗結(jié)果，可以看出該新型套管頭可以滿足中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 22513-2008石油天然氣工業(yè)鉆井和采油設(shè)備井口裝置和采油樹》中對套管頭的要求，套管頭本體額定工作壓力為35MPa，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為53MPa，最大額定懸掛載荷為2100kN。

4.新型套管頭的安裝操作方法

1、鉆井一開完鉆后，下入Φ339.7mm表層套管到設(shè)計位置，注水泥固井。將新型套管頭本體通過雙公與表層套管連接，按標(biāo)準(zhǔn)緊固扭矩，退出所有頂絲到套管頭本體壁內(nèi)。2、鉆井二開完鉆后，下入Φ244.5mm技術(shù)套管至距設(shè)計位置差最后一根套管時，技術(shù)套管頂部連接懸掛器，懸掛器上部連接頂節(jié)，再連接方鉆桿柱，使套管懸掛器坐封到新型套管頭的芯軸式懸掛器上。注水泥固井、侯凝，等水泥完全凝固后，上緊芯軸式懸掛器壓銷。3、鉆井三開完鉆后，下入Φ139.7mm油層套管到設(shè)計位置后，油層套管上部連接懸掛器，懸掛器上部連接頂節(jié)，再連接方鉆桿柱，使套管懸掛器坐封到新型套管頭的卡瓦式懸掛器上。注水泥固井、候凝。等水泥完全凝固后，拆掉新型套管頭法蘭連接螺栓，上提油層套管使其產(chǎn)生與卡瓦的摩擦力，在距法蘭平面130mm處切割頂節(jié)完成作業(yè)。

5.新型套管頭的現(xiàn)場試驗和推廣

該新型套管頭先后在火燒山油田和克拉瑪依油田作業(yè)八區(qū)現(xiàn)場安裝使用了90多套，其中有12口井在鉆井作業(yè)施工中出現(xiàn)了復(fù)雜情況，改變了設(shè)計井身結(jié)構(gòu)，下入了技術(shù)套管封隔住問題地層，很好地處理了井底復(fù)雜情況。新型套管頭的優(yōu)越性能，在現(xiàn)場施工中發(fā)揮了不可替代的作用。

本文介紹的新型套管頭，可以同時滿足兩種井身結(jié)構(gòu)，很好地解決了更改井身設(shè)計結(jié)構(gòu)時存在井口敞開的安全隱患問題。

6.結(jié)論

本文所提到的新型套管頭，不但可以滿足正常鉆井施工作業(yè)中對井口的要求，而且還可以滿足井下發(fā)生復(fù)雜情況時鉆井施工作業(yè)對井口的要求。鉆井施工作業(yè)過程中，井下發(fā)生復(fù)雜情況時，在不需要更換井口套管頭的情況下，就可以下技術(shù)套管來封隔住問題井段處理問題，縮短了作業(yè)時間，節(jié)省了作業(yè)成本。同時，新型套管頭能夠避免因更換套管頭而導(dǎo)致的井口處于完全敞開、無法控制狀態(tài)，大大地降低了施工作業(yè)的安全隱患，保證了安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T22513-2008石油天然氣工業(yè)鉆井和采油設(shè)備井口裝置和采油樹廠[S].中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2008.