298.450mm套管坐掛244.475mm懸掛器技術(shù)研究與應(yīng)用

袁偉楠 張作偉 孫軼杰

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300451

隨著渤海油田勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)一步向深層、超深層開(kāi)展，井身結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，井身結(jié)構(gòu)中有尾管的井越來(lái)越多，尾管則通過(guò)尾管懸掛器掛在上層套管內(nèi)壁上。應(yīng)用尾管懸掛器可以有效減小鉆機(jī)在下入套管過(guò)程中承受的載荷，降低循環(huán)過(guò)程中的泵壓，還可以節(jié)省施工材料降低施工成本，如固井添加劑、鋼材、水泥等材料[1-2]。同時(shí)，使用尾管懸掛器能夠減少井口的施工程序，降低風(fēng)險(xiǎn)，保障施工安全。尾管懸掛器能夠有效保證尾管的居中程度，提高固井質(zhì)量，為后續(xù)作業(yè)奠定較好的基礎(chǔ)[3]。

1 尾管懸掛器技術(shù)特點(diǎn)

尾管懸掛器具有懸掛載荷大、環(huán)空流道大、坐掛方式對(duì)上層套管損害較小的特點(diǎn)。封隔器一般使用金屬附著橡膠設(shè)計(jì)或整體式膠筒設(shè)計(jì)，能夠提高循環(huán)排量，增加坐封的穩(wěn)定性，降低提前坐封風(fēng)險(xiǎn)。膠筒基本都采用了耐高溫的四丙氟橡膠或氫化丁腈橡膠，能夠有效的降低坐封承受的壓力，耐久性及耐溫好[3]。送入工具是尾管懸掛器總成的核心部件，其性能決定了尾管懸掛器抗扭、抗壓、抗拉、可否劃眼、脫手的成功率。送入工具通常由提升短節(jié)、防砂帽、坐封器、液壓或機(jī)械脫手工具、中心管、膠塞適配器、密封補(bǔ)芯等部件組成。防砂帽分為兩類(lèi)，一類(lèi)是浮式防砂帽型，另一類(lèi)是帶有流道常規(guī)型。常規(guī)防帽中的流道連通回接筒內(nèi)外，使得管內(nèi)外壓力平衡，降低在井下的回接筒被靜液柱壓力擠毀的概率。在尾管懸掛器下入之前，將回接筒內(nèi)灌滿液體（絲扣油或淡水），防止泥漿中的固相顆粒進(jìn)入回接筒中造成送入工具損壞。防砂帽與回接筒有固定機(jī)構(gòu)，在試脫手過(guò)程防砂帽不脫離回接筒防止泥漿中的巖屑進(jìn)入回接筒，固井結(jié)束后可以回收防砂帽[3-4]。

2 威德福尾管懸掛器

威德福尾管懸掛器具有防提前坐掛功能，在尾管下入過(guò)程中卡瓦受外力作用下也不會(huì)提前坐掛。懸掛器中心軸帶有軸承裝置，坐掛后可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)固井，提高尾管的固井質(zhì)量。封隔器使用機(jī)械坐封，一體式的膠筒，在漲封過(guò)程中不會(huì)損壞膠筒；并且具有彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)，可將坐封下壓力儲(chǔ)存，以便持續(xù)對(duì)膠筒施加壓力。封隔器和機(jī)械送入工具配合使用能夠防止提前坐封，防砂帽或回接筒在外力的作用下，防提前坐封裝置能夠?qū)⑼饬鬟f到封隔器本體，防止膠筒提前漲封損壞膠筒，在送入工具脫手后能夠解除坐封鎖定裝置。

機(jī)械式送入工具具有“液鎖”保護(hù)裝置，降低送入工具提前脫手的可能性，當(dāng)脫手時(shí)，通過(guò)泥漿泵打壓后即可解除“液鎖”保護(hù)裝置然后正轉(zhuǎn)即實(shí)現(xiàn)脫手。該工具結(jié)構(gòu)內(nèi)有閥座，當(dāng)尾管短路或球座刺漏等無(wú)法憋壓情況下，還可通過(guò)鋼絲投閥作業(yè)進(jìn)入內(nèi)部閥座進(jìn)行打壓解除液鎖”保護(hù)裝置，從而能夠順利脫手。液壓式送入工具通過(guò)憋壓實(shí)現(xiàn)脫手，并帶有機(jī)械應(yīng)急脫手裝置。在憋壓脫手無(wú)效或管柱無(wú)法憋壓的異常情況下，該裝置進(jìn)行下壓、反轉(zhuǎn)機(jī)械方式進(jìn)行脫手，提高了脫手成功概率。尾管懸掛器入井前需要往回接筒內(nèi)灌滿淡水，防砂帽具有密封性，防止井內(nèi)泥漿、巖屑進(jìn)入回接筒內(nèi)，通過(guò)防砂帽的上下移動(dòng)調(diào)節(jié)回接筒內(nèi)外壓力保持內(nèi)外壓力平衡；當(dāng)浮式防砂帽在井內(nèi)被巖屑埋死的情況下，過(guò)提鉆柱打開(kāi)管柱的循環(huán)孔，實(shí)現(xiàn)短路循環(huán)；浮式防砂帽上部具有螺旋刀翼，短路循環(huán)時(shí)通過(guò)倒滑眼以此來(lái)清除浮式防砂帽的巖屑，能夠快速回收送入工具。

3 斯倫貝謝尾管懸掛器

斯倫貝謝的懸掛器、封隔器與威德福結(jié)構(gòu)類(lèi)似，機(jī)械送入工具、液壓送入工具結(jié)構(gòu)原理相類(lèi)似。但斯倫貝謝的液壓送入工具的機(jī)械應(yīng)急脫手方式存在差異，當(dāng)管柱反轉(zhuǎn)一定圈數(shù)后還需要下壓一定噸位，剪切軸向的銷(xiāo)釘后才能夠?qū)崿F(xiàn)脫手，該裝置能夠降低尾管懸掛器提前脫手的概率；與威德福工具相比多了一個(gè)閥座，在憋不起壓力的情況下還能夠投閥進(jìn)行憋壓脫手。密封補(bǔ)芯扶正塊通過(guò)使用6塊環(huán)繞的方式，增加了與中心管的接觸面積，防止在高壓作用下密封補(bǔ)芯抱死中心管。

斯倫貝謝采用棘爪與回接筒連接固定防砂帽，具有流道連接內(nèi)外空間，使的回接筒內(nèi)外壓力平衡。在尾管下入、試脫手過(guò)程中防砂帽始終在回接筒內(nèi)，降低巖屑進(jìn)入回接筒內(nèi)的概率。當(dāng)坐封封隔器、回收送入工具時(shí)，通過(guò)管柱壓縮防砂帽內(nèi)部的彈簧就能夠使棘爪收縮，回收防砂帽。

4 貝克休斯尾管懸掛器

貝克休斯尾管懸掛器、封隔器、液壓脫手工具的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。懸掛器采用了錐體與卡瓦的復(fù)合設(shè)計(jì)，使得其懸掛載荷增加，受力分布更加均勻，降低上層套管損傷程度。封隔器改變了傳統(tǒng)的膠筒膨脹坐封設(shè)計(jì)，改為軟金屬硫化橡膠膨脹坐封。其設(shè)計(jì)抗沖蝕能力增加，承壓能力增加，不易損壞。坐封器具有坐封是否成功的指示功能，其原理是坐封器上安裝有一組與封隔器同樣的剪切銷(xiāo)釘，但坐封器上的銷(xiāo)釘數(shù)量比封隔器的多一顆，通過(guò)出井檢查坐封器的銷(xiāo)釘剪切情況能夠判斷封隔器是否坐封成功，并且坐封器上的銷(xiāo)釘被剪切后可建立短路循環(huán)，對(duì)是否坐封提供參考依據(jù)[5-7]。

圖1 尾管懸掛器附件示意圖

5 現(xiàn)場(chǎng)施工工藝

5.1 井況概述

渤海某井的四開(kāi)井眼采用非標(biāo)井身結(jié)構(gòu)：266.7mm×483.36m和215.9mm×27.74m的裸眼井，在298.45mm、60 lbs套管內(nèi)進(jìn)行244.475mm尾管懸掛器+177.8mm、29 lbs尾管坐掛及尾管固井作業(yè)。該井選用非標(biāo)尺寸的貝克休斯尾管懸掛器。

貝克休斯使用HRD-E型送入工具，RS型密封補(bǔ)芯，SOLO膠塞系統(tǒng)，篩網(wǎng)式垃圾帽，304.8mm回接筒，INLine 型尾管懸掛封隔器，TY II 型膠塞球座如圖1所示。

5.2 操作步驟

（1）尾管下入：按照預(yù)定管串（送入工具+回接筒+封隔器+懸掛器+底部變扣+244.475mm無(wú)接箍短套管+244.475mm&177.8mm變扣+尾管串+球座+尾管+浮箍+尾管+浮箍+尾管+可劃眼浮鞋）送入至設(shè)計(jì)位置。

（2）循環(huán)：開(kāi)泵頂通，控制循環(huán)壓力使其不超過(guò)尾管懸掛器坐掛壓力12MPa，逐步提高排量至固井設(shè)計(jì)排量，循環(huán)時(shí)間至少1個(gè)遲到時(shí)間。

（3）投球坐掛：循環(huán)結(jié)束后，卸頂驅(qū)，投一個(gè)44.5mm的銅球，接頂驅(qū)，上提管串處于拉伸狀態(tài)，開(kāi)泵，以正常排量送球，期間注意觀察泵壓表，壓力上升立即停泵。球入座后，緩慢增起壓到3.5MPa，固井泵打3.45MPa背壓后倒通。繼續(xù)用固井泵加壓至18.6MPa并穩(wěn)壓5分鐘。帶壓下放40T重量，觀察泵壓不超過(guò)20.6MPa，對(duì)照計(jì)算的鉆具伸縮距，確認(rèn)懸掛器坐掛。坐掛成功后繼續(xù)加壓至23.5MPa，穩(wěn)壓5分鐘，泄壓至零，保持泄壓閥敞開(kāi)，緩慢上提鉆具至脫手懸重并繼續(xù)上提1m，最大上提距離不超過(guò)1.5m確認(rèn)懸重不再增加，工具脫手成功。確認(rèn)丟手后，下壓至驗(yàn)掛時(shí)的下壓懸重，關(guān)閉泄壓閥，用固井泵打壓剪切球座，壓力為26MPa左右。如未剪切，以1.38MPa壓力梯度增加，直到剪斷球座為止，檢查返出，重新建立循環(huán)。

（4）固井頂替：循環(huán)結(jié)束后，卸開(kāi)頂驅(qū)，接水泥頭（提前安裝鉆桿膠塞）、固井管線，試壓。如表1所示，按照設(shè)計(jì)固井泵替完水泥漿后，釋放鉆桿膠塞，固井泵替尾水。在鉆桿膠塞到達(dá)尾管膠塞前2m3，降低泵速到0.6m3/min，觀察尾管膠塞的釋放壓力，尾管膠塞釋放壓力設(shè)定為13.4MPa。尾管膠塞釋放后，提高泵速繼續(xù)頂替。如果未觀察到大小膠塞嚙合壓力，在設(shè)計(jì)大小膠塞嚙合泵效之后2m3，恢復(fù)正常泵速繼續(xù)頂替。在到達(dá)計(jì)算的頂替量前按照設(shè)計(jì)，降低泵速到0.3～0.5m3/min，觀察碰壓，碰壓壓力上升3～5MPa即可。碰壓后，穩(wěn)壓5min，記錄壓力，放壓并檢查回流。

表1 封固地層深度和水泥密度及附加量

（5）坐封尾管頂部封隔器：迅速卸掉水泥頭，連接頂驅(qū)；提活鉆具后繼續(xù)緩慢上提鉆具3.7m（漲封擋塊到回接筒頂部3.2m+安全距離0.5m），將封隔器坐封工具提到回接筒頂部以上，緩慢旋轉(zhuǎn)下壓40t鉆具重量坐封封隔器，期間注意觀察懸重表確認(rèn)封隔器銷(xiāo)釘剪斷，下壓到位后，保持鉆具下壓重量至少3分鐘。施工正常結(jié)束，未發(fā)生漏失和憋堵，固井質(zhì)量良好，如圖2所示。

圖2 SBT固井質(zhì)量

6 結(jié)論與建議

1）貝克休斯懸掛器的其懸掛載荷大，上層套管受力分布均勻，對(duì)上層套管傷害小。

2）尾管固井是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)高、技術(shù)復(fù)雜、施工難度大、質(zhì)量要求高的特殊作業(yè)。尾管固井能節(jié)省大量套管和固井成本并有效地縮短鉆井周期，可帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

3）渤海首次成功在2 9 8.4 5 m m 套管坐掛244.475mm懸掛器，套管與懸掛器間隙較小，存在坐掛不成功，固井憋壓等問(wèn)題，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高，通過(guò)階段性提排量方式充分清潔井眼，坐掛成功，固井作業(yè)順利完成。