尾管固井较常规结构套管固井效果好, 已在全国各油田得到了广泛应用。目前国内使用的各种悬挂器的结构尚存在一定的问题[1~3], 尤其是深井、大斜度井尾管固井座挂难、倒扣难、留水泥塞等问题, 成为尾管完井工艺的瓶颈。针对现有尾管悬挂器使用的实际情况开展了研究, 开发出一种液压自动脱挂尾管悬挂器。该悬挂器可适用不同井深、不同井况的油、气、水井, 特别是深井、大斜度井 (包括水平井、侧钻水平井、分支井等) 的尾管悬挂固井工艺。
1 结构及原理
1.1 悬挂器结构
双胶塞液压自动脱挂尾管悬挂器采用液压剪销座挂, 自动脱挂, 单向卡瓦支撑, 双胶塞碰压顶替的工作方式。其中座封系统由楔形套筒、储能弹簧、楔形套筒销钉、液压套筒活塞及空心销钉等组成, 在装配时, 将弹簧压缩, 由销钉将楔形套筒固定在外筒上, 空心销钉将内外筒之间的通道封死, 防止液压传入;悬挂系统由内筒、外筒和承重球三部分组成, 外筒下端接头为标准API套管圆螺纹, 内筒上端接箍为API钻杆螺纹。内筒与外筒之间靠数个钢球联接, 每个钢球靠外筒一侧, 由一蝶簧及丝堵锁定, 靠内筒的一侧由一档片固定。挡片与胶塞座相抵, 胶塞座由销钉与内筒锁定;胶塞, 包括碰压胶塞和钻杆胶塞, 钻杆胶塞的顶部金属头带有至退结构, 碰压胶塞座有锁紧装置, 当钻杆胶塞插入碰压胶塞座后, 与座套锁紧, 防止钻杆胶塞在液流的作用下与胶塞座分离。
1.2 工作原理
油田现有胶塞碰压液压脱挂悬挂器, 靠液压活塞作用推动锥体下移实现座封, 胶塞碰压剪断内外筒之间的联接销钉完成脱挂, 与本文所介绍的悬挂器座封、脱挂原理不同。
(1) 座封当套管下至座封位置后注水泥, 投入钻杆胶塞, 泵入替液顶替, 当钻杆胶塞经过空心销钉处时, 憋压3MPa~5MPa将空心销钉剪断。钻杆胶塞继续下行, 坐在碰压胶塞座上, 憋压, 压力由空心销钉孔道传入套筒活塞, 使套筒活塞下行, 继续憋压, 剪断楔形套筒的联接销钉。此时, 楔形套筒在弹簧的储能作用下, 向下冲击, 撑起悬挂器的卡瓦片, 使悬挂器座封, 下放钻杆, 使悬挂器座牢。
(2) 脱挂。当钻杆胶塞到达碰压胶塞座后, 憋压, 剪断销钉, 碰压胶塞座下行脱落, 内筒与外筒赖以联接的承重球的挡片也随之脱落, 在蝶簧的作用下, 承重球向内脱落, 完成脱挂。
(3) 碰压胶塞刮套管内壁及碰压。钻杆胶塞在顶替液作用下下行, 刮掉钻杆内壁水泥, 到达碰压胶塞座后, 在顶替液作用下下行, 刮尽套管内壁水泥浆, 直至阻流板处, 碰压, 注水泥施工完毕。
(4) 冲洗喇叭口 (外筒顶部) 处水泥浆。在顶替结束后, 憋压上提钻具, 悬挂器内筒从外筒中提出, 当空心销钉提出后, 液流射出, 冲洗喇叭口处水泥浆, 压力迅速降低, 再上提循环, 替出多余水泥浆。
(5) 保险销孔。为了保证能够顺利脱挂, 防止钻杆被固死等恶性事故, 在悬挂器碰压胶塞座位置以下设计了保险销孔, 当压力达到限定压力如28MPa~30MPa时, 保险销孔打开, 使替流在悬挂器处形成短路循环, 以保证钻杆胶塞能够到达座套位置, 保证尾管可靠座封及安全脱挂。
2 施工工艺
2.1 管柱应用
套管完井:引鞋+阻流板+短套管+套管+悬挂器+钻具。
筛管完井:引鞋+筛管+水泥伞 (管外封/皮碗) +阻流板+旋流器+循环短节+盲管+悬挂器+钻具。
2.2 具体要求
(1) 卡瓦片的外径应小于楔形套筒锥体的最大外径2.2mm以上。
(2) 所有螺拴应紧固, 内部销钉完好无损, 严禁使用任何物体对悬挂器通径。
(3) 钻杆应进行通径, 保持内壁清洁, 保证小胶塞能够顺利通过。
(4) 中途循环时悬挂器内外压差不得超过22MPa, 以免提前座挂。
2.3 施工要点
(1) 按照设计联接好尾管串, 要求留3m~5m沉砂口袋, 碰压阻流环距套管鞋10m。
(2) 在尾管下入过程中, 下钻速度控制在0.5m/s内, 为防止尾管遇卡, 允许适度上提、下放及旋转活动套管。
(3) 尾管下完后, 小排量开泵循环, 逐渐增加至设计排量, 注入排量应不大于泥浆循环的最大排量, 以保证井下施工安全。
(4) 替泥浆要进行计量, 注意井口泵压变化, 钻杆胶塞到达碰压胶塞, 泵压剧增10MPa~13MPa, 继续泵替, 剪断碰压胶塞销钉, 泵压会突然下降, 并恢复正常泵压, 观察指重表, 下放钻具加钻压100k N, 使悬挂器座封。
(6) 复合胶塞下行, 到阻流环处二次碰压, 完成替液作业, 确定碰压后, 蹩压至15MPa, 慢慢上提小钻杆, 悬重应为钻杆总悬重, 同时循环冲洗喇叭口, 防止留水泥塞或出现混浆。
3 现场应用
双胶塞液压自动脱挂悬挂器现场实施共15口井, 最深的井达到3699m, 在这15口井中有14口井实现了固井施工一次达到要求, 注水泥、替泥浆、剪销座挂、剪销脱挂、碰压、冲洗喇叭口、测声幅一次到底、固井质量全部合格, 固井合格率达到100%, 优质率达72%, 累计节约钻井周期21d, 每口井可创经济效益达￥7.75万元。从安全的角度来看, 由于不钻水泥塞、不倒扣, 避免了井下钻井事故的发生。从使用效果看, 该工艺施工过程简单, 悬挂器强度较高, 允许上下大幅度地活动套管, 也可以旋转套管, 具有较好的随意性, 有进一步推广的价值。
4 结语
复合胶塞液压自动脱挂尾管悬挂器, 结构合理, 操作简便, 克服了现有机械轨道式悬挂器及投球液压脱挂式悬挂器存在的缺点, 经大量地面试验及15口井实践, 表明该工具能满足施工技术要求, 具有较好的应用前景。
摘要：介绍了一种用于深井、大斜度井的液压脱挂尾管悬挂器的结构、工作原理、技术参数和技术特点及固井工艺。该型悬挂器能有效解决深井、大斜度井尾管固井座挂难、倒扣难、留水泥塞等技术难题, 可实现双胶塞液压座封、自动脱挂、双胶塞碰压的连续施工, 能够允许大幅度上提、下放、旋转套管。15口井的现场应用表明, 该工艺可提高固井质量、节省钻井周期和成本、杜绝井下钻具事故, 基本克服了其他各类型的尾管固井工艺缺点。
关键词：尾管固井,悬挂器,结构特点,施工工艺
参考文献
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