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不钻胶塞双级注水泥工具的研制及应用

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  ? (弓 ’)j 扯I 卫 第 27卷 第 3期 删 石 油 矿 场 机 械 / 冒毯 一— — £ 7 . 2Jb2 摘要作 业中 的一系 刊难 题。 但目 前所使用的双级注水泥工具固井后 均需用小 钻杆钻酥胶塞和水泥塞.I J 0‘) 费用 高、 时 间长。文中介绍了一种不错胶塞的双级注水泥工具及其 施工工艺 . 它具有固井 后不留 腔塞的 优点 , 特别适合于中深井使用 。谈工具在现场 已成功地在 3 口井 中使 甩, 是一种有报大使 用潜力的工具 。 敏 词 墨 彗 畦 蝎 腠 塞 制 造 l 。 中圈选分类号T E 8~ : 6. 903 在 油田勘探开 发过 程中t双级注水 泥工艺作为 一项 重要技术 , 解 决...

  ? (弓 )j 扯I 卫 第 27卷 第 3期 删 石 油 矿 场 机 械 / 冒毯 一 £ 7 . 2Jb2 摘要作 业中 的一系 刊难 题。 但目 前所使用的双级注水泥工具固井后 均需用小 钻杆钻酥胶塞和水泥塞.I J 0) 费用 高、 时 间长。文中介绍了一种不错胶塞的双级注水泥工具及其 施工工艺 . 它具有固井 后不留 腔塞的 优点 , 特别适合于中深井使用 。谈工具在现场 已成功地在 3 口井 中使 甩, 是一种有报大使 用潜力的工具 。 敏 词 墨 彗 畦 蝎 腠 塞 制 造 l 。 中圈选分类号T E 8~ : 6. 903 在 油田勘探开 发过 程中t双级注水 泥工艺作为 一项 重要技术 , 解 决了长封井及复杂井 固井 、. 、[ (-- 由于 目前所使用的双级注水泥工具在固 井旌工结束后 , 需组织小钻具钻除胶塞及胶 塞座。 这样不但延长了完井周期 , 增加了钻井 费用 , 而且 由于 在钻胶塞时钻具在套管中的 振动和撞击, 使二级注水泥封固质量受到影 响。 针对这种情况 , 大庆石油管理局钻井研究 所于 1995年研制了一种适合于深 井使用不 钻胶塞的双级 注水泥工具 , 该工具在设计上 大胆采用了销钉互不干涉支承机构 、 特殊密 封机构及脱落机构等关键技术, 实现了工具 在二级注水泥结束后脱落机构脱离主体, 井 靠 自重使胶塞及胶塞座子 自行落至井底的功 能 。不但解决了传统双级注水泥作业后 需钻 除胶塞的难题, 而且由于各级剪销压力不受 工具下深的影响和互不干涉 , 使工具可在较 低的压力工况下实现各步动作 , 保证了实蓝 此项复杂 固井工艺的可靠性与安全性 。在中 深井中使用此项技术, 可节约单井钻井费用 近¥20 万元 , 缩短完井周 期 2~3d 。 1 不钻胶塞双级注水泥工具的设计 在工具的结构设计 中, 重点分析井解决 了以下几大技术关键: a)支承机构承载能力高 , 打开 、 关闭 、 脱开等施工压力低和互不干涉。由于双级注 . 皂 ● . 水泥工具一般用于中深井或疑难井长封井固 井 , 二级注水泥时套管 内的水泥施加于工具 支承机构的载荷较大 , 而一般的双级 注水泥 工具是用销钉支承 为了能承受较大载荷 , 通 常采用较大直径 的销钉, 因而要实现打开和 关闭动作势必要用较高压力 , 这就要求地面 固井设备等有较好的密封和较高的压力。而 该 工具采用了动作压力较低、 承受载荷较高 的特殊支承机构, 使工具打开、 关闭、 脱开等 各级剪销压力互 不干涉 , 而且与工具下入深 度无关 b)为 了实现不钻胶塞技术, 使胶塞 及 胶塞座 子等脱落系统顺利落入井底, 势必要 求套管内径与脱落系统外径之间实现可靠密 封 。如何解决此处密封的可靠性问题是保证 该工具设计成败的技术关键。 根据需要, 该工 具采用了一种特制非 标准密封 圈, 起到了 良 好的密封效果。 c ) 胶 塞及胶塞座 等脱 落机构脱离 主 体 , 靠 自身重力落至井底 该机构动作实现可 靠 与否, 将直接体现整个不钻胶塞工艺的成 败。为此 , 在工 具上采用 了一种特殊脱落机 构 , 避免了用销钉支承 引起 的剪销压力高 、 动 作可靠性差的缺点 顺利实现 了二级注水泥 循环孔关闭后, 脱落机构动作并与主体分离 , 维普资讯 .27 №3 胶塞及胶塞座靠 自重落至井底 。 目前, 应用此项不钻胶塞技术 已成功研 制出直径为 姐39. 7 r a m(5 泥工具, 使用温度在 一35~120 ℃之间, 工具 下挂套管长度 ( 直径为 厚 7. 72 r a m) l 800 m。 英寸) 双级注水 39. 7mm 套管 , 壁 27- 具结构 工 作原理 及工艺 流程 2. 1工具结构 直径为 l 39. 7 rnr~ t(5 泥工具由上胶塞、 双级箍、 重力塞 、 下胶塞等 部分组成 (如图 l 所示) 。 上、 下胶塞是由铸铁芯子、 隔套、 密封圈、 皮碗等部分组成。 重力塞是由铸铁芯子、 悬挂 套、 密封圈等组成。 投下后靠 自重落到预定位 英寸)双级注水 图1工具结构示意田 2. 主体1. 上接头4. 瞍塞鏖5. 支承套7. 下胶塞 胶塞 3. 开关套 6. 下接头 9. 上 重力塞 置 , 打开二级注水 泥孔。 双 级 箍 是 由 主体、 上 下接 头、 开关 套、 胶塞 座、 支承 套 等主 要部 件组成 。 开 关 套 通 过 销钉 固定 在 主体 内, 其作用是封闭 和打 开 二级 循环 孔。 胶 塞 座 和 支 承 套与主 体 靠特 殊机构联接。 当重 力 塞落 入胶 塞 座 时 , 其上部液柱及 泵 压所形 成 的轴 向载荷 , 全部 由支 承套承受 。 2. 2工作原理 双级注水泥工具 作为套管串组成部分 , 按设计要求下到井下预定位置。在第一级注 水泥施工结束后 , 向套管 内投入重力塞, 重力 塞靠 自重落入工具 内座封, 在套管 内蹩压, 将 开关套销钉剪断 , 开关套下行一段距 离后二 级循环孔被打开 , 构成二级注水泥循环通道; 当第二级注水泥结束后, 投入上胶塞 顶替泥 浆 , 上胶塞运行到胶塞座之后 , 产生了高压, 剪断销钉 , 开关套又下行一段距离 , 关闭二级 循环孔 ; 这时继续蹩 压, 脱落机构动作 , 胶塞 及胶塞座 等脱落系统与主体分离, 在 自身重 力作用下掉落井底。 2. 3工艺流程 (如图 2 所示) a ) 连接 管串, 下入 洗井 , 调 整泥浆性 能 。 b)注第一级水泥 , 压入下胶塞, 替浆至 碰压后投 入重力塞 。 c)待 重力 塞到位后蹩压打开循环孔 , 洗井 , 并注隔离液。 d)注第二级水泥。 e)压入上胶塞 , 替浆至碰压 , 关闭循 环 孔 , 继 续蹩 压, 脱落系统脱离工具本体 , 胶塞 及胶塞座靠 自重落至井底。 f)整体套管试压 g)候凝 。 3现场 应用 该 工具现场实际应用 了 3 口井 , 取得了 令人满意的效果 , 各种动作正常 , 剪销压力明 显 , 充分说 明工具的结构设计是成功的。 下文 以吉林大安地 区的 1 口大 33井为倒 , 介绍该 工具的实际使用情况。 大 33 井属长封段固井井, 井深 2 3041 1 1。 完钻泥浆密度为 1. 35 g/ crn。 , 泥浆动力粘度 为 50 Pa s。 接工程设计要求水泥返高 1 460 m, 易压漏地层 , 故使用该工具进行双级注水 泥作业 。工具下深为 l l82~1 184. 81 m, 工 具下入处井径为 425o rnrn, 在工具两靖接箍 处各下 1 只套管扶正器。 固井施工作业开始, 先进行正常 的一级 喜舟 维普资讯 第 27 卷 第 3 期 石 油 矿 场 机 械 注水泥施工作业。用 1 台替泥浆车泵送下胶 塞 , 替浆至碰 压达 10 MPa, 停 车 ; 卸开水泥 头 , 投入重力塞 , 待一定 时间( 重力塞 下落速 度 约为 1 m/ s) 后 , 重 力塞坐 到胶 塞座上 , 蹩 压到 9 MPa, 剪断销钉 , 二级循环孔打开 , 泥 浆从工具处上返, 构成二级循环通道 。 待泥浆 / 一 / /\ \/ // / - 、 ^ / // 性能调整合适, 进行二级注水泥施工。 盯替泥 浆车二挡泵送上胶塞运行到胶塞座后 蹩压 到 16MPa, 剪断 销钉, 二级循环孔关闭。 继续 蹩压 , 脱落机构动作 , 此 时在压力记录仪上有 明显的压力降显示。整体套管试 压 15 MPa, 施工 结束 。 图 2不钻腔塞取 级注水 泥工 艺流程 大 33 井由于采用了不钻胶塞双级注水泥工 具,保证了长封固段分层注水泥质量, 避免了环空 液柱压漏地层现象的发生; 同时免去了固井后需组 织小钻具钻除胶塞的麻烦; 节省了钻井费用约 ¥1O万元, 缩短完井时间 2 d。在另外的浅井朝 83~扬 87 井和朝 89一扬 61 井的试验较成功, 这两口井井深分别为1 355 m 和 1 401. 07m。 通 过现场 3 口井的成功使用, 充分说明了工具的各 项技术指标达到了设}拇搴 , 特殊密封及其他各道 密封性能良好, 二毂循环孔的打开、 关闭及脱落系 统脱开动作正常, 各级剪销压力稳定 目 不随工具下 井深度变化的影响, 胶塞及胶塞座等脱落系统在泥 浆中靠自 重能落至井底。 。 4结论 应用该工 具实现不钻胶塞双级注水泥技 术是解决长封固井及复杂井固井作业难题的 有效手段之一。 该工具实现打开、 关 闭及脱开 等一系列动作安全可靠 ; 各级动作剪销压力 不受工具下井深度影响 , 而且互不干涉 , 特别 适合在深井固井中使用 。由于工具 的胶塞及 胶塞座可 自行 落至井底 , 无需 在固井后组织 小钻具钻除胶塞 , 故可节省大量钻井费用 , 缩 短完井周期, 保证了二级注水泥封固质量 。 参 考 文 献 1(美] 史密斯 D K . 都 俊芳 译. 美 国油井注 水泥技 术. 北京 : 石油工业 出版杜 , 1982. 2方坤 贤. 7英 寸液 压分级 注水 泥 装置试 验成功. 石油钻采工艺 , 1981, 3(4) : l l ~16 梁庆术 , 王仕水. 同步分 级箍双 级 圈井的方 法及 实践、 钻采工艺 , 1989, 12( 1) : 7~1O 3(收稿 日期 1997. 12-25) 维普资讯

  
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