新型尾管悬挂器坐挂机构关键技术研究

在介绍常规液压尾管悬挂器的坐挂机构及原理的基础上,指出了其优缺点。详细介绍了国外几种典型的新型型尾管悬挂器坐挂机构、工作原理、主要特点及现场应用情况,包括CTR公司的Monobore尾管悬挂器、Weatherford公司的Swagehammer尾管悬挂器、Drillquip公司的LS-15尾管悬挂器,指出了国内尾管悬挂器存在的差距及今后研发的建议。

整体气密封尾管悬挂器技术研究进展及发展建议

随着油气勘探开发不断往深井、超深井等高温高压井方向发展,油气行业对尾管悬挂器的整体气密封能力提出了更高的要求,常规的液压尾管悬挂器由于在本体上存在液缸传压孔及橡胶密封件,导致存在密封薄弱点,难以满足井筒长时间密封完整性及后期压裂等高压完井作业要求,为此,国外公司相继研发了整体气密封尾管悬挂器技术,对坐挂驱动机构设计进行了创新,尾管悬挂器本体采用一体式结构,不存在传压孔或密封件等密封薄弱环节,大幅提升了系统整体气密封能力。本文在对比常规液压尾管悬挂器结构组成的基础上,介绍了国外几种代表性的整体气密封尾管悬挂器结构原理和技术特点,总结分析了尾管悬挂器未来发展的趋势,提出了今后尾管悬挂器技术研发方向的几点建议。

渤海油田Φ177.8mm尾管悬挂器送入工具卡钻处理方法

渤海油田A井坐封Φ177.8mm尾管悬挂器后,送入工具无法正常脱手,导致卡钻事故。因尾管悬挂器送入工具外径大且内部结构复杂,无法满足套铣作业。在现场施工中,通过采用切割送入工具回收棘爪上部管柱,磨铣剩余管柱并打捞出井的事故处理方案,综合运用磨铣、精准切割、震击、打捞等多种手段,成功处理卡钻事故,避免巨大经济损失,为后续同类型作业井业提供了宝贵经验。

高性能尾管悬挂器关键技术

针对深井与复杂井尾管下入难度大、尾管重叠段封固能力低等问题,研制了具有坐挂、旋转、封隔等功能的新型尾管悬挂器。在旋转封隔尾管悬挂器整体结构设计的基础上,开展了轴承、扭矩传递、高压封隔等关键技术研究。利用ABAQUS软件分析了重载轴承、扭矩套及封隔器锁紧机构的应力和应变情况,据此优化了结构和设计参数,并通过试验验证了各部件的性能。地面试验表明,轴承在800 k N的载荷作用下,旋转寿命达到55 h,扭矩传递装置抗扭达到41 k N·m,高压封隔器耐温达150℃、耐压达70 MPa。在星火101井的现场试验中,取得了坐挂、丢手、旋转尾管及封隔器坐封等作业的一次性成功。该井固井质量优质率达到了75.6%,尾管固井质量相对邻井有明显提高,高性能悬挂器结构设计的合理性和可靠性得到验证。

国内特殊尾管悬挂器研制现状与发展趋势

为适应水平井、分支井、大位移井、小井眼井以及复杂井眼条件下的尾管固井要求 ,近几年不断有新型尾管悬挂器被研制应用。这些新型尾管悬挂器包括 :可有效解决尾管重叠段封固质量差和油气水窜的集尾管悬挂器、封隔器于一体的尾管封隔悬挂器及其回接装置 ;具有液压、机械 2种坐挂功能的双作用尾管悬挂器 ;用于深井钻井中的超大尺寸、重负荷尾管悬挂器 ;适用于老井和套管开窗侧钻井的小尺寸尾管悬挂器 ;防止CO2 、H2 S气体腐蚀的特殊尾管悬挂器以及水平井尾管悬挂完井系统等。这些特殊尾管悬挂器在国内陆上和海上油田的应用中 ,均取得良好效果。介绍了其研制及应用概况 ,并就其发展方向提出了建议。

膨胀尾管悬挂器研究及应用

常规尾管悬挂器由于密封性能差、内通径小等问题很难满足生产需要,为此,对悬挂及密封材料、液压及机械相结合的膨胀机构、膨胀方式、爆破盘等关键技术进行了研究,研制了膨胀尾管悬挂器。介绍了其结构和工作原理,阐述了其技术优点:该技术把膨胀套管技术应用到尾管完井领域,密封悬挂机构采用高强度橡胶材料,膨胀方式采用液压和机械相结合、由上至下的膨胀方式,设计了爆破盘。为检验膨胀尾管悬挂器的性能指标,进行了膨胀尾管悬挂器室内试验,验证了膨胀尾管悬挂器的基本性能。在王102-侧54井进行了侧钻井现场试验,悬挂?95 mm尾管901.67 m。膨胀尾管悬挂器集尾管悬挂器及上封隔器于一身,有效解决了尾管头漏失问题,且悬挂密封可靠,内通径远大于尾管内径,是尾管完井技术的最新发展方向。

多功能尾管悬挂器关键技术研究

随着深井、超深井、水平井、高温高压井等复杂井越来越多,固井施工的难度越来越大,常规尾管固井工具及工艺难以满足现场需求。为解决复杂井况下的固井技术难题,研制了新型多功能尾管悬挂器,设计了旋转机构、坐挂机构、液压丢手、顶部封隔等多个功能模块,并采用有限元方法对关键部件进行仿真分析,优化了各功能模块的结构和参数。计算和地面试验证明,各功能模块的性能、功能及技术参数符合设计要求。多功能尾管悬挂器在涠洲WZ6-12-A3S井进行了现场试验,结果表明,该尾管悬挂器对现场复杂井况具有较强的适应能力和可靠性。

旋转尾管悬挂器的研制与应用

旋转尾管悬挂固井技术能解决尾管入井过程中的遇阻等复杂情况,并可提高水泥浆顶替效率和尾管固井质量,但该技术的核心旋转尾管悬挂器及其配套工具制造技术被国外公司垄断。为打破技术垄断,研制了具有自主知识产权的旋转尾管悬挂器。介绍了旋转尾管悬挂器的设计要点、结构和工作原理,并通过地面性能试验、液压丢手试验及模拟入井试验考察了旋转尾管悬挂器的各项性能。地面性能试验表明,旋转尾管悬挂器的坐挂压力、整体密封压力及承载能力均满足设计要求;液压丢手试验表明,液压丢手工具的抗拉和抗压能力均能满足设计要求,能实现液压、机械两种丢手功能;模拟入井试验表明,旋转尾管悬挂器能实现坐挂、丢手、旋转功能,各项技术参数与设计相符,达到了设计要求。现场应用表明,所研制的尾管悬挂器不但顺利实现了坐挂、丢手、旋转功能,还通过旋转提高了尾管固井质量。

内嵌卡瓦尾管悬挂器坐挂系统力学模型研究

内嵌卡瓦式尾管悬挂器结构复杂,卡瓦咬合力是决定尾管悬挂器坐挂成功的关键因素。根据内嵌卡瓦坐挂系统的结构形式和加工工艺,根据矩阵理论建立了内嵌卡瓦式尾管悬挂器坐挂系统的力学模型,得到了卡瓦咬合力的理论计算方法,分析了卡瓦的咬合力与尾管重力、加工过程中刀具转角和接触面的摩擦系数的关系。进行了内嵌卡瓦尾管悬挂器与套管的坐挂试验,通过应变测试系统对不同轴向载荷下的套管外侧应变进行了采集与分析,基于拉梅公式进一步得到了卡瓦与套管内壁的接触应力。研究结果表明,卡瓦与套管接触应变的理论计算值与试验平均值比较吻合,最大应力约为平均应力的150%,最小应力约为平均应力的70%。坐挂力学模型理论分析和试验研究结果可以为悬挂器结构的设计和优化提供理论依据。

膨胀式尾管悬挂器在高压气井固井中的应用

固井作业中的环空漏失是高压气井及异常高压气井固井作业中所面临的难题,常规边漏失边固井的现场固井技术无法使固井质量得到有效保障,给后期开采作业带来安全隐患,甚至导致部分井的报废。鉴于膨胀管技术的进展及其优势,介绍了膨胀式尾管悬挂器的结构组成、工作原理与技术特点,并结合塔里木油田迪那2-8井的固井实例,分析了膨胀式尾管悬挂器在异常高压气井固井中的应用效果。结果表明,在异常高压气井应用膨胀式尾管悬挂器固井不仅质量良好,而且可以彻底解决卡瓦式尾管悬挂器在固井中的环空泄漏问题,施工工艺简单,安全性更高。该技术的应用为异常高压气井固井提供了新的途径。

深层油气勘探开发需求与尾管悬挂器技术进步

深层油气勘探开发中,存在地质条件复杂,地层坚硬、研磨性强,井眼失稳严重,固井封固段长和间隙小等问题,这对尾管固井技术提出了更高要求。为应对深层尾管固井中尾管下入更深、负荷更大,尾管下入更加困难,井底温度更高、压力更大,以及井下环境更加恶劣等带来的挑战,十多年来国内进行了持续攻关和创新,取得了一系列重要进展—尾管悬挂器的功能从基本型、保险型、增强型,发展到了集成型;研制了内嵌式卡瓦、可旋转及液压丢手、平衡式双液缸、高压封隔和多功能集成型悬挂器,满足了深层油气开发需求,取得了显著的现场应用效果。与此同时,研制的各种尾管悬挂器,为顺北油气田、元坝气田、涠洲油田和川西地区等深层复杂油气田的规模化开发提供了固井技术支撑,并起到了很好的推动作用。综合研究认为,由于材料、信息、控制和制造等相关领域技术不断进步,尾管悬挂器技术以后将向集成化、智能化、信息化和实时化发展,从而满足更深层油气勘探开发的需求,支撑石油天然气工业持续、健康、快速发展。

新型封隔式尾管悬挂器的研制及应用

为适应元坝地区高温高、高压、高含硫等,以及高固相井况条件,解决环空气窜问题,研发了新型封隔式尾管悬挂器。封隔器单元采用单胶筒结构,保证了工具的安全可靠性。防退卡瓦结合内部防退卡簧结构设计,有效减小了胶筒胀封后的回弹间隙,保证了封隔器的封隔能力。现场4口井的应用效果分析表明,该工具使用安全性及使用效果,总体上达到了设计要求,初步解决了元坝气田环空气窜难题。

内嵌卡瓦尾管悬挂器的优势与现场应用分析

通过对常规尾管悬挂器的坐挂结构进行分析,总结其在超深复杂井中存在的不足。对内嵌卡瓦尾管悬挂器具备的性能优势进行了介绍,其具有承载能力高、过流面积大及卡瓦保护性好的特点。文章结合复杂井下条件及施工难点,介绍分析了内嵌卡瓦尾管悬挂器的应用情况,并对2口井坐挂前后循环压力情况进行了对比,验证该新型工具的结构优越性和可靠性。该悬挂器在研制成功后进行了35井次的现场应用,应用情况良好,在油田复杂井尾管固井中广泛使用。

川东北地区特殊尾管悬挂器的研发与应用

针对川东北地区天然气井非常规的井身结构,及存在高温、高压和富含H2S、CO2等酸性气体的突出问题,优选新型防腐材料,并应用气密封螺纹技术,采用了液缸活塞一体化结构及双液缸双锥体结构,开发了系列非常规尾管悬挂器,其结构更加新颖,尺寸更加紧凑,且具有更大的过水面积和更强的悬挂能力。台架试验结果表明,该悬挂器的悬挂能力和密封能力均能满足该地区复杂条件下尾管固井要求。防腐型系列尾管悬挂器目前已在川东北地区推广应用了48套,坐挂成功率优于国外同类产品。以元坝1侧1井为例介绍了其现场应用情况。

国外可膨胀尾管悬挂器的新进展

近年来,随着实体膨胀管技术的不断发展,国外成功研制了可膨胀尾管悬挂器并逐渐趋于成熟,在很多油气田投入工业性应用,取得了显著的经济效益。详细介绍了里德公司的HETS-LH悬挂器、TIW公司的XPAK悬挂器、哈里伯顿公司的VersaFlex悬挂器和威德福公司的EXR悬挂器的基本结构、工作原理及现场应用情况,分析了其优缺点,并在此基础上对国内可膨胀尾管悬挂器的研究与发展提出了建议。

压力平衡式尾管悬挂器在川西水平井的应用

为解决川西中浅层水平井?139.7 mm油层套管下入困难或下入不到位的问题,研究新型的压力平衡式尾管悬挂器。结合压力平衡式尾管悬挂器的原理和特点分析,先后进行了现场适应性评价试验及整机的现场应用。结果表明,核心的球座式胶塞系统在钻井液密度2.0 g/cm3、固含37%的环境下,经1.8 m3/min的排量循环冲蚀180 min后,能够密封至少17.8 MPa,且与钻杆胶塞复合剪脱性能良好。在川西水平井现场应用4口井,实现了中途循环解阻及套管安全快速下入,套管到位率100%,平均下钻速度是常规尾管悬挂器的1.7倍以上。压力平衡式尾管悬挂器是提高川西水平井尾管下入成功率和速度的有效工具,具有一定的推广应用价值。

尾管悬挂器超高压封隔及回接技术应用研究

为满足后期的压裂要求,页岩气井完井管串要求具有很好的密封完整性,目前国内页岩气井生产套管基本采用全井一次性固井的方式。为使湖南省的一口页岩气探井保页1井达到回接管柱压裂后回收、便于后期可能进行的开窗侧钻等要求,首次尝试采用尾管固井再回接管柱不固井的完井方式。为此研发了实现70MPa超高压封隔及回接的尾管悬挂器系统,核心技术主要包括超高压尾管顶部封隔技术、超高压回接密封技术和尾管悬挂器大过流技术。该技术在保页1井顺利实施,成功完成尾管固井、回接和回收上部生产套管串,工具整体密封性满足后期的泵送桥塞压裂要求。

可膨胀尾管悬挂器膨胀材料及膨胀方式

以实体膨胀管技术为基础开发的可膨胀尾管悬挂器,国外已经基本发展成熟,并在很多油气田投入工业化应用,取得了巨大的经济效益和社会效益。而我国对该技术的研究尚处于理论探索与试验阶段。针对这一现状,简要介绍了可膨胀尾管悬挂器的技术特点和现场优势,说明了其结构原理。通过对可膨胀尾管悬挂器膨胀材料与膨胀方式的详细分析,得出了可膨胀尾管悬挂器膨胀本体材料的性能要求与几种典型膨胀方式的结构原理及特点,指出了膨胀材料与膨胀方式的发展方向。在此基础上,给出了可膨胀尾管悬挂器的发展方向、研究思路与方法的建议。

可膨胀尾管悬挂器关键技术

概述了可膨胀尾管悬挂器的结构原理和技术特点,同时指出,可膨胀尾管悬挂器的关键技术可归结为膨胀本体材料的选择、膨胀方式、释放方式与润滑技术等。通过对各关键技术进行分析,认为可膨胀尾管悬挂器应朝大膨胀率、低压膨胀坐挂、高承载能力、高密封与耐腐蚀性能、操作简单等方向发展。为加快我国可膨胀尾管悬挂器国产化研究的步伐,又提出了几点建议。

膨胀尾管悬挂器膨胀力有限元计算与试验研究

膨胀尾管悬挂器通过膨胀锥在本体内运动使其发生径向变形,依靠变形后本体与上层套管间的摩擦力,使膨胀悬挂器固定于上层套管实现尾管坐挂功能。膨胀力是膨胀锥驱动本体变形的关键、也是膨胀尾管悬挂器设计、现场施工的重要参数。采用LS-DYNA对影响膨胀力的多种因素进行研究,得到膨胀锥角、膨胀锥与本体间摩擦、膨胀本体结构对膨胀力的影响规律,并通过膨胀试验、金相观察进行验证分析。数据表明该方法能够较为准确的计算本体膨胀所需要的膨胀力及膨胀变形过程中本体的应力、应变。