新型雙卡瓦高溫高壓尾管懸掛器的研制與應(yīng)用

摘 要

摘要：劍門1井是國內(nèi)罕見的井深超過7000m的深井、井底溫度為161℃，Φ149.2mm小井眼與Φ127.0mm尾管形成的小間隙環(huán)形通道長達(dá)2007m，尾管懸重為62t，現(xiàn)有的Φ127.0mm單卡
摘要：劍門1井是國內(nèi)罕見的井深超過7000m的深井、井底溫度為161℃，Φ149.2mm小井眼與Φ127.0mm尾管形成的小間隙環(huán)形通道長達(dá)2007m，尾管懸重為62t，現(xiàn)有的Φ127.0mm單卡瓦尾管懸掛器已不能滿足深井固井的要求。為此，通過技術(shù)攻關(guān)和研究設(shè)計，將原有的單液缸單卡瓦設(shè)計成雙液缸雙卡瓦結(jié)構(gòu)，增加了承載能力；采用高溫、高壓密封件增強(qiáng)了密封和耐高溫性能；最終研制成功了Φ127.0mm雙卡瓦高溫、高壓尾管懸掛器。其工作原理為：在固井作業(yè)下套管時將它連接于尾管柱頂部下入井內(nèi)，懸掛作業(yè)時從井口投球到球座，加注液壓使懸掛器上下液缸同時工作，分別推動上下卡瓦上行張大卡在上層套管內(nèi)壁上，以實(shí)現(xiàn)尾管懸掛的功能。該新型工具在劍門1井的應(yīng)用成功，解決了超深井高溫、高壓長尾管懸掛固井的技術(shù)難題，為類似超深井、高溫、高壓井和具有小間隙長尾管特點(diǎn)的高難度尾管固井提供了經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：深井；超深井；雙卡瓦；高溫；高壓；尾管；懸掛器；研制；應(yīng)用
    劍門1井是中國石油西南油氣田公司、中國石油川慶鉆探工程有限公司部署，由川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司承鉆的重點(diǎn)預(yù)探井。該井完鉆井深為7009m，井底溫度高達(dá)161℃，Φ149.2mm小井眼長達(dá)2007m。根據(jù)鉆井工程設(shè)計要求，采用Φ127.0mm尾管懸掛固井封固5002～7009m長裸眼井段。該井具有高溫、高壓和高載荷的特點(diǎn)，采用現(xiàn)有的Φ127.0mm單卡瓦尾管懸掛器已不能滿足深井固井的要求。為解決劍門1井超深井高溫、高壓長尾管懸掛固井技術(shù)難題，川慶鉆探工程公司井下作業(yè)公司進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，設(shè)計研制了一套“Φ127.0mm雙卡瓦高溫、高壓尾管懸掛器”，通過試驗(yàn)檢測達(dá)到了相關(guān)技術(shù)要求，2008年投入劍門1井Φ127.0mm尾管懸掛固井現(xiàn)場應(yīng)用獲得成功。
1 尾管懸掛技術(shù)難點(diǎn)
1.1 長尾管超負(fù)荷技術(shù)難點(diǎn)
    常規(guī)的Φ127.0mm尾管同井段一般長為1000m左右且以500m以內(nèi)的短尾管居多。劍門1井Φ127.0mm尾管設(shè)計長度為2156m，實(shí)屬罕見，浮重為62t，按安全系數(shù)1.8計算懸掛承載能力應(yīng)達(dá)到108t以上?，F(xiàn)有的Φ127.0mm單卡瓦尾管懸掛器最大可承受抗拉載荷約90t，顯然存在安全隱患，如果上層套管外部水泥環(huán)質(zhì)量薄弱時，重載下的單卡瓦作用面積小，容易產(chǎn)生下滑導(dǎo)致懸掛失效。
1.2 高溫、高壓技術(shù)難點(diǎn)
    現(xiàn)有的Φ127.0mm單卡瓦尾管懸掛器適用于常尾管懸掛固井，承受壓力在25MPa以內(nèi)，適應(yīng)溫度為120℃以下。劍門1井施工壓力要求在30MPa以上，溫度為161℃，在此高溫、高壓條件下，懸掛器密封性能將受到嚴(yán)峻的考驗(yàn)或失效。
2 尾管懸掛器設(shè)計方案
2.1 提高承載能力
    1) 針對長尾管超負(fù)荷技術(shù)難點(diǎn)，設(shè)計采用高強(qiáng)度厚壁管做中心管可提高承載能力，選用35CrMo調(diào)質(zhì)管材可安全承載126t，如選TP-CQ140優(yōu)質(zhì)管材可安全承載143t。
    2) 設(shè)計將單缸單卡瓦修改為雙缸雙卡瓦結(jié)構(gòu)，雙缸雙卡瓦上下分別獨(dú)立互相補(bǔ)償，擴(kuò)大懸掛作用面積，增強(qiáng)懸掛可靠性、安全性和承載能力，達(dá)到一個新的技術(shù)水平。
2.2 提高耐高溫、高壓性能
    針對高溫、高壓技術(shù)難點(diǎn)，設(shè)計選用具有耐高溫、高壓性能的氟橡膠材料作為密封件和相關(guān)附件。這樣可使懸掛器滿足該井161℃和30MPa以上的高溫、高壓應(yīng)用要求。
3 基本結(jié)構(gòu)和工作原理
3.1 基本結(jié)構(gòu)
Φ127.0mm雙卡瓦高溫、高壓尾管懸掛器主要由送入器、懸掛器(含上下液缸和卡瓦)、球、球座和鉆桿膠塞組成(圖1)。
 

3.2 工作原理
   將組裝檢驗(yàn)合格的Φ127.0mm雙卡瓦高溫、高壓尾管懸掛器連接于尾管串頂部，上端連接鉆桿柱下入井內(nèi)設(shè)計井深位置。懸掛作業(yè)時，從井口投球，當(dāng)球下落至球座時封閉向下循環(huán)通道，從井口加注液壓，使管內(nèi)與管外形成壓差，推動液缸活塞上行剪斷銷釘帶動卡瓦沿錐體上行張大并貼近上層套管內(nèi)壁，此時下放管柱使卡瓦牙卡在套管內(nèi)壁上，實(shí)現(xiàn)尾管懸掛功能。尾管懸掛后在加壓使球和球座下行剪斷銷釘打開注水泥循環(huán)通道，在中和點(diǎn)正轉(zhuǎn)鉆柱使送入器與懸掛器之間的反向螺紋連接脫離，以實(shí)現(xiàn)尾管釋放功能[1～4]。
4 現(xiàn)場應(yīng)用
   “Φ127.0mm雙卡瓦高溫、高壓尾管懸掛器”研制成功后，通過地面試驗(yàn)達(dá)到相關(guān)技術(shù)要求，2008年在7009m超深井一一劍門1井首次投入使用。
4.1 入井準(zhǔn)備工作
    入井前在現(xiàn)場檢查懸掛器銷釘及螺紋連接各部并進(jìn)行調(diào)整，喇叭口內(nèi)灌滿機(jī)油加蓋黃油再上好防護(hù)帽，以防鉆屑或?yàn)V餅進(jìn)入喇叭口導(dǎo)致粘卡。
4.2 送入鉆柱稱重
    基重：頂驅(qū)游車基重為30t。
    鉆柱：Φ139.7mm鉆桿+Φ127.0mm鉆桿(柱)+接頭+篩管。
    停泵：靜止為130t，上提131t，下放126t；轉(zhuǎn)動129t，無回轉(zhuǎn)。
    開泵：靜止為129t，上提130t，下放125t；轉(zhuǎn)動128t，無回轉(zhuǎn)。
4.3 試通膠塞
    泵送Φ139.7mm×Φ127.0mm鉆桿膠塞，排量Q=12L/s；泵壓P=10MPa，循環(huán)一周膠塞通過并取出檢查正常。
4.4 套管柱稱重
    套管柱：Φ127.0mm懸掛器+Φ127.0mm-PCQ套管串(187根)+Φ127.0mm無接箍套管(9根)+Φ127.0mm碰壓器+Φ127.0mm無接箍套管(1根)+Φ127.0mm浮箍+Φ127.0mm變扣套管(2根)+Φ127.0mm鋁浮箍+Φ127.0mm套管鞋+Φ127.0mm引鞋。
    稱重為92t(含頂驅(qū)30t)，其中套管柱為62t。
4.5 全管柱稱重
    全管柱組合：頂驅(qū)游車+鉆桿柱+套管柱。
    停泵：靜止為192t，上提196t，下放188t。
    開泵：靜止為190t，上提194t，下放186t。
4.6 懸掛作業(yè)
    Φ127.0mm尾管懸掛管柱下到設(shè)計位置，開泵循環(huán)一周，確認(rèn)固井通道正常，投球泵送35min，停泵等待40min球下落到位，開泵使泵壓升至11MPa進(jìn)行坐掛，隨后下放懸重，測量壓縮距，判斷懸掛成功后，加壓至18MPa打開循環(huán)通道。停泵上提懸重至中和點(diǎn)130t，正轉(zhuǎn)倒扣10圈無回轉(zhuǎn)、再倒10圈無回轉(zhuǎn)，上提1.2m送入鉆柱懸重保持130t不變，確認(rèn)倒扣成功。
4.7 注水泥施工
    注先導(dǎo)漿20m3，沖洗地面管線，清水試壓為30MPa，裝膠塞。注抗鈣隔離液13m3，密度為1.87g/cm3，排量為0.8m3/min；注領(lǐng)漿4.0m3，密度為1.90g/cm3，排量為0.8m3/min；注緩凝水泥漿11.0m3，密度為1.92g/cm3，排量為0.8m3/min。注快干水泥漿6.5m3，密度為1.92g/cm3，排量為0.8m3/min。開擋鎖倒閘門沖管線，注藥水頂膠塞1m3。替鉆井液13m3，密度為1.87g/cm3，排量為0.8m3/min，替抗鈣隔離液7.0m3，替鉆井液20m3，密度為1.87g/cm3，排量為0.8m3/min，替清水3.8m3碰壓，壓力由20MPa上升至23MPa，起鉆2柱正循環(huán)用洗井140.0m3，再起鉆3柱灌滿鉆井液，關(guān)井憋壓10MPa候凝，施工順利結(jié)束。
5 結(jié)論
    1) 面對國內(nèi)罕見的7000m超深井劍門1井高溫、高壓小間隙長尾管技術(shù)難題，新研制的“Φ127.0mm雙卡瓦高溫、高壓尾管懸掛器”首次應(yīng)用順利成功，又一次拓展了尾管懸掛器的適用范圍和適應(yīng)能力，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
    2) 本次高難度施工使川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司研制的新型Φ127.0mm雙卡瓦高溫、高壓尾管懸掛器經(jīng)受了嚴(yán)峻考驗(yàn)，對類似超深井、高溫、高壓井以及小間隙長尾管井的固井具有進(jìn)一步的推廣應(yīng)用價值。
    3) 對于高難度復(fù)雜井的尾管固井施工，施工前應(yīng)充分做好井眼準(zhǔn)備，調(diào)整好井內(nèi)鉆井液性能，強(qiáng)化通井措施，保持平滑、穩(wěn)定、通暢的井眼質(zhì)量是下套管的必要條件，以確保下套管無阻卡，安全順利下到預(yù)定位置?，F(xiàn)場施工保持嚴(yán)密組織、嚴(yán)格要求、精心設(shè)計、完善措施、充分準(zhǔn)備、重點(diǎn)把關(guān)可促使固井施工順利完成。
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(本文作者：陳玉書 川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司)