劉國祥

尾管回接工具現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用探討

劉國祥

（中石化石油工程技術(shù)研究院德州大陸架石油工程技術(shù)有限公司，山東德州253000）

尾管回接固井是深井、超深井常用的固井方法之一，使用的回接工具關(guān)系到現(xiàn)場(chǎng)施工的成敗。通過對(duì)工具原理及特點(diǎn)的介紹，結(jié)合多年來現(xiàn)場(chǎng)常見問題的分析，總結(jié)出一套成功的現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)。通過規(guī)范工具的現(xiàn)場(chǎng)操作，可有效提高使用成功率，避免不必要的事故發(fā)生，降低作業(yè)成本。

尾管回接；回接工具；應(yīng)用

尾管回接固井是一種利用回接工具與尾管懸掛器連接，將套管回接至井口的一種固井工藝［1-2］。與尾管固井相比，該施工工藝普遍被認(rèn)為是安全無風(fēng)險(xiǎn)［3］。然而，在實(shí)際施工過程中，尤其是針對(duì)回接工具操作方面，出現(xiàn)了許多復(fù)雜情況及事故，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，如何正確認(rèn)識(shí)尾管回接工藝，如何保證固井工具的正常使用，顯得尤為重要。

1　回接工具工作原理及特點(diǎn)介紹

1．1 專用銑鞋

該銑鞋在錐面和柱面上均設(shè)有4排均勻分布的銑刀，清洗回接筒內(nèi)表面，且不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生損傷，不影響密封效果［4］，如圖1所示。

圖1　專用銑鞋

1．2 節(jié)流浮箍

節(jié)流浮箍與常規(guī)浮箍的區(qū)別在于其內(nèi)套有2個(gè)小孔。當(dāng)回接插頭插入回接筒時(shí)，回接插頭與回接筒形成密封，繼續(xù)下插時(shí)，節(jié)流浮箍以下的泥漿及壓力通過該小孔傳到節(jié)流浮箍以上，如圖2。

圖2　節(jié)流浮箍

1．3 回接插頭

主要由導(dǎo)向頭、循環(huán)孔、密封組件及接箍等組成，如圖3?；亟硬孱^隨回接套管下入，插入井下懸掛器回接筒內(nèi)，插頭密封組件有效密封與回接筒間的間隙，接箍處密封墊被回接筒喇叭口擠壓，起到輔助密封。

圖3　HC-A型回接插頭總成

2　回接作業(yè)常見問題及判斷

2．1 回接位置存在水泥

部分尾管井由于工藝需求，回接筒上部設(shè)計(jì)留有一段水泥塞，候凝結(jié)束后需先用鉆頭清掃上層套管水泥，然后更換小鉆頭，掃過懸掛器、探下塞后，才能進(jìn)行回接作業(yè)。掃塞過程中，由于回接筒深度校核不準(zhǔn)以及鉆頭選擇不當(dāng)?shù)仍?，回接位置存在較厚的水泥環(huán)，造成回接插頭無法進(jìn)入回接筒，致使整個(gè)回接作業(yè)失敗。根據(jù)水泥環(huán)位置不同，可分為上部水泥環(huán)及回接筒內(nèi)水泥環(huán)2種情況。

2．1．1 回接筒上部水泥環(huán)

1） 判斷依據(jù)。大鉆頭掃上塞過程中，未能準(zhǔn)確掃至回接筒喇叭口位置。磨銑過程中，在一定鉆壓作用下，出現(xiàn)持續(xù)進(jìn)尺現(xiàn)象，且磨銑距離超過1 m（回接筒有效長(zhǎng)度）。銑鞋直肋部位有嚴(yán)重磨損，但在斜肋部位無正常磨損槽，如圖4。

圖4　上部水泥環(huán)對(duì)銑鞋磨損

2） 處理辦法。停止磨銑，更換鉆頭，重新對(duì)水泥壞進(jìn)行清掃后，再次進(jìn)行回接筒磨銑。

2．1．2 回接筒內(nèi)水泥環(huán)

1） 判斷依據(jù)。掃懸掛器內(nèi)水泥時(shí)，鉆頭選擇不當(dāng)，造成與回接筒內(nèi)徑不匹配。磨銑過程中，鉆壓作用下持續(xù)有進(jìn)尺，磨銑長(zhǎng)度1 m左右。銑鞋直肋部位有明顯磨損、斜肋部位有正常磨痕，如圖5。

圖5　回接筒水泥環(huán)對(duì)銑鞋磨損

2） 處理辦法。反復(fù)磨銑回接筒3次，確定位置不變后起鉆，若銑鞋直肋直徑無明顯變化，可正常下套管，進(jìn)行回接作業(yè)。

2．2 回接筒損壞

尾管固井結(jié)束后，先進(jìn)行下一開次作業(yè)再進(jìn)行回接，或者完井生產(chǎn)后需要進(jìn)行套管回接，由于長(zhǎng)時(shí)間鉆進(jìn)或進(jìn)行井下作業(yè)，鉆具接箍在回接筒內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間高速轉(zhuǎn)動(dòng)，造成回接筒圓度損壞。另外，掃塞過程中，由于鉆掃程序或參數(shù)不當(dāng)，對(duì)回接筒也會(huì)造成不同程度的損壞。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況統(tǒng)計(jì)，對(duì)回接筒的損傷，主要存在以下幾種情況。

2．2．1 回接筒的喇叭口出現(xiàn)橢圓形變

1） 判斷依據(jù)。磨銑過程中，銑鞋進(jìn)入回接筒困難。正常磨銑鉆壓下，銑鞋無法順利進(jìn)入回接筒，在喇叭口位置出現(xiàn)磨銑假象。銑鞋斜肋位置同樣會(huì)出現(xiàn)磨銑痕跡，但銑槽形狀與回接筒底部密封外殼形狀不符，同時(shí)直肋部位較平滑，無摩擦痕跡，如圖6。

圖6　回接筒變形對(duì)銑鞋產(chǎn)生的磨痕

2） 處理辦法。通過尾管作業(yè)、掃塞深度，反復(fù)校核磨銑位置。磨銑過程中，適當(dāng)增加磨銑鉆壓與磨銑時(shí)間。

2．2．2 回接筒喇叭口損傷

大尺寸鉆頭清掃上塞過程中，鉆頭與回接筒接觸，會(huì)對(duì)接觸面造成不同程度的損傷，喇叭口損壞程度依掃塞情況而定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，喇叭口多出現(xiàn)毛邊、卷口現(xiàn)象，部分出現(xiàn)喇叭口輕微撕裂現(xiàn)象。

1） 判斷依據(jù)。磨銑過程中，銑鞋進(jìn)入回接筒時(shí)有明顯的懸重波動(dòng)，有效磨銑距離1 m左右。銑鞋斜肋前段與毛邊部分接觸，有明顯的磕碰及磨銑痕跡，直肋部位出現(xiàn)不規(guī)律性螺旋狀刮痕，如圖7。

圖7　喇叭口損壞對(duì)銑鞋產(chǎn)生的磨痕

2） 處理辦法。磨銑過程中，喇叭口位置反復(fù)磨銑修復(fù)，利用銑鞋直肋刮刀，將毛邊卷口部位修復(fù)平整，直至可順暢無阻下入。

2．2．3 回接筒部分缺失

極特殊情況下，由于井隊(duì)操作不當(dāng)，回接筒出現(xiàn)部分被鉆除或出現(xiàn)磨損，給回接作業(yè)帶來很大的困難。

1） 判斷依據(jù)。磨銑時(shí)，銑鞋進(jìn)入回接筒困難，磨銑到底時(shí)，有效磨銑距離小于1 m，磨銑距離為回接筒剩余長(zhǎng)度。

2） 處理辦法。利用鉛模確定回接筒剩余部位喇叭口位置，對(duì)比磨銑回接筒底深，確定回接筒剩余長(zhǎng)度。若缺失少于1／3，可正常進(jìn)行回接作業(yè)，若缺失超過2／3，加工特殊回接插頭，進(jìn)行補(bǔ)救性回接。

2．3 套余計(jì)算及調(diào)長(zhǎng)問題

由于固井前后浮力變化、插頭下壓力等造成的套管回縮量稱為套余。套余計(jì)算及調(diào)節(jié)是回接工藝中管串組合的關(guān)鍵點(diǎn)。尤其是針對(duì)芯軸式回接固井，套管調(diào)整精度要求高。既要滿足回接插入的要求，也要保證套管懸掛器順利坐掛［5］。套余預(yù)留量過大，套管重力全部作用于回接筒，井口芯軸無法坐掛；套余預(yù)留量過小，芯軸坐掛后，插頭不能完全與回接筒連接，造成回接失敗。

3　規(guī)范化回接工具操作

3．1 前期準(zhǔn)備工作

3．1．1 校準(zhǔn)回接筒深度

尾管施工時(shí)，由于鉆具在套管重力作用下存在伸長(zhǎng)，套管表中回接筒深度不是回接筒喇叭口的真實(shí)反映，兩者存在誤差，誤差量為實(shí)際鉆具回縮量。后期掃塞時(shí)，若按照該深度進(jìn)行操作，會(huì)造成掃塞不到位，回接筒上部存在水泥環(huán)?，F(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)回接筒實(shí)際深度進(jìn)行校核，具體做法為：丟手判斷下放鉆具遇阻，停止下放，校核井內(nèi)鉆具長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度即為回接筒喇叭口實(shí)際深度。

3．1．2 根據(jù)井況條件制定掃塞程序

1） 候凝結(jié)束后，井隊(duì)下鉆掃上塞，掃至距離回接筒5 m時(shí)，密切注意扭矩、鉆壓、進(jìn)尺情況，發(fā)生扭矩明顯變化（突然變大或波動(dòng)），鉆壓不減，無進(jìn)尺現(xiàn)象，且深度與回接筒校正后深度吻合，說明已掃至回接筒喇叭口。上提鉆具2～3 m，開轉(zhuǎn)盤再次下探，確認(rèn)兩次是否在同一位置。每次掃喇叭口位置，時(shí)間不能超過1 min，鉆壓20～30 k N。

2） 起鉆，更換鉆頭，掃過懸掛器及尾管內(nèi)水泥，探下塞。

3） 掃塞結(jié)束，進(jìn)行電測(cè)作業(yè)。

3．2 磨銑回接筒作業(yè)

1） 回接筒及喇叭口損壞程度判斷。根據(jù)掃塞工序、深度，掃喇叭口時(shí)的現(xiàn)象、參數(shù)以及磨銑時(shí)間，初步分析回接筒上部、回接筒內(nèi)有無水泥環(huán)，以及回接筒損壞程度。

2） 制定磨銑方案及預(yù)判磨銑現(xiàn)象。根據(jù)所預(yù)判的井下回接筒不同狀態(tài)，采取不同的磨銑方案。

3） 磨銑回接筒，分析相關(guān)參數(shù)及現(xiàn)象。正常程序及參數(shù)為：

1） 連接專用銑鞋，下鉆至最后一單根，開泵。慢慢下放鉆具，銑鞋遇阻時(shí)記錄銑鞋深度，上提鉆具1～2 m。

2） 在20～30 r／min、正常排量下緩慢下放鉆具，加鉆壓20～50 k N磨銑回接筒內(nèi)表面4 min左右；上提鉆具1～2 m，鉆壓50～100 k N磨銑回接筒內(nèi)表面2～3 min；上提鉆具1～2 m，鉆壓100 k N磨銑回接筒內(nèi)表面1 min；對(duì)比3次磨銑深度是否一致，該深度可作為套管下深的重要依據(jù)。

3） 上提鉆具1．5 m，大排量循環(huán)1周，將磨銑下的鐵屑和水泥循環(huán)出井。

4） 起鉆，檢查銑鞋的磨損情況。

正常磨銑，必須同時(shí)具備以下現(xiàn)象：

1） 磨銑過程中無進(jìn)尺現(xiàn)象，且3次磨銑深度一致。

2） 銑鞋起出后，直肋有摩擦痕跡（回接筒內(nèi)壁磨損），斜肋有圓形磨痕槽。

3） 銑鞋斜肋尺寸與密封殼外徑吻合，且痕跡形狀與密封外殼形狀一致，如圖8～9。

圖8　盒式結(jié)構(gòu)磨痕

圖9　盤式結(jié)構(gòu)磨痕

3．3 回接作業(yè)

1） 準(zhǔn)確計(jì)算套管余量、設(shè)計(jì)回接管串。套管試插后，鉆具與套管由于自然伸長(zhǎng)造成的誤差已校正，此時(shí)套余量主要由2部分組成：下壓力造成的回縮量、固井前后浮力變化造成的回縮量。其計(jì)算按照以下公式。

固井前后浮重的變化：

式中：ΔW為浮重減小量，N；ρ1為水泥漿密度，kg／m3；ρ2為泥漿密度，kg／m3；D為回接套管外徑，m；L為回接套管長(zhǎng)度，m；g為重力加速度，g＝9．8 m／s2。

套余計(jì)算［6］：

式中：Δl為套管余量，m；K為接頭影響系數(shù)，一般取K＝0．85～0．95；L為回接套管長(zhǎng)度，m；E為鋼材彈性模量，2．059×105MPa；F為回接套管截面積，m2；W為插頭部分下壓載荷，N。

2） 試插驗(yàn)密封和調(diào)長(zhǎng)。

①試插驗(yàn)密封。連接試插套管，緩慢下放套管至明顯遇阻，測(cè)量下入長(zhǎng)度。接井開泵憋壓5．0 MPa，檢查插頭密封情況。泄壓，根據(jù)管串、試插下入長(zhǎng)度進(jìn)行套管調(diào)長(zhǎng)。

②套管調(diào)長(zhǎng)。套管調(diào)節(jié)長(zhǎng)度需滿足公式（3）～（4）要求。如圖10。

式中：L1為試插時(shí)套管下入長(zhǎng)度，m；L2為最后一根套管距芯軸坐掛點(diǎn)的距離，m；L3為芯軸坐掛點(diǎn)到鉆臺(tái)面距離，m；L4為芯軸上部長(zhǎng)度，m；L5為芯軸下部長(zhǎng)度，m；L6為雙弓套管長(zhǎng)度，m；L7為調(diào)入套管長(zhǎng)度，m；L8為理論計(jì)算預(yù)留套管長(zhǎng)度，m；L9為吊卡長(zhǎng)度，m；L10為套管接箍長(zhǎng)度，m；L11為聯(lián)頂結(jié)長(zhǎng)度，m。

3） 按照固井設(shè)計(jì)正常施工。

4） 下插回接插頭、坐井口。

①碰壓后，帶壓下放管串至遇阻50 k N，插頭完全插入回接筒。

②泄壓、沖洗芯軸及套管頭。

③繼續(xù)下放管串，回接插頭承受部分套管力后，井口坐芯軸懸掛器。

圖10　套管試插示意

4　結(jié)論

1） 尾管作業(yè)掃上塞、回接筒磨銑、套余計(jì)算、管串試插調(diào)長(zhǎng)，是回接施工成敗的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，也是歷年來回接固井事故多發(fā)點(diǎn)。

2） 在分析回接工具原理及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)常見問題進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)，并提出規(guī)范化工具操作及工藝流程。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，有效地減少了現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜情況及事故發(fā)生率，提高固井質(zhì)量，降低完井風(fēng)險(xiǎn)，降低作業(yè)成本，使回接固井真正實(shí)現(xiàn)“簡(jiǎn)單化”。

［1］ 馬蘭榮，白曉靜，朱和明，等．尾管回接裝置及其在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用［J］．石油礦場(chǎng)機(jī)械，2008，37（9）：88-90．

［2］ 田炳周．套管的回接及TH1型套管回接裝置［J］．石油礦場(chǎng)機(jī)械，1985，14（3）：57-59．

［3］ 徐慶，徐峰，陳斌，等．高壓氣井套管回接固井預(yù)應(yīng)力技術(shù)［J］．天然氣工業(yè)，2009，29（4）：52-53．

［4］ 馬開華，馬蘭榮，陳武君．高壓油氣井尾管回接新技術(shù)［J］．石油鉆采工藝，2005，27（3）：22-23．

［5］ 任生軍，李磊，丁潔茵，等．大邑401井修井套管回接工藝技術(shù)［J］．鉆采工藝，2011，34（3）：100-102．

［6］ 吳宗國．回接套管固井中管柱的變形計(jì)算［J］．鉆采工藝，1992，15（3）：81-84．

Research on Field Application of Liner Tie Back Equipment

LIU Guoxiang
（Shelfoil Petroleum Equipment&Seruices Co．，Ltd．，Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering，Dezhou 253000，China）

Liner tie-back cementing is one of the cementing methods frequently used for deep wellsand ultra-deep wells，and its use determines successful on-site operation or not．The principle of operation and characteristics of tie back equipment are introduced in this paper，some common problems over the years in field application of liner tie back equipment are analyzed and a set of standard operation procedures are summarized．The standardization of operation procedures of liner tie back equipment can effectively improve the success rate of cementing job，avoid accidents，and reduce the operation cost．

liner tie-back；tie-back equipment；application

TE925．207

A

10．3969／j．issn．1001-3482．2015．02．014

1001-3482（2015）02-0063-05