何立成

(中石化勝利石油工程有限公司，山東 東營 257000)

中國多數(shù)主力油田在經(jīng)過多年的開采后，已進(jìn)入開發(fā)的中后期階段，易采出區(qū)塊的油氣資源逐年下降，多數(shù)油田產(chǎn)量已開始逐年遞減。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)，難動(dòng)用儲(chǔ)量逐漸成為國內(nèi)開發(fā)熱點(diǎn)，海上、山區(qū)等區(qū)域的布井?dāng)?shù)量逐年上升，為有效開發(fā)這些復(fù)雜地形下的油氣資源，大位移井成為開發(fā)的主要手段[1]。大位移井套管因自身重力作用會(huì)緊貼井眼下井壁，摩擦阻力較大，套管下入困難，因此需要漂浮下套管技術(shù)來提高套管安全下入的成功率。漂浮下套管的技術(shù)原理是通過漂浮接箍和浮箍封閉一段空氣或其他輕質(zhì)介質(zhì)在套管串尾部，增加漂浮接箍以下部分套管柱的浮力，減少套管柱對井壁的壓力，從而降低下套管時(shí)的摩阻，提高套管安全下入的成功率[2]。漂浮接箍內(nèi)芯在完成漂浮下套管作業(yè)之后需要清理至管柱底部，因此工具內(nèi)芯外徑尺寸需要小于套管內(nèi)徑3～5 mm，以保證內(nèi)芯安全下行，而常規(guī)漂浮接箍工具采用的密封、鎖定結(jié)構(gòu)需要公差配合，因此工具留井部分會(huì)產(chǎn)生縮徑，這樣會(huì)限制下一開次的鉆頭尺寸，同時(shí)也會(huì)對后期生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生不良影響[3-5]。針對常規(guī)漂浮接箍工具存在縮徑的問題，研制出新型全通徑漂浮接箍工具，設(shè)計(jì)獨(dú)特的鎖塊鎖定結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)全通徑功能，目前已在勝利油田應(yīng)用14井次，應(yīng)用效果良好。

1 全通徑漂浮接箍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 整體結(jié)構(gòu)

全通徑漂浮接箍工具由套筒和內(nèi)芯兩部分組成。套筒分上套筒、下套筒，中間使用密封圈進(jìn)行密封，套筒部分負(fù)責(zé)與上下套管連接，是工具的留井部分。內(nèi)芯部分由尾部膠塞總成、鎖塊、鎖塊座、鎖塊套、連接套、導(dǎo)引膠塞總成組成，內(nèi)芯部分負(fù)責(zé)承載漂浮接箍上部液柱重量，密封液體，隔絕漂浮接箍工具上下空間，防止空氣置換，這一部分后期需要被清理至管柱底部。工具內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 漂浮接箍工具內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2 工具原理

漂浮接箍工具上部承載液體，下部為空氣或輕質(zhì)介質(zhì)，因此需要對管內(nèi)空間進(jìn)行密封，同時(shí)也需要鎖定結(jié)構(gòu)防止工具內(nèi)芯在工具開啟前發(fā)生位移。全通徑漂浮接箍內(nèi)芯可分為3個(gè)模塊，密封結(jié)構(gòu)總成模塊由尾部膠傘、尾部膠傘骨架組成，其主要功能是隔離管內(nèi)空間；鎖定總成模塊由鎖塊、鎖塊套、鎖塊座組成，主要功能是固定漂浮接箍內(nèi)芯；導(dǎo)引塞總成模塊由連接套、導(dǎo)引膠傘、導(dǎo)引膠傘骨架組成，起到扶正內(nèi)芯，保證內(nèi)芯安全下行的功能。

漂浮接箍工具入井狀態(tài)如圖1所示，此時(shí)漂浮接箍內(nèi)芯固定在工具中部，密封總成將鉆井液隔離在工具上部，防止鉆井液進(jìn)入漂浮套管段；當(dāng)工具下入到位后，井口打壓，鎖塊座受力剪切剪釘，剪釘剪斷后鎖塊座下行，密封總成的循環(huán)通道打開，同時(shí)鎖塊座讓出鎖塊的回收空間，鎖塊回收，內(nèi)芯實(shí)現(xiàn)解鎖，漂浮接箍內(nèi)芯同時(shí)實(shí)現(xiàn)開啟及解鎖，解鎖后工具結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 全通徑漂浮接箍工具開啟后內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.3 密封及鎖定結(jié)構(gòu)

全通徑漂浮接箍工具采用膠傘密封，尾部膠傘硫化在尾部膠傘骨架上，組成尾部承壓膠塞，如圖3所示，尾部膠傘骨架外側(cè)設(shè)計(jì)有大臺(tái)階，可以改善承壓時(shí)膠傘的受力情況，同時(shí)增強(qiáng)膠傘硫化的膠結(jié)強(qiáng)度，提高耐壓能力。尾部膠傘骨架內(nèi)部設(shè)計(jì)有通孔，作為后期漂浮接箍開啟后的過液通道，開啟前由鎖塊座封堵，采用密封圈密封。通過以上配合方式，內(nèi)芯與套筒之間的空隙采用尾部膠塞總成密封，內(nèi)芯之內(nèi)由尾部膠傘骨架和鎖塊座配合密封，封隔工具上下空間。

圖3 尾部承壓膠塞結(jié)構(gòu)

鎖定總成中，鎖塊安裝在鎖塊套的預(yù)留孔洞上，該結(jié)構(gòu)限制鎖塊軸向及周向的自由度，使鎖塊只能沿徑向進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，而鎖塊座安裝到位后將在內(nèi)部頂住鎖塊，使其突出于內(nèi)芯，此時(shí)漂浮接箍內(nèi)芯的最大外徑位于鎖塊位置，大于套筒的內(nèi)徑，突出的鎖塊被上、下套筒之間的固定槽限定，從而實(shí)現(xiàn)漂浮接箍內(nèi)芯的固定。

鎖塊座同時(shí)控制漂浮接箍循環(huán)通道的開啟和內(nèi)芯解鎖兩個(gè)動(dòng)作，鎖塊座通過剪釘固定在鎖塊套上的關(guān)閉位置，當(dāng)井口打壓時(shí)剪釘剪斷，鎖塊座下行，一方面打開尾部膠塞內(nèi)部的循環(huán)通道，同時(shí)鎖塊座側(cè)面設(shè)計(jì)有循環(huán)槽，可以提供液體過流通道；另一方面，鎖塊座中部的縮徑到達(dá)鎖塊后部，讓出鎖塊的回收空間，漂浮接箍內(nèi)芯受到上部液柱壓力具有向下移動(dòng)的趨勢，鎖塊在獲得回收空間后其斜面與套筒相互作用從而回縮至內(nèi)芯內(nèi)，此時(shí)內(nèi)芯的最大外徑小于套管內(nèi)徑，漂浮接箍內(nèi)芯實(shí)現(xiàn)解鎖。工具內(nèi)芯解鎖后結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 全通徑漂浮接箍內(nèi)芯解鎖后結(jié)構(gòu)

1.4 性能特點(diǎn)

全通徑漂浮接箍有別于常規(guī)漂浮接箍工具內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具備3項(xiàng)特點(diǎn)：

(1)采用尾部膠塞密封工具套筒與內(nèi)芯之間的縫隙，鎖塊固定解決密封圈、剪釘結(jié)構(gòu)對工具內(nèi)徑的限制，留井套筒內(nèi)徑與套管內(nèi)徑一致；

(2)內(nèi)芯解鎖后剛性部分外徑小，與套管之間空隙大，可用于復(fù)合套管串中；

(3)膠傘扶正，與套管的同軸度高，導(dǎo)引膠塞下行時(shí)清理管內(nèi)雜質(zhì)，防止異物進(jìn)入內(nèi)芯與套管間縫隙卡住內(nèi)芯，具有較高的施工安全性。

2 全通徑漂浮接箍地面試驗(yàn)

2.1 開啟、解鎖試驗(yàn)

試驗(yàn)主要目的為測試工具密封及開啟動(dòng)作的可靠性。共開展4組工具開啟試驗(yàn)，試驗(yàn)管串結(jié)構(gòu)為：擋頭(非密封)、短節(jié)、漂浮接箍工具、試壓接頭、試壓管線、試壓泵。試驗(yàn)時(shí)，在漂浮接箍工具上部灌滿清水，連接打壓接頭，打壓至5 MPa，穩(wěn)壓5 min，驗(yàn)證試驗(yàn)管線的密封性能；升壓至10 MPa，穩(wěn)壓30 min，觀察壓力變化情況，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的密封性能；最后打壓至漂浮接箍開啟，記錄開啟壓力(表1)。

從表1中可以看出，工具開啟壓力與設(shè)計(jì)壓力基本一致，漂浮接箍開啟后壓降現(xiàn)象明顯，循環(huán)通道開啟完全。

表1 工具開啟、解鎖試驗(yàn)結(jié)果

2.2 承壓試驗(yàn)

測試高壓下工具密封性、零件變形。設(shè)定工具開啟壓力為36 MPa，打壓至30 MPa，穩(wěn)壓8 h，無壓降，工具周圍未發(fā)現(xiàn)滲漏痕跡，升壓到34 MPa，工具開啟。試驗(yàn)后拆解工具可知，零件無破壞，尾部膠塞外形完好，鎖塊出現(xiàn)輕微壓痕，工具強(qiáng)度符合技術(shù)要求(圖5)。

圖5 試驗(yàn)后鎖塊外觀

3 現(xiàn)場應(yīng)用

2017～2021年，全通徑漂浮接箍工具在勝利油田灘海大位移井中應(yīng)用14口井，位垂比最大為2.06，水平位移最大為3 061 m，最大井斜角為89.1°，工藝成功率為100%。下面以CB6GB-13井為例進(jìn)行說明。

3.1 CB6GB-13井管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

CB6GB-13井完鉆井深為2 972 m，位垂比為1.49，水平位移為1 952 m。完井管柱如圖6所示，管串結(jié)構(gòu)(由下向上)為：引鞋、隔離閥、浮箍、漂浮套管段(不灌漿)、漂浮接箍、套管(正常灌漿)、套管頭。

圖6 漂浮下套管完井管柱結(jié)構(gòu)

利用Landmark軟件預(yù)測通井摩擦阻力，選取裸眼摩擦阻力系數(shù)為0.4、0.5、0.6，計(jì)算結(jié)果如表2所示。該井實(shí)際通井懸重為56 t，反推裸眼摩擦阻力系數(shù)為0.4。

表2 通井最終懸重預(yù)測表

選定0.4的裸眼摩擦阻力系數(shù)，模擬計(jì)算不同漂浮長度下的井口懸重，結(jié)果如表3所示?？芍?，套管不漂浮時(shí)，井口懸重只有7 t，存在下入不到位的風(fēng)險(xiǎn)。隨著漂浮長度的增加，套管自重對井壁的作用力越小，井口懸重相應(yīng)增加，當(dāng)漂浮長度600 m時(shí)，下入過程懸重最低21 t，到位后井口懸重22 t，滿足套管安全下入到位的要求，綜合考慮井口懸重、排氣時(shí)間等因素，確定該井漂浮長度為600 m。

表3 下套管懸重預(yù)測表

3.2 CB6GB-13井現(xiàn)場應(yīng)用效果

CB6GB-13井套管完井管柱下入順利，到位后井口懸重21 t。井口打壓，8 MPa開啟漂浮接箍工具，投入清理膠塞，推動(dòng)內(nèi)芯下行至浮箍位置，憋壓8 MPa，打開循環(huán)通道，正常實(shí)施后續(xù)固井作業(yè)。

4 結(jié) 論

(1)全通徑漂浮接箍工具采用獨(dú)特的鎖塊懸掛和膠傘密封結(jié)構(gòu)，突破密封圈、剪釘結(jié)構(gòu)對工具內(nèi)徑的限制，工具內(nèi)徑與套管內(nèi)徑一致，便于內(nèi)管工具下入和后期作業(yè)。

(2)該工具開啟、解鎖壓力穩(wěn)定，鎖塊解鎖可靠，工具承壓高于35 MPa，可調(diào)，滿足大位移井套管漂浮下入技術(shù)需求。

(3)全通徑漂浮接箍工具在勝利油田灘海大位移井中應(yīng)用14口井，位垂比最大為2.06，水平位移最大為3 061 m，最大井斜角為89.1°，工藝成功率為100%。