攻關在險峰——工程院工具研發(fā)中心為固井作業(yè)順利實施提供保障

□ 馬蘭榮

經(jīng)過刻苦攻關，在短短5年的時間內(nèi)，工程院工具研發(fā)中心先后研制成功了內(nèi)嵌卡瓦旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器、超高壓封隔式尾管懸掛器等新型固完井工具。

建院以來，工程院工具研發(fā)中心以科技發(fā)展規(guī)劃為指引，以中國石化石油現(xiàn)場需求為導向，借助工程院鉆完井工藝研究、現(xiàn)場技術支持及產(chǎn)品制造等一體化平臺，致力于先進固完井工具的研發(fā)，先后開展一系列科技攻關項目的研究工作，為現(xiàn)場復雜井況下固井作業(yè)的順利實施提供了保障，為非常規(guī)油氣藏的儲層改造提供了有力的技術支撐。

著力打造高端產(chǎn)品

高性能尾管懸掛器復雜井顯身手。針對現(xiàn)場特殊井、復雜井的需求，進行了尾管懸掛器的特殊功能技術研究，研發(fā)了同時具有旋轉(zhuǎn)、封隔、液壓丟手及頂部防砂等多種功能的高性能尾管懸掛器，應對井眼軌跡復雜、地層易掉塊坍塌等復雜井況，解決了尾管下入阻力大和固井質(zhì)量差的難題。該型多功能尾管懸掛器在與國外知名大公司的競爭中力克群雄，順利中標中海油潿洲6-12油田項目，在該油田A3S井等4口海洋井進行成功應用，現(xiàn)場應用中各項技術指標均達到國際先進水平。該型尾管懸掛器的研制成功在我國高端尾管固井工具的研發(fā)方面實現(xiàn)了重大突破。

□ 現(xiàn)場安裝內(nèi)嵌卡瓦旋轉(zhuǎn)懸掛器。

內(nèi)嵌卡瓦旋轉(zhuǎn)懸掛器家族發(fā)展壯大。相繼開發(fā)了一系列內(nèi)嵌式尾管懸掛器，成功解決了懸掛機構(gòu)高承載、大過流技術難題，承載能力較常規(guī)工具提高1.5倍以上，過流面積提高30%以上。在塔河油田的應用，解決了該地區(qū)深井超深井尾管長、懸掛負荷重、循環(huán)泵壓高等技術難題，被列為塔河油田外圍探井、重點井、復雜井的指定工具。系列內(nèi)嵌卡瓦懸掛器自研制以來在現(xiàn)場推廣應用120多套，坐掛成功率達100%。旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器的技術優(yōu)勢在現(xiàn)場應用中得以彰顯，并得到了客戶的認可。在常規(guī)規(guī)格系列的基礎上，又開發(fā)7-5/8″×5-1/2″封隔式旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器及具有雙防功能的7″×5″（4-1/2″）旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器的研制工作。小尺寸系列旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器的研制完善了產(chǎn)品規(guī)格系列，壯大了旋轉(zhuǎn)懸掛器家族。

牽制短節(jié)解決短尾管固井難題。常規(guī)尾管懸掛器技術日益成熟，但是在一些特殊井使用中還存在尾管坐掛力不足等風險，為此，中心開展了牽制短節(jié)的研制工作，開發(fā)了三種規(guī)格系列的產(chǎn)品，現(xiàn)場成功應用多口井，成功克服下入深、摩阻大、尾管輕等作業(yè)難題，將尾管牢牢鎖定在原有位置，保證固井后送入工具的順利丟手。牽制短節(jié)的研制，不僅消除了短尾管固井隱患，還為篩管完井作業(yè)提供了一種更加可靠的技術方案。

水泥頭設計體現(xiàn)人性化、智能化。水泥頭是應用于常規(guī)套管固井、尾管固井及雙級固井中的重點井口設備，它安裝在井口，在進行一些復雜井的施工時，經(jīng)常存在水泥頭安裝位置過高、頂替壓力過大等現(xiàn)象，增加現(xiàn)場作業(yè)風險。為保證高壓作業(yè)的安全可靠，在旋轉(zhuǎn)水泥頭的基礎上，工具研發(fā)中心開發(fā)了無線遠程控制水泥系統(tǒng)，通過操控室內(nèi)的操作臺、采用無線遠程控制方式來完成固井施工作業(yè)，可實現(xiàn)連續(xù)注水泥器作業(yè)，節(jié)省作業(yè)時間，降低施工成本。

助力非常規(guī)油氣開發(fā)

水平井裸眼封隔多級滑套分段壓裂工具實現(xiàn)國產(chǎn)化。經(jīng)過3年多的刻苦攻關，中心成功研制適用于水平井儲層改造用的各種分段壓裂工具。為提升多級滑套球座的耐沖蝕性、可鉆性及高承壓能力，經(jīng)多方面攻關，使球座與低密度憋壓球的密封承壓能力達到70兆帕以上，滿足了水平井分段壓裂的需求，使施工效率成倍提高。壓裂工具先后在華北分公司紅河及鄂爾多斯地區(qū)的10口油氣井共計100多段中進行壓裂施工，滑套打開成功率均達100%，最高施工壓力達64兆帕，主要技術指標達到國際先進水平。國產(chǎn)分段壓裂工具的成功研制，打破了國外技術壟斷，使得國外公司的同類產(chǎn)品價格下降30%以上。

一球多級、可反復開關全通徑技術使得多級滑套工具功能更上一層樓。中心在常規(guī)多級滑套分段壓裂工具的基礎上，開展了一球打開多級滑套工具及工藝技術研究，設計裸眼和固井完井條件下的一球多級分段壓裂施工工藝管柱，可實現(xiàn)12段，每段5簇共計60簇的分段改造壓裂能力。此外，增加開關裝置，實現(xiàn)滑套的可開關功能；優(yōu)化球座及低密度球的結(jié)構(gòu)及設計參數(shù)，通過球座材料優(yōu)選及可鉆性試驗，實現(xiàn)球座高承壓及鉆后大通徑功能，功能的完善和性能指標的提高使得多級滑套分段壓裂工具及配套技術日趨成熟。

引入RFD技術實現(xiàn)分段壓裂滑套的智能控制。采用儲能囊作為動力源，通過投RFID標簽方式，將命令信息傳遞到井下，控制器輸出控制信號給電磁換向閥，控制液壓管路中液壓油的流向，進而實現(xiàn)活塞芯軸的往復式運動，從而完成滑套的打開與關閉動作。完成了智能可開關滑套的結(jié)構(gòu)設計及樣機的試制，密封能力可達到50兆帕；在1米/秒的排量下，能夠順利接收到標簽的信號并由液控系統(tǒng)驅(qū)動滑套的開啟和關閉。

□ 工具中心員工集體研究。

遇油遇水自膨脹封隔器技術得到推廣應用。為實現(xiàn)遇油遇水自膨脹封隔器高壓封隔性能，中心研制100多個吸油及吸水特種橡膠配方，制定封隔器成型工藝，研究封隔器的性能影響因素，成功研制了4種規(guī)格系列的封隔器產(chǎn)品。橡膠吸油、吸水后的膨脹率達到6倍以上，膨脹后的封壓能力達到10兆帕/米，性能指標達到國際先進水平，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的自膨脹封隔器技術。目前，遇油遇水封隔器銷售60多套，并分別在華北的HH37957井、HH36P107井及海外區(qū)塊等進行成功應用。

套管固井滑套分段壓裂工具整裝待發(fā)。針對不同地區(qū)的井況、分段壓裂工藝及設備狀況，中心開發(fā)了機械開關式固井滑套及投球式固井滑套工具，可通過開關工具或投球方式打開固井滑套，完成樣機單元試驗。為驗證固井滑套的耐沖蝕能力，模擬了現(xiàn)場工況，開展滑套、開關工具及球座的大排量沖蝕試驗，在平均排量6.2立方米/分鐘、平均砂比24.6%的工況下循環(huán)52小時，折合加砂量4759立方米的環(huán)境下耐沖蝕性能評價，驗證了工具可靠性。在中國海油進行大斜度井整機入井試驗，試驗表明，采用連續(xù)油管和常規(guī)油管分別連接開關工具管柱入井，成功進行了滑套打開、關閉試驗。