帶膠塞系統(tǒng)可提出式回接裝置在尾管補救固井中的應用

鄭曉志 徐明會 杜鵬德

（中國石化石油工程技術研究院德州大陸架石油工程技術有限公司，山東德州 253005）

帶膠塞系統(tǒng)可提出式回接裝置在尾管補救固井中的應用

鄭曉志 徐明會 杜鵬德

（中國石化石油工程技術研究院德州大陸架石油工程技術有限公司，山東德州 253005）

引用格式： 鄭曉志，徐明會，杜鵬德.帶膠塞系統(tǒng)可提出式回接裝置在尾管補救固井中的應用［J］.石油鉆采工藝，2015，37（6）：36-38.

針對尾管固井中出現(xiàn)的送入鉆具、尾管懸掛器中心管短路及尾管內落物造成管內憋堵無法建立正常循環(huán)的2種復雜情況，設計出一種帶膠塞系統(tǒng)可提出式回接裝置用于補救固井。通過文中提出的計算方法得到在回接裝置上下壓的重量，實現(xiàn)回接裝置與尾管懸掛器回接筒之間的有效密封，無需坐掛及解封，固井后可直接提出，保證了送入鉆具的安全。膠塞系統(tǒng)的使用在水泥漿與鉆井液之間起到了有效的隔離和替漿到量碰壓的作用，提高了水泥漿的頂替效率，保證了尾管補救固井質量。

尾管固井； 循環(huán)短路； 管內憋堵； 膠塞；回接裝置； 補救固井

尾管固井在各類固井作業(yè)中屬于技術難度及風險較大的復雜作業(yè)，尾管送放到位后容易造成循環(huán)短路的問題［1］，無法直接固井。針對此種復雜情況，目前國內外普遍采取的固井補救方案如下：（1）管內落物造成的憋堵情況，丟手后起出送入鉆具，下小鉆頭掃穿全部附件，下可回收式管內封隔器或水泥式承流器至尾管懸掛器以下1～2根套管內坐封，用測試遲到時間的方式驗證循環(huán)正常，固井時用重漿頂替水泥漿到位，封隔器解封后起出送入鉆具［2］；（2）送入鉆具刺漏或懸掛器中心管密封失效造成循環(huán)短路的情況，丟手后起出送入鉆具，直接下入可回收式管內封隔器或水泥式承流器至懸掛器以下1～2根套管內坐封，用測試遲到時間的方式驗證循環(huán)正常，按照尾管固井施工流程進行固井，封隔器解封后起出送入鉆具。

采用可回收式管內封隔器進行補救固井時，需要在套管內實現(xiàn)坐封及解封的操作，固井后水泥漿返至懸掛器以上，如果封隔器解封困難，送入鉆具被水泥漿封固在套管內的風險極大。采用可回收式管內封隔器或者水泥式承流器時，為防止替空事故的發(fā)生，在固井施工時需要精確計量替漿量，但是如果鉆井液與水泥漿沒有有效隔離造成混漿，井底附近水泥石膠結強度將大幅度地降低，因此補救固井質量無法保證。

采用新設計的可提出式回接裝置，充分利用了與尾管懸掛器回接筒配套的回接插頭裝置，無需坐掛及解封操作，固井后可直接提出，保證了送入鉆具的安全。鉆桿膠塞與尾管膠塞的使用對水泥漿與鉆井液之間起到了有效的隔離，實現(xiàn)替漿到量碰壓的作用，提高了固井時水泥漿的頂替效率［3］，保證了尾管補救固井質量。

1　裝置結構

近年來，隨著特殊井、復雜井的不斷增多，常規(guī)的回接裝置難以滿足要求，德州大陸架公司開發(fā)特制回接裝置，其中包括：提出式回接裝置、封隔式回接裝置、短回接式回接裝置，并在現(xiàn)場處理復雜情況時得到應用，其回接裝置在川東北地區(qū)高壓氣井應用效果也較好［4-5］。結合可提出式回接裝置與短回接裝置的優(yōu)點，設計出帶膠塞系統(tǒng)可提出式回接裝置，用于尾管補救固井。帶膠塞可提出式回接裝置結構如圖1所示。

圖1　帶膠塞系統(tǒng)可提出式回接裝置

帶膠塞系統(tǒng)可提出式回接裝置由鉆桿膠塞、提拉短節(jié)、扶正塊、變扣接頭、回接插頭、中心管、尾管膠塞短節(jié)、尾管膠塞等結構組成，在提拉短節(jié)上套入扶正塊并用內六方螺釘固定，在上層套管內起扶正作用，在下入過程中確?；亟硬孱^居中且保護密封圈組及尾管膠塞不受磨損，中心管下部連接尾管膠塞短節(jié)，用剪釘將尾管膠塞連接在尾管膠塞短節(jié)上。回接插頭為尾管懸掛器回接配套工具，鉆桿膠塞與尾管膠塞均為尾管懸掛器配套膠塞。本裝置中心管內徑與尾管懸掛器中心管內徑一致。

2　工作原理

尾管補救固井管串如圖2所示。送入鉆具與帶膠塞系統(tǒng)可提出式回接裝置通過提拉短節(jié)直接連接，將回接裝置送放到位后，繼續(xù)下放鉆具使回接裝置進入尾管懸掛器回接筒內，經過計算后在回接裝置上下壓一定重量，防止固井頂替水泥漿過程中回接裝置被頂出。回接插頭設計的密封圈組可實現(xiàn)回接插頭與回接筒內壁之間的密封［6］。

循環(huán)至滿足固井要求后進行固井施工，頂替水泥漿時鉆桿膠塞在送入鉆具內起到隔離鉆井液與水泥漿的作用，當鉆桿膠塞到達尾管膠塞位置，兩者組合成為1個復合膠塞，憋壓剪斷尾管膠塞剪釘，復合膠塞脫離尾管膠塞短節(jié)，繼續(xù)在套管內下行并起到隔離鉆井液與水泥漿的作用，復合膠塞運行至塞箍位置碰壓，泄壓后直接上提鉆具使回接裝置與尾管懸掛器回接筒脫離。

圖2　尾管補救固井管串

3　關鍵參數計算

尾管懸掛器回接筒內徑與回接裝置提拉短節(jié)內徑不一致，兩者之間存在1個環(huán)形面積，因此在固井施工中頂替水泥漿時，尾管懸掛器回接筒位置內外壓強差作用在此環(huán)形面積上會對回接裝置產生一個向上的作用力，為防止在頂替過程中回接插頭被頂出回接筒而導致密封失效，下到位后要在回接裝置上下壓一定重量，該重量要大于作用在回接裝置上的向上作用力。尾管懸掛器回接筒位置環(huán)形截面如圖3所示。

根據壓力計算公式得到以下計算公式

圖3　尾管懸掛器回接筒位置環(huán)形截面

式中，F(xiàn)為作用在回接裝置上的向上作用力，t；Δp為尾管懸掛器回接筒位置內外壓差，MPa；S為回接裝置提拉短節(jié)內壁與尾管懸掛器回接筒內壁形成的環(huán)形截面積，mm2；pf為尾管懸掛器以下套管內外循環(huán)摩阻壓耗之和，MPa；Δρi為頂替到位后環(huán)空與管內對應位置第i段水泥漿與鉆井液密度差，g/cm3；g為重力加速度，取9.81 m/s2；hi為頂替到位后第i段水泥漿在環(huán)空中垂直長度，m；D為尾管懸掛器回接筒內徑，mm；d為提拉短節(jié)內徑，mm。

尾管懸掛器以下套管內外循環(huán)摩阻壓耗之和pf通過現(xiàn)場測量估算得到，具體操作為：

（1）回接裝置插入尾管懸掛器回接筒之前測量設計替漿排量下的循環(huán)壓力p1；

（2）回接裝置插入后預先下壓30 t，測量設計替漿排量下的循環(huán)壓力p2；

（3）尾管懸掛器以下套管內外循環(huán)摩阻壓耗之和pf為兩者之差。其余參數均可根據固井施工設計數據及工具參數得到。

4　應用實例

國內某油田某區(qū)塊儲氣井設計井身結構為五開次，三開下入?244.5 mm尾管固井，四開下入?177.8 mm尾管固井，五開?152.4 mm井眼裸眼完井。該區(qū)塊在2013年出現(xiàn)3次尾管固井復雜情況，1號井?177.8 mm尾管下到位后循環(huán)時出現(xiàn)尾管懸掛器中心管密封失效復雜情況；2號井?244.5 mm尾管下到位后出現(xiàn)管內憋堵復雜情況；3號井在五開鉆進中出現(xiàn)?177.8 mm油層尾管偏磨嚴重繼而擠毀的復雜情況，?127 mm修補尾管下到位后出現(xiàn)管內憋堵復雜情況。

1號井采用可鉆除式水泥承流器進行補救固井，水泥式承流器水眼小壓耗大，固井時頂替排量小，且水泥漿與鉆井液直接接觸，頂替效率差，CBL測井顯示聲幅值大于40%，固井質量不合格，且該井存在高壓水層，后期井口環(huán)空出水，高壓水層未能得到有效封固；2、3號井采用帶膠塞系統(tǒng)可提出式回接裝置，中心管內徑大壓耗相對較小，且有膠塞系統(tǒng)，固井時水泥漿與鉆井液得到隔離，提高了固井頂替效率，CBL測井顯示聲幅值小于20%，固井質量合格。

5　結論及建議

（1）帶膠塞系統(tǒng)可提出式回接裝置可以應用于送入鉆具、尾管懸掛器中心管短路及管內落物造成管內憋堵無法建立正常循環(huán)兩種尾管固井復雜情況下的后續(xù)補救固井作業(yè)。

（2）回接裝置下壓重量計算方法能夠防止回接裝置被頂出尾管懸掛器回接筒，確保回接裝置與回接筒之間有效密封。

（3）帶膠塞系統(tǒng)可提出式回接裝置中心管內徑較水泥式承流器及封隔器內徑大，節(jié)流壓差小，且膠塞系統(tǒng)的應用能夠隔離鉆井液與水泥漿，極大地提高了頂替效率，保證了尾管補救固井質量。

（4）帶膠塞系統(tǒng)可提出式回接裝置在應用時，無需坐掛及解封操作，確保了送入鉆具的安全，建議以后在此類尾管補救固井時采用此裝置。

［1］劉春文，沈海超，袁濟華，等.尾管固井短路復雜情況及其補救固井方案［J］.中國海上油氣，2013，25（3）：53-56.

［2］許勁翔，徐天用.異常狀態(tài)下的尾管固井技術［J］.鉆采工藝，2002，25（6）：12-13.

［3］秦金立，蘇同.國外固井膠塞研究新進展［J］.石油礦場機械，2010，39（1）：39-42.

［4］馬蘭榮，白曉靜，朱和明，等.尾管回接裝置及其在現(xiàn)場的應用［J］.石油礦場機械，2008，37（9）：88-90.

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

［6］吳柳根，滕照正，侯婷，等.國內尾管固井完井技術現(xiàn)狀［J］.石油礦場機械，2013，42（10）：52-56.

（修改稿收到日期 2015-08-13）

〔編輯 薛改珍〕

Application of retrievable tie-back device of system with rubber plug in remedial cementing with liner

ZHENG Xiaozhi，XU Minghui，DU Pengde
（Shelfoil Petroleum Equipment & Serνices Co. Ltd.，Research Institute of Petroleum Engineering，SINOPEC，Dezhou 253005，China）

In view of the complex conditions in running drill string and mandrel short circuit in liner hanger as well as fish in liner which plugs the liner and so normal circulation cannot be established during liner cementing，this paper has designed a retrievable tieback device in a system with rubber plug for remedial cementing. Through the calculation method presented in this paper，the downward weight on this tie-back device can be obtained，so the tie-back device can be effectively sealed with the tieback barrel on liner hanger without hanging and unsetting. This tie-back device can be retrieved out directly after cementing job is finished，hence ensuring the safety of running drill strings. The application of the rubber plug system plays a role of effective isolation between cement slurry and drilling fluid and bumping pressure when enough volume of slurry is displaced，which improves the displacement efficiency of cement slurry and ensures the quality of liner remedial cementing.

liner cementing； circulation short circuit； in-liner plugging； rubber plug； tie-back device； remedial cementing

TE26

B

1000-7393（ 2015 ） 06-0036-03 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.009

鄭曉志，1962年生。1988年畢業(yè)于石油大學采油專業(yè)，現(xiàn)主要從事固井完井工具設計及工藝技術研究，副總經理。電話：0534-2670118。 E-mail：zxz@shelfoil.com。