液壓剪銷式完井管柱送入工具研制

王羽曦

（大慶油田鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

氮氣欠平衡鉆井工藝是大慶油田在2011年開展的常規(guī)鉆井與氮氣欠平衡鉆井相結(jié)合的鉆井技術(shù)，該技術(shù)對地層零污染且無壓持作用，可最大限度地保護油層提高采收率。作業(yè)時利用常規(guī)鉆井工藝鉆入油頂?shù)唤议_油層，用氮氣欠平衡鉆井工藝鉆穿油層并鉆至油底以下20m。氮氣欠平衡鉆井井段用油管與篩管相結(jié)合的方式完井，管柱用丟手工具送入，要求丟手通徑大于完井管柱通徑并具有可撈功能。分析現(xiàn)有的球掛式液壓丟手工具存在的缺點，研制了液壓剪銷式完井管柱送入工具。

1 原有球掛式液壓丟手工具

球掛式液壓丟手工具的結(jié)構(gòu)如圖1所示，丟手工具上、下接頭通過軸向均布的鋼球連接，結(jié)合端面有相應的嚙合齒，既能傳遞鉆壓又能傳遞扭矩，當密封鋼球落在活塞上時，密封鋼球?qū)⒘鞯婪庾?，壓力上升剪斷銷釘，活塞下行至擋板，此時上提管柱，連接鋼球被下丟手接頭上的斜面推至上丟手接頭內(nèi)，連接失效，壓力迅速下降，實現(xiàn)工具脫開。

圖1 球掛式液壓丟手工具示意圖

該丟手存在的缺點為：①上、下接頭間沒有防轉(zhuǎn)機構(gòu)，遇阻時無法傳遞扭矩；②受井斜限制嚴重，懸掛鋼球與下接頭斜面槽為點接觸，易在斜面處形成凹槽，妨礙后期脫開動作，該結(jié)構(gòu)僅適用于直井或小角度定向井，不適用于水平井或大角度定向井。圖2為懸掛球未脫開示意圖。

圖2 懸掛球未脫開示意圖

2 液壓剪銷式完井管柱送入工具

為了克服球掛式液壓丟手懸掛鋼球易變形，導致不能脫開的問題，設(shè)計了液壓剪銷式完井管柱送入工具，該工具可根據(jù)不同長度、重量的完井管柱，對連接剪銷進行相應的調(diào)節(jié)，有效解決了完井管柱送入井內(nèi)后丟不開的情況。

圖3 液壓剪銷式完井管柱送入工具結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 結(jié)構(gòu)及原理

液壓剪銷式完井管柱送入工具結(jié)構(gòu)如圖3所示。

完井管柱送入工具上、下接頭通過周向均布的懸掛剪銷連接在一起，接頭端面有相應的防轉(zhuǎn)銷，既能傳遞鉆壓，也能傳遞扭矩。當密封鋼球落在上接頭球坐上時，將流道密封，產(chǎn)生的壓力通過傳壓孔進入到高壓腔內(nèi)，將壓力作用在下接頭的密封截面上。壓力推動下接頭下行，到達懸掛剪銷的剪切壓力時，剪銷斷開，此時上提管柱，密封和連接同時失效，壓力迅速下降，實現(xiàn)脫開。

2.2 懸掛剪銷剪切壓力計算及應力分析

懸掛剪銷采用直徑為?7mm的銅質(zhì)材料，周向均布4個。

通過有限元進行上接頭(圖4)和下接頭(圖5)的力學校核，由于采用懸掛剪銷方式，懸掛力顯著增加，可達62t，均滿足設(shè)計要求。

圖4 上接頭力學校核示意圖

2.3 施工工藝

（1）管柱連接。按照設(shè)計連接管柱，管柱組合依次為：防阻引鞋+3″油管+3″篩管+3″油管+送入工具+2-7/8″鉆桿。

（2）下鉆。由于新設(shè)計的完井管柱送入工具有防轉(zhuǎn)裝置，所以在下鉆過程中無特殊要求，可全懸重下壓，同時可以旋轉(zhuǎn)管柱。

（3）循環(huán)。當管柱下入到井底后，開始正循環(huán)頂通，循環(huán)通暢后記錄循環(huán)壓力及排量。

（4）投球。卸開方鉆桿，將鋼球投入鉆桿內(nèi)，等待鋼球下落至送入工具球座處。

（5）憋壓。鋼球下落至活塞后，開泵加壓，排量與循環(huán)時的排量一致。當壓力大于循環(huán)壓力4MPa后，上提管柱，壓力迅速下降，丟手脫開。

（6）循環(huán)。泵車排量不變，繼續(xù)加壓，壓力上升接近循環(huán)壓力后，不再繼續(xù)上升，確定丟手脫開。

打撈丟手管柱時，將球掛式液壓丟手工具的專用打撈工具下入，由于打撈桿內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，因此通過反循環(huán)可徹底清洗下丟手接頭頂部。撈住丟手管柱后，可旋轉(zhuǎn)管柱，使丟手管柱活動后進行打撈作業(yè)。

圖5 下接頭力學校核示意圖

2.4 技術(shù)參數(shù)

目前僅設(shè)計了適用于139.7mm套管的液壓剪銷式完井管柱送入工具，參數(shù)如表1所示。

表1 液壓剪銷式完井管柱送入工具的技術(shù)參數(shù)

3 現(xiàn)場應用情況

液壓剪銷式完井管柱送入工具在高臺子油田芳深區(qū)塊應用3口井，在徐深區(qū)塊應用2口井，現(xiàn)場應用表明工具上下接頭懸掛連接可靠，能夠承載較重的完井管柱，下鉆過程順利，無任何卡阻現(xiàn)象，不僅可以轉(zhuǎn)動管柱，還可以加壓，脫開后壓力迅速下降，脫開現(xiàn)象明顯，脫開成功率100%。具體情況如表2所示。

4 結(jié)論

（1）液壓剪銷式完井管柱送入工具設(shè)計合理，性能可靠，易加工。具有其他丟手工具的全部優(yōu)點，并解決了球掛式液壓丟手工具受完井管柱重量和井斜限制的缺點，適用于各種井型完井丟手作業(yè)。

（2）該丟手工具長度僅為0.65m，采用液壓方式丟手，適用于直井、定向井、水平井等井型的管柱丟手作業(yè)。

（3）下丟手接頭通徑大，與丟手管柱通徑一致，能滿足后期沖砂等作業(yè)的要求。設(shè)計的專用打撈工具提高了打撈作業(yè)的可靠性，為后期的增產(chǎn)等施工作業(yè)提供了保障。

（4）液壓剪銷式完井管柱送入工具是中淺層氮氣鉆井完井中不可或缺的工具之一，另外開窗側(cè)鉆、井下特殊作業(yè)、鉆頭脫開等都需要應用此項工具，可創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。

表2 液壓剪銷式完井管柱送入工具現(xiàn)場使用情況