多次激活隨鉆堵漏工具設(shè)計(jì)

李龍濤

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

鉆井過(guò)程中易發(fā)生各種影響施工進(jìn)度的現(xiàn)象，例如井漏，一旦井漏就需要用堵漏材料進(jìn)行堵漏作業(yè)，但是堵漏材料易堵塞井下動(dòng)力鉆具或隨鉆測(cè)量工具等井下工具，這些工具內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、精密且價(jià)格昂貴，一旦被堵漏材料堵塞就會(huì)造成工具失效，為避免工具失效就要起鉆將這些工具起出后再進(jìn)行堵漏作業(yè)，這樣就不能及時(shí)堵漏，并因此增加鉆井的成本。

根據(jù)以上情況有必要設(shè)計(jì)一種隨鉆堵漏工具，該工具能夠隨時(shí)改變鉆井液流向，當(dāng)需要添加堵漏材料時(shí)，可關(guān)閉流向鉆頭的流道，將堵漏劑全部送入環(huán)空進(jìn)行堵漏作業(yè)，可無(wú)需起鉆并及時(shí)對(duì)漏失的地層進(jìn)行封堵。

該技術(shù)可有效控制易漏區(qū)塊井下復(fù)雜情況的發(fā)生，既能隨時(shí)進(jìn)行堵漏作業(yè)，又能保證隨鉆測(cè)量工具等井下工具在易漏區(qū)塊的正常施工，并對(duì)因井漏而引起的井噴和卡鉆等問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)處理，避免井下事故的擴(kuò)大。

1 國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)外的DSI公司、XDT公司、國(guó)民油井、威德福等公司研制了不同類型的隨鉆堵漏工具[1]。

DSI公司生產(chǎn)PBL多次激活旁通閥采用投球剪切的方式進(jìn)行隨鉆堵漏；XDT公司生產(chǎn)的TAZ隨鉆堵漏工具鎖位通過(guò)J形轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，投球憋壓，通過(guò)J型轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)循環(huán)閥關(guān)閉，激活球?yàn)榭扇芮颍h(huán)閥打開次數(shù)不受限制；國(guó)民油井生產(chǎn)的MOCS隨鉆堵漏工具通過(guò)工具殼體和滑套之間形成一個(gè)環(huán)形密封腔，同樣采用可溶球、通過(guò)不同泵壓和液體流速控制旁通閥開關(guān)，旁通閥打開次數(shù)不受限制；威德福的JetStreem隨鉆堵漏工具采用威德福特色技術(shù)-RFID射頻識(shí)別電控技術(shù)控制旁通閥開關(guān)。

1.2 國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

西部鉆探工程公司郭新超等人研制了多次開關(guān)循環(huán)堵漏工具并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[2]，多次開關(guān)循環(huán)堵漏工具可實(shí)現(xiàn)在發(fā)生井漏時(shí)不起鉆堵漏作業(yè)，進(jìn)而節(jié)約了鉆井周期，降低了井控風(fēng)險(xiǎn)。中石化西南石油工程有限公司的顏磊與成都理工大學(xué)能源學(xué)院的周文等人設(shè)計(jì)了一種多次激活井下旁通閥[3]，并運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS workbench模擬多次激活井下旁通閥在井下實(shí)際工況下，對(duì)所設(shè)計(jì)的井下旁通閥進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析。寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司研發(fā)了多次鉆井循環(huán)閥，采用主通道常開設(shè)計(jì)，主體上設(shè)有旁通孔并安裝有限位機(jī)構(gòu)，通過(guò)在地面開關(guān)泵控制旁通孔的開閉[4]。北方雙佳鉆采機(jī)具公司研制了一種多級(jí)循環(huán)頭，多級(jí)循環(huán)頭主體上設(shè)有旁通孔，下部接有捕球器，通過(guò)在地面投彈性球控制旁通孔的開啟與關(guān)閉[4]。

2 結(jié)構(gòu)原理

為解決易漏區(qū)塊在發(fā)生井漏時(shí)需要及時(shí)堵漏的問(wèn)題，特設(shè)計(jì)了如下可多次激活的隨鉆堵漏工具。

2.1 結(jié)構(gòu)

多次激活隨鉆堵漏工具由殼體總成、流道切換總成、捕球總成組成，如圖1所示。

圖1 多次激活隨鉆堵漏工具

（1）殼體總成。殼體總成主要由上接頭、上殼體、中接頭、下殼體、下接頭組成，內(nèi)部安裝流道切換總成與捕球總成，上接頭與下接頭分別用來(lái)連接上部與下部鉆具。上殼體開有用于循環(huán)堵漏的循環(huán)孔，當(dāng)循環(huán)孔打開時(shí)堵漏材料可通過(guò)循環(huán)孔直接進(jìn)入環(huán)空進(jìn)行堵漏作業(yè)。

（2）流道切換總成。流道切換總成主要由上球座、轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)換銷釘、彈簧組成。

如圖2所示，上球座為爪型球座，球座的最下端可在設(shè)定位置（凹槽處）被球撐開，將落在球座上的球釋放。轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)上部開有旁通槽，中部有J型槽，轉(zhuǎn)換銷釘安裝在上殼體中。在井下液壓力與彈簧的作用下轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)可按照J(rèn)型槽設(shè)定的軌跡進(jìn)行周轉(zhuǎn)，被轉(zhuǎn)換銷釘鎖定并保持在設(shè)定的位置。當(dāng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將殼體上的循環(huán)孔封堵住時(shí)，則循環(huán)孔處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)向下移動(dòng)到設(shè)定位置時(shí)，轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)上的旁通槽與殼體上的循環(huán)孔對(duì)齊，可將循環(huán)孔開啟。

圖2 流道切換總成

（3）捕球總成。捕球總成主要由下球座、球籃、彈簧組成。

如圖3所示，下球座也為爪型球座，球籃為螺旋型，螺旋槽可存儲(chǔ)投入的球，球籃中央為通孔，當(dāng)循環(huán)孔關(guān)閉并恢復(fù)正常鉆進(jìn)時(shí)儲(chǔ)存的球不會(huì)影響鉆井液的正常流動(dòng)。

圖3 捕球總成

2.2 原理

該堵漏工具可接在井下動(dòng)力鉆具或隨鉆測(cè)量工具的上端，正常鉆進(jìn)時(shí)工具的循環(huán)孔被轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)封堵住，鉆井液可正常通過(guò)該工具流到鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)。

當(dāng)發(fā)生井漏時(shí)，可在地面投入一個(gè)激活球，激活球落在上球座上，推動(dòng)上球座及轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)下行并壓縮彈簧，當(dāng)下行到設(shè)定位置球座被球撐開，激活球被釋放落到下球座上將工具的中央流道堵??；同時(shí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)在彈簧彈力與轉(zhuǎn)換銷釘共同作用下按照J(rèn)型槽設(shè)定軌跡運(yùn)動(dòng)，并最終被轉(zhuǎn)換銷釘固定在設(shè)定位置，此時(shí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的旁通槽與循環(huán)孔對(duì)齊，堵漏材料可通過(guò)循環(huán)孔直接被送入環(huán)空進(jìn)行堵漏作業(yè)。

當(dāng)堵漏作業(yè)結(jié)束后，投入一個(gè)關(guān)閉球，關(guān)閉球落在上球座上，推動(dòng)上球座及轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)下行并壓縮彈簧，當(dāng)下行到設(shè)定位置球座被球撐開，關(guān)閉球被釋放落到下球座內(nèi)；同時(shí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)在彈簧彈力與轉(zhuǎn)換銷釘共同作用下按照J(rèn)型槽設(shè)定軌跡運(yùn)動(dòng)，并最終恢復(fù)到原來(lái)的位置將循環(huán)孔封堵住；循環(huán)孔被堵住后，工具內(nèi)憋壓推動(dòng)下球座下行并壓縮彈簧，下球座下行到設(shè)定位置撐開將球座內(nèi)兩個(gè)球釋放，釋放的球落入球籃的螺旋槽內(nèi)被儲(chǔ)存起來(lái)，然后下球座在彈簧的彈力作用下恢復(fù)原位。

3 施工工藝

（1）堵漏工具被連接在井下動(dòng)力鉆具或隨鉆測(cè)量工具的上端；

（2）循環(huán)或鉆進(jìn)作業(yè)；

（3）發(fā)生井漏，從地面投入一個(gè)激活球，循環(huán)孔被開啟，通過(guò)地面泵壓的變化判斷循環(huán)孔是否正常開啟，如不確定可再投入激活球并判斷循環(huán)孔被正常開啟；

（4）進(jìn)行堵漏作業(yè)；

（5）堵漏作業(yè)結(jié)束，從地面投入一個(gè)關(guān)閉球，通過(guò)泵壓變化判斷循環(huán)孔是否關(guān)閉，如不確定可再投入關(guān)閉球并判斷循環(huán)孔被關(guān)閉；

（6）恢復(fù)鉆進(jìn)作業(yè)；

（7）如再次發(fā)生井漏可重復(fù)以上操作，可實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作5~6次。

4 結(jié)論

（1）工具的球座采用獨(dú)特的爪型球座設(shè)計(jì)，既可實(shí)現(xiàn)球落在球座上將球座封堵后進(jìn)行一系列動(dòng)作，又可在設(shè)定位置將球從球座釋放。

（2）球籃采用獨(dú)特的螺旋型球座，螺旋槽可存儲(chǔ)投入的球，球籃中央為通孔，既可存儲(chǔ)投入的球又不會(huì)在恢復(fù)正常鉆進(jìn)后影響鉆井液的正常流動(dòng)。

（3）轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)采用J型槽設(shè)計(jì)，使轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)按照設(shè)計(jì)軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而可對(duì)循環(huán)孔的開啟與關(guān)閉進(jìn)行準(zhǔn)確控制。

（4）該工具結(jié)構(gòu)合理，操作簡(jiǎn)單，可在不起鉆情況下重復(fù)操作5~6次，可隨時(shí)進(jìn)行堵漏作業(yè)又保證了隨鉆測(cè)量工具等井下工具的正常施工，具有較好的應(yīng)用前景。