筛管液压丢手装置的研制与应用

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第37卷第3期石油钻采工艺Vol.37No.32015年5月OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYMay2015文章编号：1000–7393（2015）03–0118–04doi:10.13639/j.odpt.2015.03.027筛管液压丢手装置的研制与应用孙文俊　侯乃贺　李富平　李建业（中国石化石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司，山东德州　253005）引用格式：孙文俊，侯乃贺，李富平，等.筛管液压丢手装置的研制与应用［J］.石油钻采工艺，2015，37（3）：118-121.摘要：长北气田采用双分支水平井技术配合裸眼完井进行天然气开发，为预防钻遇泥岩层和煤层坍塌的问题，在水平裸眼段内下入预钻孔筛管以支撑井壁。由于井眼环境复杂，长北气田的水平井作业存在着长筛管下入困难、短筛管重量轻不易顺利丢手、常规丢手工具遇阻时无法旋转解阻、常规球座施工后需另外下钻钻除等技术难题。研制了筛管液压丢手装置，该装置具备旋转功能，允许筛管串在下入过程中采取旋转的方式通过阻点；具有两种丢手方式，既可通过液压方式丢手，也可通过机械方式丢手；设计了可提出式球座机构，在施工后可随着送入工具整体提出，无需下钻钻除。该筛管液压丢手装置通过了一系列地面性能实验，并在长北气田CB23-2井和CB23-3井两口水平分支井进行了应用，完成了4趟筛管下入作业，成功解决了现场难题。关键词：液压丢手；可提出式球座；裸眼完井；预钻孔筛管；长北气田中图分类号：TE931　　　文献标识码：BDevelopmentandapplicationofhydraulicreleasingdeviceforscreenpipeSUNWenjun,HOUNaihe,LIFuping,LIJianye（ShelfoilPetroleumEquipment&ServicesCo.Ltd.,SINOPECResearchInstituteofPetroleumEngineering,Dezhou253005,China）Abstract:NaturalgasinChangbeiGasfieldisdevelopedusingdualbranchhorizontalwellsincooperationwithopenholecompletion.Inordertopreventwellborecollapsewhendrillingmudstonelayerandcoalbed,thepre-boredscreenpipeisruntothehorizontalopenholesectiontosupportthewellboresidewall.Duetocomplexityofwellboreconditions,anumberoftechnicaldifficultieshavebeenmetinhorizontalwelloperationsinChangbeiGasfieldsuchasdifficultiesinrunninglongscreenpipe,thatshortscreenpipeistoolighttoeffectsmoothrelease,thatconventionalreleasetoolscannotbefreedbyrotationattighthole,andthattheconventionalballseatneedstobedrilledoutbytrippinginseparately,etc.Ahydraulicreleasingdeviceforscreenpipehasbeendeveloped,whichhasrotationfunction,allowingthescreenpipetopassthetightholebyrotatingwhenitisrun.Therearetworeleasemethods:hydraulicreleasingandmechanicalrelease.Thedesignedretrievableballseatmechanismcanbeliftedoutasawholewiththerunningtoolafterthejobisfinishedanddoesnotneedtobedrilledout.ThishydraulicreleasingdeviceforscreenpipehaspassedaseriesofsurfaceperformanceexperimentsandutilizedintwohorizontalbranchwellsCB23-2andCB23-3inChangbeiGasfield;fourrunsofscreenpipewereconducted,whichsuccessfullyaddressedthefielddifficulties.Keywords:hydraulicreleasing;retrievableballseat;openholecompletion;pre-boredscreenpipe;ChangbeiGasfield长北气田位于陕西省榆林北部和内蒙古自治岩层，存在缩径和井壁不稳定等潜在风险。现场一区境内，是中国石油与壳牌公司合作的大型石油天般采用在易坍塌裸眼井段下入预钻孔筛管的方法来然气开发项目，多采用双分支水平井技术配合裸眼实现对井壁的支撑。但长北气田由于水平裸眼段完井进行天然气开采。由于长北气田地下煤层丰存在泥岩层或煤层，极易造成长筛管串下入困难，因富，在长裸眼水平井钻进过程中经常钻遇煤层或泥此要求丢手装置具备旋转功能；设计的筛管串长度基金项目：中国石油化工股份有限公司2014年度科技部项目“双防旋转尾管悬挂器的研制”（编号：P14113）。作者简介：孙文俊，1982年生。2004年毕业于长江大学，现主要从事石油固完井工具的研发与技术服务工作。电话：0534-2670123。E-mail：swj@shelfoil.com。 孙文俊等：筛管液压丢手装置的研制与应用119出于成本考虑，仅略长于易坍塌井段长度，往往只有100~300m，容易出现丢手困难；常规球座在实现憋压后不能形成全通径，需另外下钻钻除；丢手位置在水平裸眼井段，井内岩屑及沉砂等介质易对丢手装置产生影响，造成无法正常丢手（常规机械丢手［1-2］采用正转方式丢手，下入过程遇阻无法旋转；常规液压丢手对井筒环境敏感，易发生提前丢手或无［3］法丢手）。通过对国内外丢手工具的调研，研发了［4-6］筛管液压丢手装置，实现了不同长度筛管串的送入和丢手作业。1　筛管液压丢手装置1.1　设计要点图1　筛管液压丢手装置在筛管下入过程中，筛管液压丢手装置可采取的锁定环、液缸和下接头一起下行，从而完全压缩扭旋转方式使筛管串通过遇阻点；具有液压和机械两矩套与扭矩接头之间的轴向间隙，此时花瓣套筒的种丢手方式，其中液压丢手作为首选丢手方式，机械弹性爪在扭矩接头凹槽内下行至凹槽下端面。投憋丢手作为备用手段，提高丢手可靠性；具有可提出压球并泵送到位，憋压球与球座配合，憋压，剪断液压式球座结构，避免常规球座在施工后需另外下钻钻丢手剪钉，液缸上行，推动花瓣套筒和双面卡簧上行，除的问题，缩短建井周期，节省作业成本；具备保护花瓣套筒的弹性爪从扭矩接头凹槽内脱出，实现丢装置，防止在管串下入过程和循环过程中井内杂质手。液缸继续上行，双面卡簧与锁定环咬合，从而防进入丢手装置内部，影响丢手可靠性。止花瓣套筒的弹性爪再次进入扭矩接头凹槽内。1.2　装置结构（3）机械丢手。若液压丢手不成功，则可采取机筛管液压丢手装置由液压丢手单元、保护单元械丢手。通过反转钻具，剪断机械丢手剪钉，此时上和可提出式球座单元等三大部分组成。其中液压丢接头和扭矩套间可相对运动。下压钻具，使上接头手单元由上接头、芯轴、扭矩套、锁定环、双面卡簧、扭矩齿与扭矩套的扭矩槽接触；继续下压，完全压花瓣套筒、液缸、液压丢手剪钉、机械丢手剪钉、下接缩扭矩套与扭矩接头之间的轴向间隙，上接头带动头和扭矩接头等组成；保护单元由防砂帽和保护筒芯轴、锁定环、液缸和下接头下行。此时下接头失去组成；可提出式球座单元由连接筒、球座外壳、球座对花瓣套筒弹性爪的支撑，锁定环与双面卡簧咬合。和球座端环等组成，如图1所示。本装置的上接头上提钻具，上接头带动芯轴、锁定环、双面卡簧和花与送入钻具相连，扭矩接头与筛管串相连。丢手后，瓣套筒上行，将花瓣套筒的弹性爪从扭矩接头凹槽保护筒和扭矩接头与筛管串留在井内，装置其余部内拔出，从而实现丢手。分全部提出。除可提出式球座单元以外的其余提出（4）丢手后球座提出。继续进行管内憋压，剪断部件统称为送入工具。球座剪钉，球座下行，并坐落在球座端环上。起钻时，1.3　工作原理可提出式球座单元与送入工具一起提出。丢手装置筛管液压丢手装置可实现筛管串下入过程中的技术装置见表1。旋转、液压丢手或机械丢手，并能在憋通球座后将可表1　筛管液压丢手装置技术参数提出式球座单元整体与送入工具一起提出。项目参数（1）下入过程旋转。下入过程中若出现管串遇阻，规格/mmØ193.7×Ø139.7且通过上提下放无法通过遇阻点，可通过旋转钻具，最大外径/mm158丢手后通径/mm123带动上接头、扭矩套和扭矩接头间的扭矩齿进行扭整体密封能力/MPa30矩传递，驱动与扭矩接头连接的尾管串进行旋转，从额定负荷/t100而减小管串下入摩阻或改变管串下入角度，以顺利抗扭能力/N·m20000通过遇阻点。液压丢手压力/MPa11~12（2）液压丢手。钻具送入到位后，将钻具下压一机械丢手扭矩/N·m3000定吨位，钻具带动上接头、扭矩套、芯轴及与芯轴连接球座憋通压力/MPa21~23 120石油钻采工艺2015年5月（第37卷）第3期2　室内性能实验2800~3200N·m为合格。下压上接头后再上提，送入工具脱离扭矩接头为合格。2.1　实验装置2.3　实验结果设计Ø127mm钻杆扣打压接头、Ø88.9mm油对筛管液压丢手装置进行整体密封实验，打压管扣堵头、Ø127mm钻杆扣拉伸接头、Ø139.7mm套30MPa，稳压15min无压降，达到整体密封性能要管扣拉伸接头，选择拉伸实验机、电动试压泵、上扣求；对筛管液压丢手装置进行拉伸承载实验，成功机等实验装置。具体实验项目及实验设备见表2。拉伸至1000kN，达到设计要求；对液压丢手功能表2　实验项目及实验设备进行实验，打压11.4MPa液压丢手剪钉剪断，上提实验项目实验设备上接头，送入工具与扭矩接头成功脱离；对球座进整体密封性能实验电动试压泵行剪切实验，打压21.4MPa球座剪钉剪断，达到设承载实验拉伸实验机计要求；对机械丢手进行实验，反转扭矩2982N·m液压丢手实验电动试压泵剪钉剪断，下压后再上提上接头，送入工具与扭矩接球座剪切实验电动试压泵头成功脱离。机械丢手实验上扣机3　施工工艺2.2　实验过程及指标（1）整体密封性能实验。组装一套筛管液压丢3.1　前期准备手装置，将液压丢手剪钉更换成高压无法剪切的钢在进行管串下入施工前，使用原钻具进行通井钉，卸下可提出式球座单元，用Ø127mm钻杆扣打作业。通井过程中，对于可能遇阻点进行反复划眼，压接头连接该装置的上接头，用Ø88.9mm油管扣堵确保井内无明显遇阻点，通井至井底后，充分循环清头连接该装置连接筒下端的Ø88.9mm油管扣。用洗井眼。用原钻具通井过程中，需采用不同的转速电动试压泵连接Ø127mm钻杆扣打压接头，打压进行井内的旋转扭矩测试，以对管串下入过程中的30MPa，稳压15min，压力不下降为合格。旋转扭矩进行预测和对比。测试位置分别为拟下入（2）承载实验。重新组装一套筛管液压丢手装置，筛管串的井底位置和丢手位置，并分别记录旋转测用Ø127mm钻杆扣拉伸接头连接该装置的上接头，试点的上提和下放悬重。用Ø139.7mm套管扣拉伸接头连接在该装置的扭矩3.2　管串下入接头，将两个拉伸接头分别固定在拉伸实验机的两连接引鞋及筛管串。连接液压丢手装置时，先端。最大拉伸力1000kN，扭矩接头与送入工具无将上接头与送入钻具连接，再将扭矩接头下端与筛位移为合格。管串连接。连接好液压丢手装置后，在保护筒内灌（3）液压丢手实验。完成上一实验后，将液压丢满保护油，从而起到润滑部件和防止井内杂质进入手钢钉更换成铜质剪钉，将Ø139.7mm套管扣拉伸装置内部的作用。工具连接完毕后进行称重，并进接头连接在扭矩接头下端，将拉伸接头固定在拉伸行循环顶通。筛管串送入过程中操作要平稳，并注实验机上。用电动试压泵打压至压力突降继而趋意观察遇阻情况，如遇阻或多次上提、下放均无法顺于稳定，记录此压力突降前最高压力数值，该值在利通过，则将管串提起一段距离后进行试旋转，并采11~12MPa为合格。上提上接头，送入工具脱离扭用边旋转边下放的方式通过遇阻点，旋转过程中必矩接头为合格。须参考通井过程中的测试扭矩，严格控制旋转扭矩，（4）球座剪切实验。完成上一实验后，卸掉避免对筛管产生破坏。Ø88.9mm油管扣堵头，将Ø36mm憋压球放入球3.3　丢手作业座内，将可提出式球座单元连接到连接筒下端的管串送入到位后，顶替循环，顶通泵压不得大于Ø88.9mm油管扣。用电动试压泵打压至压力突然6MPa，循环时间10~20min，循环后上下活动管串，释放，记录最高压力值，该值在21~23MPa为合格。测试悬重；如条件允许进行整体管串旋转，并记录（5）机械丢手实验。完成上一实验后，卸掉连旋转扭矩。保持液压丢手装置处于受压状态，投憋3接在筛管液压丢手装置两端的拉伸接头，用上扣压球，并采用0.5~0.8m/min排量泵送，待憋压球到机的两个卡盘分别卡紧该装置的上接头和扭矩接位后缓慢升压至13MPa，并稳压2min，卸压后缓慢头。将上扣机反转，进行机械丢手剪钉的剪切扭矩上提钻具，观察是否完成丢手；同时在上提2m后测定。记录扭矩突然释放前的最大数值，该值在可进行试旋转，采用与丢手前相同的转速，对比丢手 孙文俊等：筛管液压丢手装置的研制与应用121前后扭矩变化，判断是否完成丢手。如未丢手，再次内全通径，避免下钻钻除。使液压丢手装置处于受压状态，逐次提高2MPa压4　现场应用力，重复液压丢手操作。若液压丢手失效，可采用机械丢手。寻找液压2014年7月—11月，筛管液压丢手装置在长北丢手装置的中和点位置，反转管串，使反转扭矩达到气田CB23-2井和CB23-3井两口水平分支井进行了4000N·m，上下小幅度活动管串使扭矩传递至机械现场应用，在4个水平分支井眼内成功完成了4次丢手剪钉处，下放小段距离后上提管串，观察悬重变Ø139.7mm筛管串的下入及丢手作业，并创造了长化情况，判断是否丢手。如未完成机械丢手，则逐渐北项目该规格筛管串最长1491.95m和最短124.83增大并且反转扭矩。丢手完成后，继续开泵憋通球m的下入及丢手记录，应用效果良好。具体应用情座。起钻，球座单元与送入工具一起提出，保证筛管况见表3。表3　长北气田筛管液压丢手装置应用情况装置下深井斜/筛管长度浮重/上提称重/t下放称重/t旋转扭矩/N·m通过遇阻球座提出序号/m（°）/mt丢手前丢手后丢手前丢手后丢手前丢手后点方式情况13878.0590.111491.9532.5152142126135未测未测上提下放正常24780.0793.26261.265.7155150117.51351800016000上提下放正常33560.5689.15448.329.8136133.6120123100007000未遇阻正常43472.1990.27124.832.7128.1127117.1118.373006450旋转正常5　结论与建议参考文献：（1）长北气田CB23-2井和CB23-3井的4趟筛［1］　张金龙，阮臣良，郭朝辉，等.旋转尾管固井关键技术分管下入作业的成功实施，证明筛管液压丢手装置能析［J］.石油机械，2011，39（5）：88-91．够有效实现不同长度筛管串在长裸眼水平段的送［2］　阮臣良，马兰荣，孙文俊.国外旋转尾管悬挂器丢手工具分析［J］.石油机械，2009，37（9）：166-168．入、液压丢手和球座憋通后随送入工具的顺利起出。［3］李玉海．球挂式液压丢手工具研制［J］．石油矿场机械，（2）下入长筛管串时，由于井筒对管串摩擦力较2012，41（2）：71-73．大，可通过对比丢手前后的上提、下放悬重来进行丢［4］　HYATTCR,PARTINMH.Linerrotationandproper手判断；下入短筛管串时，由于井筒对管串摩擦力planningimproveprimarycementingsuccess［J］.SPE较小，在对比丢手前后悬重的同时，还可对比旋转扭12607,1984.矩的变化来进行辅助判断。［5］　廖前华，于小龙，刘禹铭，等.新型导向液压丢手工具的（3）筛管液压丢手装置在CB23-2井使用时，筛研制及应用［J］.石油机械，2011，39（3）：45-46．管串长达1491.95m，由于筛管扣型为偏梯扣，抗扭［6］　赵峨松，陈娟琪.小井眼筛管悬挂器的研制与应用［J］.能力不高，因此在丢手判断时没有测试旋转扭矩；石油钻采工艺，2012，34（3）：119-120．若该井出现管串下入极其困难的情况，低抗扭扣型将严重制约工具的旋转解阻功能，建议在今后下入（修改稿收到日期　2015-04-15）长筛管串时优先采用高抗扭扣型。〔编辑　李春燕〕