井下封井器研制与应用.doc

井下封井器的研制与应用*(2006-8-02) 宋朝晖 李晓军 高本文 (新疆石油管理局钻井工艺研究院) 摘要：井下封井器与欠平衡钻井作业设备配套可实现钻井、完井、测井等作业全过程欠平衡施工。本文介绍了新疆石油管理局钻井工艺研究院研制的拥有自主知识产权并获多项国家专利授权的井下封井器的系统组成、工作原理、室内检测和现场应用情况。实践表明该工具完全满足全过程欠平衡作业要求，可替代进口产品，应用前景广阔。 主题词：全过程欠平衡 井下封井器 钻井 引言 欠平衡钻井技术作为一项重要的油气层保护手段备受人们青睐。近年来，已得到越来越广泛的应用，但由于常规的欠平衡钻井工艺无法解决提下钻、完井等作业过程中井底欠压差的连续保持问题，即无法做到全过程的欠平衡作业，因而使该项技术的应用受到一定程度的限制。 为了解决全过程的欠平衡工艺技术问题，国内外都投入了相当的精力研发配套的工具与工艺。相继开发了用于解决钻柱、油管入井和提出的“不压井强行起下钻”装置，在一段时间内缓解了这方面的矛盾。但该装置由于存在系统体积大、占用作业空间大、作业效率低、使用费用高等问题，且用其对管柱下部组合有一定的要求，因此，不能完全解决钻进、起下钻、完井、电测各施工环节的全过程欠平 衡作业衔接问题。 针对这种现状，新疆石油管理局钻井工艺研究院自2000年开始致力于研发一种能够预置于井下、保持原有钻井工艺的施工完整性的井下工具，能彻底解决全过程欠平衡工艺实现的问题。井下封井器就是历经三年多时间研制出 第一代用于全过程欠平衡施工的井下控制工具，该产品目前已成功应用于三口井。 井下封井器的系统组成及工作原理 1、系统组成 井下封井器由地面控制部分、井下部分和中间连接部分组成。其中，地面控制部分包括气动泵、油箱、气路管线、泄荷阀、闸阀、气压表、油压表、定滑轮、滚筒和计量器具等组成。井下部分由井下封井器本体和管接头等组成。中间连接部分包括液压副管、卡箍、管接头、液压软管和井口装置。卡箍的作用是保护液压副管。 2、井下封井器本体的结构 如图1所示，Φ177.8mm井下封井器由套管短节A（1）、油管接头（2）、上外筒（3）、内筒（4）、管阀总成（5）、转换接头（6）等几部分组成。 1、套管短节A 2、油管接头 3、上外筒 4、内筒 5、管阀总成 6、转换接头 图1 Φ177.8mm井下封井器的结构示意图 3、井下封井器本体的工作原理 Φ177.8mm井下封井器图2所示状态为井下封井器开启状态，要使井下封井器关闭，那么仅须从一根副管内打压，压力经上外筒（3）推动内筒（4）上行，管阀总成（5）上的舌板在辅弹簧的作用下关闭。要使井下封井器开启，仅须从另一根副管内打压，内筒（4）下行，内筒（4）推动管阀总成（5）上的舌板打开。 3、井下封井器系统的工作原理 井下封井器作为上层套管的一部分下到预定位置，并通过控制管线使其与地面液压控制系统相连。钻进过程中，封井器呈开启状态，对作业不产生任何影响；当提钻至封井器以上一定的位置时，将其关闭，即可达到控制井内流体和压力的目的，并在封井的条件下快速进行后续作业。当下钻至封井器以上一定的位置时，将其打开，即可使井眼畅通，继续下钻，或进行其它作业。 井下封井器的特点 1、保护油气层 可与配套设备结合实现全过程的欠平衡作业，包括钻井、完井、测井过程，从而避免了常规欠平衡钻井施工过程中超压给油气层造成的损害。 2、减少钻井时间 与不压井强行起下钻设备相比可节约起下钻的时间。 3、减少钻井液费用 代替重泥浆压井，从而减少重泥浆的用量。 井下封井器的规格及性能参数 井下封井器的规格参数见表1。 表1 井下封井器规格参数表 型号 外径 (mm) 通径 (mm) 总长 (m) 连接 扣型 FJQ245 310 220 2.7 LTC或BTC FJQ178 210 152 2.6 LTC或BTC FJQ178A 216 158 2.6 LTC或BTC 井下封井器的性能参数见表2。 表2 井下封井器性能参数表 型号 密封压力 (MPa) 开、关压力 (MPa) 开、关 次数 抗拉强度 (t) FJQ245 32 0.75* 75 500 FJQ178 35 0.75* 75 392 FJQ178A 35 0.75* 75 400 *：不包括控制管线的压力损耗。 井下封井器的室内试验 1、井下封井器主阀板开启关闭及密封承压试验 2、疲劳变形试验 3、控制管路高压密封试验 4、井下封井器整体强度和抗压测试 实验表明，开发的井下封井器达到设计要求。 井下封井器的应用要点 采用井下封井器技术可以实现全过程的欠平衡钻井、电测和完井。在需要钻柱或其它作业管柱通过井下封井器时，作业管柱下至井下封井器顶部位置，通过地面压力控制打开井下封