畢雪亮，李 鋼，王 鵬，逯廣東，韓福偉

（1.東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶163318；2.渤海鉆探工程有限公司 第三鉆井公司，天津300280）①

浮箍是套管串及固井過程的重要工具，要求結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定，在保證固井工作質(zhì)量中起著關(guān)鍵作用。浮箍安裝在引鞋上，在下套管的過程中，常規(guī)非自灌漿浮箍的回壓閥會關(guān)閉，管內(nèi)的液柱處于真空狀態(tài)；要使管內(nèi)外的壓力保持平衡，只能人工地向管內(nèi)灌入泥漿，所以必須事先停止下套管作業(yè)。但在復(fù)雜井中，這種做法可能導(dǎo)致套管被卡等事故，費(fèi)時(shí)且費(fèi)力。為此，相關(guān)技術(shù)人員研制了各種自動(dòng)灌漿浮箍。但在實(shí)際使用過程中，發(fā)現(xiàn)自動(dòng)灌漿浮箍的結(jié)構(gòu)和加工工藝比較復(fù)雜，且成本較高，因?yàn)楦」康耐鈿?nèi)部鑲有襯套等結(jié)構(gòu)，所以浮箍的內(nèi)徑小于套管內(nèi)徑，導(dǎo)致泥漿通過時(shí)阻力大、流量小、浮箍重力比較大［1］。在注水泥后，反向回壓的密封性能不可靠，容易造成水泥漿返回井內(nèi)，水泥塞過高，外部環(huán)空不能完全封隔，嚴(yán)重影響固井質(zhì)量。為改善這些情況，本文對自動(dòng)灌漿浮箍的結(jié)構(gòu)和工藝進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后的浮箍結(jié)構(gòu)和加工工藝較簡單，不需要鑲?cè)胍r套，不僅降低了生產(chǎn)成本，也方便了現(xiàn)場使用，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，雙閥蓋合葉關(guān)閉時(shí)兩道密封確保了套管內(nèi)的鉆井液不進(jìn)入環(huán)形空間，同時(shí)使得水泥漿不能倒流至套管內(nèi)，保證了固井質(zhì)量。

1 結(jié)構(gòu)

浮箍安裝在引鞋以上1～2根套管的單根上，它的作用是在下套管過程中可掏空一定量的鉆井液，在浮力的作用下，可使套管串懸浮，以便減輕套管串的重力［2］。另外，自灌漿浮箍可以縮短套管下入井內(nèi)的時(shí)間，同時(shí)在固井注水泥時(shí)使套管外的水泥漿不會倒流入套管內(nèi)，保證注水泥漿的質(zhì)量。結(jié)構(gòu)如圖1所示［3］。其中，左右閥蓋互相配合，可以阻止水泥漿倒流，達(dá)到反向密封作用。浮箍本身通過自動(dòng)灌漿進(jìn)行循環(huán)洗井，調(diào)整鉆井液性能。固井后浮箍內(nèi)部鋁制承托環(huán)等結(jié)構(gòu)具有良好的可鉆性。

圖1 雙合葉浮球式自灌漿浮箍結(jié)構(gòu)示意

2 工作原理

在下套管過程中，泥漿通過塑料擋管內(nèi)部孔道進(jìn)入套管內(nèi)，進(jìn)而完成自動(dòng)灌漿，當(dāng)套管下入井下指定位置時(shí)，向井內(nèi)投入銅球，此時(shí)開泵循環(huán)泥漿，當(dāng)銅球到達(dá)塑料擋管時(shí)，蹩壓（壓力表中壓力有升高變化），塑料擋管蹩掉時(shí)，雙閥蓋合葉關(guān)閉（灌漿速度與塑料擋管內(nèi)徑有關(guān)，內(nèi)徑大則灌漿速度快，可根據(jù)實(shí)際情況改變塑料擋管大小）。該浮箍的一個(gè)作用是通過自動(dòng)灌漿使得鉆井液對套管的浮力減輕、阻力降低，套管內(nèi)液柱壓力與環(huán)空液柱壓力互相平衡，從而使套管能夠迅速地下入井下［4］；另一個(gè)作用是當(dāng)浮箍左右兩側(cè)的雙閥蓋關(guān)閉時(shí)，能起到單流閥的作用，防止水泥漿倒流至套管內(nèi)。

3 主要技術(shù)特點(diǎn)

1） 雙合葉浮球式自灌漿浮箍采用既可自灌又能密封的原理，實(shí)現(xiàn)了浮箍在特殊井型時(shí)縮短套管的下入時(shí)間及形成良好的密封。

2） 該浮箍主要用于引導(dǎo)套管柱順利入井，調(diào)整下套管時(shí)套管柱所受的浮力，在固井時(shí)準(zhǔn)確控制套管內(nèi)水泥塞高度，從而確保固井質(zhì)量［5］。

3） 雙合葉浮球式自灌漿浮箍采用左右閥末端及浮球充滿氫氣的方式來增加浮力，另外左右閥均裝有彈簧，方便打開和關(guān)閉浮箍，打開時(shí)只需增加泵壓，關(guān)閉時(shí)緩慢釋放壓力并由彈簧和浮球同時(shí)關(guān)閉浮箍。

4） 根據(jù)不同井型及井壁是否穩(wěn)定，可調(diào)整浮箍內(nèi)部的塑料擋管直徑來控制自灌漿速度。

4 主要技術(shù)參數(shù)

雙合葉浮球式自灌漿浮箍的主要技術(shù)參數(shù)如表1［6］。

表1 雙合葉浮球式自灌漿浮箍主要技術(shù)參數(shù)

5 關(guān)鍵技術(shù)及制造難點(diǎn)

5.1 材料及螺紋的選擇

該浮箍隨固井工具組合連續(xù)在井下工作，工況相對惡劣，受力變化較大。依據(jù)該浮箍的使用和性能要求，對國內(nèi)外同類浮箍的材料特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，提出了既要實(shí)現(xiàn)浮箍在井下的密封作用又要滿足后續(xù)鉆進(jìn)時(shí)浮箍的可鉆性，所以選擇了浮箍外部本體為鋼制材料，內(nèi)部用水泥或鋁填充，在使用前對其進(jìn)行無損探傷檢測，以確保各零部件的密封性能。針對特殊固井工具可以設(shè)計(jì)特殊錐螺紋或臺肩螺紋與此連接，提高了螺紋的連接強(qiáng)度和零件的互換性。在特殊螺紋的加工及材料選擇方面難度較大，主要考慮地層溫度高或鉆遇腐蝕性氣體可能導(dǎo)致浮箍的失效。

5.2 左右閥蓋及浮球結(jié)構(gòu)

為確保密封的可靠性，采用特殊設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)和材料，左閥蓋及浮球大部分為鋁制材料［7］，末端用氫氣進(jìn)行填充，左閥蓋末端也使用氫氣進(jìn)行填充，主要是為了增加左右閥蓋關(guān)閉后的浮力，使其密封可靠，能更好地阻止水泥漿倒灌至套管內(nèi)。閥蓋末端采用密封氫氣的方式增加浮箍的浮力，對密封端的制造有一定難度，一定要密封好，否則將減弱使用效果。另外，在使用前要對其進(jìn)行密封檢測確保其密封性能良好。

6 使用方法

6.1 在鉆具組合的安裝位置

在固井作業(yè)中，浮箍在引鞋之上同時(shí)連接于套管，典型的套管串組合：引鞋＋套管鞋＋旋流短節(jié)＋浮箍＋短套管＋扶正器＋套管。浮箍連接在套管柱末端向上20～30m 處［8］。

6.2 操作方法

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際使用情況，正確安裝浮箍，根據(jù)固井工藝技術(shù)組裝好套管串，下入井內(nèi)，控制合理下放速度，防止鉆井液回流速度過大影響井壁穩(wěn)定。操作步驟：

1） 按常規(guī)方法下放套管串，此時(shí)雙合葉浮球式自灌漿浮箍通過自動(dòng)灌漿功能夠循環(huán)鉆井液，調(diào)整鉆井液性能同時(shí)加快下套管的速度。當(dāng)套管繼續(xù)下行至井眼指定部位時(shí)，將銅球投入套管內(nèi)，銅球通過自重和循環(huán)鉆井液的壓力不斷下行，當(dāng)銅球下行至塑料擋管端口處時(shí)，會堵塞流動(dòng)出口（端口）。

2） 繼續(xù)加大泵壓在套管內(nèi)形成蹩壓，當(dāng)管內(nèi)壓力逐漸增大直至將塑料擋管蹩掉，浮箍內(nèi)部左閥蓋和右閥蓋及左右閥蓋彈簧由傾斜的初始狀態(tài)到平行的關(guān)閉狀態(tài)，即恢復(fù)到單流閥狀態(tài)。

3） 準(zhǔn)備注入水泥漿固井。水泥漿由套管內(nèi)部注入至端口處，通過壓力的作用使得左右閥蓋打開，水泥漿通過浮箍由套管內(nèi)流向套管外部的環(huán)形空間，水泥漿不斷上升至工程要求的指定位置，碰壓，水泥漿注入完畢，套管外部的環(huán)形空間壓力高于套管內(nèi)壓力，促使浮箍內(nèi)左右閥蓋再次回到關(guān)閉狀態(tài)，將套管內(nèi)與套管外封隔，水泥漿只能停留在套管外的環(huán)形空間，不能倒流至套管內(nèi)部。此時(shí)固井結(jié)束，等待水泥漿的候凝。

7 現(xiàn)場應(yīng)用

雙合葉浮球式自灌漿浮箍在吉林油田現(xiàn)場推廣使用。該井為預(yù)探水平井，應(yīng)用最大井深3 280.33 m，最大井斜83°。經(jīng)應(yīng)用證明，該浮箍在下套管中途循環(huán)鉆井液不影響自動(dòng)灌漿性能，同時(shí)在固井結(jié)束后密封效果良好，耐腐蝕性強(qiáng)，套管內(nèi)無水泥漿侵入，保證了水泥漿在候凝時(shí)完全充滿環(huán)空。

8 結(jié)論

1） 雙合葉浮球式自灌漿浮箍可用于直井、水平井、定向井、套管開窗側(cè)鉆井等多種鉆井、固井作業(yè)，使用范圍較廣。

2） 該浮箍在下放套管時(shí)可以自灌漿，減輕了鉆井液對套管的浮力，減少了套管下入過程中井眼環(huán)空泥漿上返速度，并減少了套管在下放時(shí)卡鉆的幾率，實(shí)現(xiàn)了下套管的連續(xù)施工，利于井壁穩(wěn)定。配合固井工具的使用，易安裝易鉆取，使用安全可靠。

3） 此浮箍主要應(yīng)用于固井，同時(shí)也可應(yīng)用于鉆井中，能夠減少壓力波動(dòng)，防止井漏發(fā)生［9］。

4） 自灌漿浮箍降低了井隊(duì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了下套管的時(shí)間，提高了固井質(zhì)量，降低了鉆井的直接成本。

［1］應(yīng)保慶.自動(dòng)灌浮箍現(xiàn)場應(yīng)用及評價(jià)［J］.石油鉆探技術(shù)，1996，24（2）：1－32.

［2］杭忠俊，顧業(yè)成.浮球式自灌鉆井液浮箍［J］.石油礦場機(jī)械，1994，23（6）：19－22.

［3］張明昌.固井工藝技術(shù)［M］.北京：中國石化出版社，2007：33－35.

［4］袁進(jìn)平，蔡俊林，莊曉謙等.新型固井工具研制［J］.石油鉆采工藝，2002，25（2）：67－68.

［5］劉運(yùn)樓，李福德，劉偉.浮箍井下工作環(huán)境與失效分析［J］.天然氣工業(yè)，2006，26（12）：94－96.

［6］趙金洲，張桂林.鉆井工程技術(shù)手冊：固井［M］.北京：中國石化出版社，2005：658－660.

［7］姜向東，朱和明，孫文俊.易鉆浮箍浮鞋的研制及應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2012，34（5）：107－109.

［8］陳平.鉆井與完井工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006.

［9］張世文.自動(dòng)灌漿浮箍浮鞋設(shè)計(jì)［J］.科技信息，2009（23）：43－44.