韓 飛，王 力，陽文發(fā)，于海洋

（1.中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，北京100195；2.中石油吉林油田 鉆井工藝研究院，吉林 松原138000；3.濰坊市宇宏石油機(jī)械有限公司，山東 濰坊262100）

旋轉(zhuǎn)引鞋管柱下放工具研制

韓 飛1，王 力2，陽文發(fā)2，于海洋3

（1.中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，北京100195；2.中石油吉林油田 鉆井工藝研究院，吉林 松原138000；3.濰坊市宇宏石油機(jī)械有限公司，山東 濰坊262100）

水平井及大位移井井眼存在砂橋及縮頸，經(jīng)常導(dǎo)致完井管柱（尤其是配有封隔器等復(fù)雜的完井管柱）下放困難。通過對國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的調(diào)研，結(jié)合國內(nèi)油田的需要，提出了新的管柱下放方案，研制了旋轉(zhuǎn)引鞋管柱下放工具。介紹了該工具的結(jié)構(gòu)、工作原理、廠內(nèi)及現(xiàn)場試驗情況。廠內(nèi)試驗及現(xiàn)場應(yīng)用證明該工具能夠解決井眼砂橋及井眼縮頸條件下管住的下放問題。

管柱；下套管；工具

水平井固井、完井的困難在于套管如何順利下入水平井段［1-3］。目前，針對完井管柱的下放困難問題，國內(nèi)已經(jīng)研發(fā)出了一些工具，例如頂驅(qū)下套管裝置［4］，可循環(huán)式井口加壓裝置［5］及下套管牽引裝置［6］等。其中，頂驅(qū)下套管裝置主要特點是直接利用頂驅(qū)的轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)套管的上卸扣并可隨時循環(huán)泥漿；可循環(huán)式井口加壓裝置主要特點是增加管柱的下放壓力并可隨時循環(huán)泥漿；下套管牽引裝置主要特點是利用水力作用在井下實現(xiàn)自牽引，增加管柱下放的牽引力。

經(jīng)調(diào)研分析，目前，頂驅(qū)下套管裝置已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，其能夠大幅提高下套管作業(yè)效率；可循環(huán)式井口加壓裝置處于原理樣機(jī)階段；下套管牽引裝置仍處于概念階段。上述裝置及工具各有特點，在解決管柱下放困難問題方面發(fā)揮了一定的作用，可處理簡易井眼砂橋引起的管柱下放問題，但是很難解決井眼縮頸造成的管柱下放問題。

通過對相關(guān)技術(shù)調(diào)研，中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院鉆井機(jī)械所研發(fā)了一種新型管柱下放工具，其可以通過提放及泥漿循環(huán)實現(xiàn)套管鞋相對整個管柱旋轉(zhuǎn)，具有井眼縮頸段的擴(kuò)眼功能。該工具可配套頂驅(qū)下套管裝置或可循環(huán)式井口加壓裝置使用，可大幅增加管柱下放的成功率。

1 結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)引鞋管柱下放工具取代常規(guī)套管鞋，直接安裝在完井管柱最下端。該工具主要由傳動芯軸、旋轉(zhuǎn)套接頭、旋轉(zhuǎn)套、套管鞋、傳動銷及剪切銷等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 旋轉(zhuǎn)引鞋管柱下放工具結(jié)構(gòu)

其中，傳動芯軸上加工有螺旋導(dǎo)向槽，可以通過傳動銷將傳動芯軸的上下運(yùn)動轉(zhuǎn)化為套管鞋的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；套管鞋外面加工有硬質(zhì)合金（如圖2），具有擴(kuò)眼功能。

圖2 套管鞋樣品

2 工作原理

旋轉(zhuǎn)引鞋管柱下放工具直接安裝在完井管柱最下端，其可通過完井管柱的提放作業(yè)實現(xiàn)套管鞋的旋轉(zhuǎn)。具體的工作原理是：井口將該工具與完井管柱連接在一起；正常下放管柱作業(yè)，一旦管柱下放遇阻，加壓將剪切銷剪斷；井口連接好循環(huán)裝置，循環(huán)泥漿（頂驅(qū)須配備頂驅(qū)下套管裝置，方鉆桿須要配備變扣接頭），同時提放管柱，套管鞋旋轉(zhuǎn)，直至管柱下放到設(shè)計位置。

3 主要技術(shù)參數(shù)

表1為適用于?139.7 mm（5?2英寸）套管的旋轉(zhuǎn)引鞋管柱下放工具的主要技術(shù)參數(shù)。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

4 廠內(nèi)試驗

4.1 功能原理試驗

主要是為了驗證工具的功能原理是否可行，設(shè)計參數(shù)是否合理。

1） 試驗方法 先將1個滑套安裝在工具的外套上，該滑套為普通鐵管，可相對外套上下滑動；將工具固定在拆裝架上，固定鉗夾緊工具外套上的滑套；拆裝架移動鉗夾緊傳動心軸絲扣端；往復(fù)移動拆裝架移動鉗，觀察套管鞋是否自由旋轉(zhuǎn)。

2） 試驗結(jié)果 套管鞋在往復(fù)移動拆裝架移動鉗時，能夠自由旋轉(zhuǎn)，證明該工具功能原理可行，設(shè)計合理。

4.2 工作轉(zhuǎn)矩測試

轉(zhuǎn)矩參數(shù)是該工具作業(yè)的重要參數(shù)，轉(zhuǎn)矩參數(shù)直接影響該工具解決縮頸井眼遇阻的能力。

1） 試驗方法 先進(jìn)行傳動銷的抗剪強(qiáng)度測試；根據(jù)測試數(shù)據(jù)，完成工具工作轉(zhuǎn)矩的分析。

2） 試驗結(jié)果 傳動銷在150 k N載荷下仍能正常工作，結(jié)合螺旋導(dǎo)向槽的設(shè)計參數(shù)計算，該工具的最大轉(zhuǎn)矩大于700 N·m。

4.3 工作排量測試

泥漿排量參數(shù)是該工具作業(yè)的重要參數(shù)，合理的泥漿排量能夠防止工具傳動芯軸上提作業(yè)時的套管鞋的跟隨。

1） 試驗方法 先將傳動芯軸的螺紋端連接水管線；外套固定在試驗臺架上，泵入清水；測試傳動芯軸相對外套運(yùn)動時的清水排量。

2） 試驗結(jié)果 清水排量在18 L／s時，傳動芯軸開始運(yùn)動。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

2013-10-13 ，旋轉(zhuǎn)引鞋管柱下放工具在吉林松遼盆地南部新立Ⅲ區(qū)塊吉＋22-16井首次現(xiàn)場試驗。該井是1口定向井，設(shè)計井深為1 382 m。該井1 104～1 382 m地層為白堊系青山口組、泉頭組，鉆完井過程中易出現(xiàn)塌、漏、卡等問題。為應(yīng)對該問題，決定采用139.7 mm（5?2英寸）油層套管＋旋轉(zhuǎn)引鞋管柱下放工具完井。完井管柱成功下放到設(shè)計井深，固井順利。

6 結(jié)語

旋轉(zhuǎn)引鞋管柱下放工具提供了一種新型管柱下放理念，廠內(nèi)試驗及現(xiàn)場應(yīng)用驗證了其能夠解決井眼砂橋及井眼縮頸的問題。此外，筆者認(rèn)為其與頂驅(qū)下套管裝置配套應(yīng)用效果會更好。隨著該工具的不斷完善，將實現(xiàn)在無需通井條件下的管柱下放作業(yè)。

［1］ 王德新，于潤橋.套管柱在水平井彎曲段的可下入性［J］.石油鉆探技術(shù)，1997，25（1）：12-13.

［2］ 陳浩，劉承杰，劉清友，等.套管柱與鉆柱間側(cè)向力的分析［J］.天然氣工業(yè)，2001，21（4）：63-65.

［3］ 張東海.TK112 H深層水平井固井技術(shù)［J］.天然氣工業(yè)，2004，24（8）：45-46.

［4］ 梁政，張力文，蔣發(fā)光，等.頂驅(qū)下套管驅(qū)動工具現(xiàn)狀與發(fā)展建議［J］.石油礦場機(jī)械，2013，42（1）：1-5.

［5］ 王輝，何軍，賈濤，等.可循環(huán)式井口加壓裝置的研究［J］.石油機(jī)械，2008，36（9）：97-98.

［6］ 陳浩，王長江，董林，等.新型水平井固井下套管牽引裝置研制［J］.天然氣工業(yè)，2010，30（4）：80-83.

Study of Rotatable Casing Shoe Tubular Running Tool

HAN Fei1，WANG Li2，YANG Wen-f a2，YU Hai-yang3
（1.CNPC Drilling Research Institute，Beijing 100195，China；2.Drilling Research Institute，Jilin Oil Fiel d，Songyuan 138000，China；3.Weif ang Yuhong Petroleum Machiner y，Weif ang 262100，China）

There are some problems of tubular r unning in horizontal wells or extended reach wells encountering sand bridges or hole shrinkages，especiall y f or co mplicated co mpletion t ubular such as packers etc.Accor ding to research of domestic related technologies and requirements of do mestic oil fiel ds，a r otatable casing shoe tubular r unning tool has been developed.The str uct ure，wor king principle，lab test and field test of rotatable casing shoe tubular r unning tool in details are intr oduced in this paper.Lab test and fiel d test pr ove ability that t his tool can r un co mpletion t ubulars in horizontal wells or extended reach wells with sand bridges or hole shrinkages.

pipe string；casing r unning；tool

TE925.303

B

1001-3482（2014）06-0025-03

2013-12-02

韓 飛（1982-），男，遼寧葫蘆島人，工程師，碩士，2008年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）機(jī)械設(shè)計及理論專業(yè)，從事石油鉆井裝備與工具研究，E-mail：hanfeidri＠cnpc.com.cn。