李社坤 周戰(zhàn)云 任文亮 秦克明 侯平

中石化中原石油工程有限公司固井公司

大位移水平井旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式套管浮鞋的研制及應(yīng)用

李社坤 周戰(zhàn)云 任文亮 秦克明 侯平

中石化中原石油工程有限公司固井公司

為了提高浮鞋引導(dǎo)能力，解決大位移水平井套管下入困難的問(wèn)題，研制了一種旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋。利用偏頭引鞋增強(qiáng)引導(dǎo)能力，利用雙向螺旋槽實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整引導(dǎo)狀態(tài)，利用彈浮式回壓密封結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)回壓坐封。該工具引導(dǎo)機(jī)構(gòu)可沿軸線360°自由旋轉(zhuǎn)，耐溫可達(dá)180 ℃，耐回壓能力可達(dá)50 MPa，引導(dǎo)機(jī)構(gòu)自動(dòng)復(fù)位后偏轉(zhuǎn)角度都在10°以內(nèi)。室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋具有較強(qiáng)的自導(dǎo)向能力和反向承壓能力，能夠引導(dǎo)套管在井眼軌跡曲折的水平井眼內(nèi)順利下行，在固井作業(yè)后可靠坐封。由于頁(yè)巖氣井的開(kāi)發(fā)多為大位移水平井，因此，可廣泛應(yīng)用于各類(lèi)頁(yè)巖氣水平井下套管及固井施工作業(yè)。

大位移；水平井；旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)；浮鞋；固井；現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

頁(yè)巖氣在全球范圍內(nèi)分布廣泛，開(kāi)發(fā)潛力巨大，隨著頁(yè)巖氣在全國(guó)范圍內(nèi)的深入開(kāi)發(fā)，水平井鉆完井技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用，特別是大位移水平井的日益增多，對(duì)于頁(yè)巖氣的開(kāi)采起到積極的促進(jìn)作用［1-3］。大位移水平井因水平段過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致完井時(shí)套管在井眼內(nèi)摩阻加大、井眼軌跡蜿蜒曲折使套管柱下端易卡阻，通常套管難以順利下放到位。目前主要可采取2種措施：一是采用滾輪扶正器、套管漂浮技術(shù)［4］以減小套管摩擦阻力；二是在提高下套管引導(dǎo)能力方面采用套管“抬頭”技術(shù)，即在常規(guī)引鞋上部加裝1只整體剛性扶正器，使引鞋盡量在井眼內(nèi)保持居中狀態(tài)［5］，以使套管更易于通過(guò)狗腿度較大的井段，但是由于引鞋外部的剛性扶正器增大了套管下端的外徑，遇到縮徑井段時(shí)不易通過(guò)，無(wú)形中增加了下套管遇阻的風(fēng)險(xiǎn)；另外還可以采用一種偏頭浮鞋［6-8］，該種浮鞋具有坡度較大的引導(dǎo)面，當(dāng)下套管遇阻時(shí)，可通過(guò)反復(fù)“上提+下放”的方式來(lái)通過(guò)遇阻井段，但由于其偏頭引鞋不具有自動(dòng)調(diào)整引導(dǎo)狀態(tài)的功能，即使經(jīng)過(guò)多次“上提+下放”操作，也不易調(diào)整至最佳引導(dǎo)狀態(tài)，使用時(shí)操作較為不便；其次，該種浮鞋的彈簧式回壓坐封結(jié)構(gòu)可靠性相對(duì)較差，因其密封面固定，經(jīng)流體長(zhǎng)時(shí)間沖刷容易損壞，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況也表明其可靠率相對(duì)較低。

因此，針對(duì)上述不足，研制一種能夠自動(dòng)調(diào)整最佳引導(dǎo)狀態(tài)，并且具有較高回壓坐封可靠性的引導(dǎo)工具，對(duì)于確保大位移水平井套管順利下放到位將有著積極的意義。

1 旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式套管浮鞋的研制

Development of rotary self-guidance casing float shoe

1.1 結(jié)構(gòu)

Structure

為提高引導(dǎo)工具的引導(dǎo)能力，研制了旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋，組成部分主要包括殼體、引導(dǎo)機(jī)構(gòu)、回壓密封機(jī)構(gòu)3部分?；貕好芊鈾C(jī)構(gòu)位于殼體內(nèi)部，二者之間通過(guò)螺紋相連，引導(dǎo)機(jī)構(gòu)（偏頭引鞋）位于殼體下部，二者之間通過(guò)兩道滾珠槽及滾珠相連，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of rotary self-guidance float shoe

（1）殼體的主要功能是將回壓密封機(jī)構(gòu)和引導(dǎo)機(jī)構(gòu)整合在一起，同時(shí)通過(guò)它與套管連接。因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為管狀結(jié)構(gòu)，上端設(shè)有連接螺紋以便于連接套管，下端內(nèi)壁設(shè)有環(huán)形凹槽，以便于通過(guò)滾珠與引導(dǎo)結(jié)構(gòu)相連。

（2）引導(dǎo)機(jī)構(gòu)的主要功能是提供較強(qiáng)的導(dǎo)引力、提供自動(dòng)調(diào)整最佳引導(dǎo)狀態(tài)的能力，提供液流通道，能夠與殼體連接且具有較小的旋轉(zhuǎn)摩擦力。因此引導(dǎo)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為圓柱狀結(jié)構(gòu)，其下端相對(duì)設(shè)有副引導(dǎo)面（小球面）和主引導(dǎo)面（大球面），主引導(dǎo)面的半徑為副引導(dǎo)面半徑的兩倍，當(dāng)主引導(dǎo)面正對(duì)所接觸的井壁時(shí)，其引導(dǎo)通過(guò)能力要強(qiáng)于副引導(dǎo)面。上述結(jié)構(gòu)能夠確保其引導(dǎo)能力不低于常規(guī)的半球式引鞋。

為使引導(dǎo)機(jī)構(gòu)（偏頭引鞋）具有自動(dòng)調(diào)整最佳引導(dǎo)狀態(tài)的能力，在其外壁對(duì)稱設(shè)置數(shù)條左旋螺旋槽和右旋螺旋槽；下套管時(shí)井壁摩擦力可使偏頭引鞋向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，直到兩種旋向的螺旋槽同時(shí)接觸井壁時(shí)方停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)主引導(dǎo)面朝向所接觸的井壁，處于最佳引導(dǎo)狀態(tài)。為了使螺旋槽能夠提供較為合理的摩擦旋轉(zhuǎn)力矩，其螺旋角設(shè)置為±（15°～ 45°）。

為使引導(dǎo)機(jī)構(gòu)（偏頭引鞋）既能與殼體可靠相連，又能便于旋轉(zhuǎn)，在其上部外壁設(shè)置2道滾珠槽，然后通過(guò)多個(gè)滾珠與殼體下部相連。引導(dǎo)機(jī)構(gòu)（偏頭引鞋）的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 引導(dǎo)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of guide mechanism

（3）回壓密封機(jī)構(gòu)的主要功能是確保液流只能單向?qū)ā⒚芊饪煽亢湍突貕骸Ｒ虼?，設(shè)計(jì)的回壓密封機(jī)構(gòu)主要由閥座、閥球、球托、球籃和彈簧等零件構(gòu)成，閥座為圓板狀結(jié)構(gòu)，外圓面設(shè)置螺紋，其中心開(kāi)有通孔，通孔下端設(shè)內(nèi)錐面，內(nèi)錐面與閥球配合可實(shí)現(xiàn)單向密封，球籃與閥座通過(guò)螺紋聯(lián)接，其內(nèi)依次容納閥球、球托和彈簧，彈簧彈力通過(guò)球托作用于閥球，使其與閥座下端內(nèi)錐面緊密接觸。由于閥球在液力沖擊下可任意轉(zhuǎn)動(dòng)，且彈簧可緩沖液力沖擊，由此可避免閥球因劇烈撞擊而損壞；此外，閥球可在彈簧或返流單獨(dú)或共同作用下完成坐封，功能可靠性大大提高。為提高閥球的耐溫耐壓能力，其芯部材質(zhì)采用膠木、碳纖維、玻璃鋼或鋁合金，其外表裹覆耐高溫氟橡膠，由此也可進(jìn)一步提高密封效果，回壓密封機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 回壓密封機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of backpressure sealing mechanism

1.2 工作原理

Working principle

使用該工具時(shí)，將殼體上部的內(nèi)螺紋旋接于套管柱下端后進(jìn)行下套管作業(yè)。下套管過(guò)程中，偏頭引鞋側(cè)壁上螺旋槽與井壁摩擦?xí)a(chǎn)生不同旋向的力矩，該力矩會(huì)使引鞋向相應(yīng)的方向旋轉(zhuǎn)，直到左旋螺旋槽與右旋螺旋槽同時(shí)與井壁發(fā)生接觸，不同旋向的力矩相互抵消，偏頭引鞋方停止轉(zhuǎn)動(dòng)；此時(shí)，偏頭引鞋下端引導(dǎo)能力較強(qiáng)的大球面始終朝向所接觸的井壁，使得即使遇到較大的曲折井段也能順利通過(guò)，由此增強(qiáng)了引導(dǎo)能力，確保套管能夠順利下入。

1.3 技術(shù)參數(shù)

Technical parameter

針對(duì)?139.7 mm套管設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式套管浮鞋技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of rotary self-guidance casing float shoe

1.4 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

Structural characteristic（1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能可靠，液流通道暢通，液流阻力較??；（2）具有可沿軸線360°自由旋轉(zhuǎn)的偏頭引鞋，下套管過(guò)程中可自動(dòng)調(diào)整導(dǎo)向方位，提高套管柱通過(guò)能力，防止套管在曲折井段遇阻；（3）耐溫可高達(dá)180 ℃，其反向承壓能力可達(dá)50 MPa；（4）內(nèi)部回壓裝置采用功能可靠性較高的彈浮式結(jié)構(gòu)，一次坐封成功率高；（5）引導(dǎo)能力強(qiáng)，特別適用于井眼軌跡不規(guī)則井段套管的下入引導(dǎo)。

2 室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)

Laboratory evaluation test

為了驗(yàn)證旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋的綜合性能能否滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)其耐沖蝕能力、反向承壓能力、自導(dǎo)向能力等進(jìn)行了室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)。

2.1 耐沖蝕性能試驗(yàn)

Erosion resistance test

耐沖蝕性能試驗(yàn)（也稱壽命試驗(yàn)）的主要目的在于評(píng)價(jià)浮鞋在規(guī)定排量液體長(zhǎng)時(shí)間沖蝕過(guò)程中保持反向坐封的能力，SY/T 5618—2009《套管用浮箍、浮鞋》中要求?139.7 mm規(guī)格的排量不小于2.0 m3/min，沖刷時(shí)間不少于24 h。為了評(píng)價(jià)旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋的耐沖蝕性能，將1只加工好的旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋（規(guī)格：FXIII-XZ 5-1/2LTC10.54P110）樣品置入浮箍浮鞋耐沖蝕性能實(shí)驗(yàn)裝置中（如圖4所示），試驗(yàn)介質(zhì)為清水，升溫時(shí)間150 min，循環(huán)排量2 m3/min，初始溫度27 ℃，循環(huán)溫度82 ℃，分別經(jīng)過(guò)24 h、48 h、72 h的沖蝕試驗(yàn)，浮鞋內(nèi)部構(gòu)件閥球、彈簧、閥座密封面等結(jié)構(gòu)未見(jiàn)任何損壞。用同樣方法對(duì)相同規(guī)格常規(guī)的彈簧式和浮球式浮鞋進(jìn)行試驗(yàn)，閥芯在48 h時(shí)已發(fā)生明顯磨損或損壞，反向坐封能力部分喪失。試驗(yàn)結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋的耐沖蝕能力不僅滿足標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5618—2009的技術(shù)要求，而且優(yōu)于其他類(lèi)型的浮鞋。

圖4 旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋耐沖蝕性能實(shí)驗(yàn)裝置Fig.4 Experimental apparatus for testing the erosion resistance of rotary self-guidance float shoe

2.2 反向承壓能力試驗(yàn)

Reverse pressure bearing capacity test

反向承壓能力試驗(yàn)的主要目的是評(píng)價(jià)浮鞋回壓密封強(qiáng)度能否滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求，SY/T 5618—2009中規(guī)定Ⅲ型浮鞋反向承壓試驗(yàn)壓力不小于30 MPa，穩(wěn)壓時(shí)間不少于5 min［9］。為了充分評(píng)價(jià)旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋的反向承壓能力，確定進(jìn)行更高壓力級(jí)別的試驗(yàn)，分別在25 MPa、35 MPa、45 MPa、55 MPa、65 MPa的壓力下分別穩(wěn)壓5 min，累計(jì)穩(wěn)壓時(shí)間不小于25 min。試驗(yàn)方案確定后，將旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋反向承壓部件通過(guò)短節(jié)與試壓泵相連，通過(guò)試壓控制系統(tǒng)設(shè)置好試壓程序后開(kāi)啟試壓系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，在設(shè)定的壓力值下分別穩(wěn)壓5 min，壓降均小于0.5 MPa，試壓結(jié)果見(jiàn)圖5；卸壓后拆下浮箍?jī)?nèi)部構(gòu)件，除閥球與閥座接觸處有明顯壓痕外，未發(fā)現(xiàn)其他損壞情況。試驗(yàn)結(jié)果表明：旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋的反向承壓能力遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5618—2009中對(duì)Ⅲ型浮鞋反向承壓標(biāo)準(zhǔn)（30 MPa）的要求［9］，能夠滿足高壓固井作業(yè)的要求。

圖5 旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋反向承壓試壓曲線Fig.5 Reverse pressure bearing test curve of rotary self-guidance float shoe

2.3 自導(dǎo)向能力試驗(yàn)

Self-guidance capacity test

為驗(yàn)證旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋是否具有自動(dòng)調(diào)整最佳引導(dǎo)狀態(tài)的能力，根據(jù)其工作狀態(tài)研究設(shè)計(jì)了試驗(yàn)方案，為了便于觀察試驗(yàn)結(jié)果，采用軸向半剖的?244.5 mm的套管模擬井眼，然后將旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋（規(guī)格：FXIII-XZ 5-1/2LTC10.54P110）置入模擬井眼內(nèi)（模擬井眼內(nèi)徑220 mm，引鞋外徑154 mm，模擬井眼長(zhǎng)度為5 m，內(nèi)壁電焊多個(gè)凸點(diǎn)模擬粗糙的井壁），將殼體相對(duì)于模擬井壁周向固定，防止軸向移動(dòng)過(guò)程中發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；為便于確定偏頭引鞋初始偏轉(zhuǎn)角度和復(fù)位后的偏轉(zhuǎn)角度，在引鞋及殼體上刻畫(huà)刻度線，通過(guò)量取刻線間弧長(zhǎng)計(jì)算偏轉(zhuǎn)角度；然后將偏頭引鞋導(dǎo)向面轉(zhuǎn)向模擬井眼側(cè)壁，確定引鞋初始偏轉(zhuǎn)角度后，軸向移動(dòng)旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋以模擬下套管過(guò)程，觀察偏頭引鞋自動(dòng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向情況，測(cè)量引鞋復(fù)位后偏轉(zhuǎn)角度，模擬結(jié)果見(jiàn)表2。

通過(guò)試驗(yàn)觀察，旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋在移動(dòng)過(guò)程中能夠自動(dòng)調(diào)整并保持引導(dǎo)方位，使引導(dǎo)能力較強(qiáng)的引導(dǎo)面最終始終保持朝向所接觸的井壁；根據(jù)表2數(shù)據(jù)可知，在不同初始偏轉(zhuǎn)角度的情況下移動(dòng)浮鞋，最后偏頭引鞋總能夠復(fù)位至最佳引導(dǎo)狀態(tài)，且復(fù)位后其偏轉(zhuǎn)角度都在10°以內(nèi)。試驗(yàn)結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋具有自動(dòng)調(diào)整最佳引導(dǎo)狀態(tài)的能力。

表2 旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋自導(dǎo)向能力試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Self-guidance capacity test results of rotary selfguidance float shoe

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

Field application

旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋研制成功后，先后在延長(zhǎng)油礦云頁(yè)平2井等3口頁(yè)巖氣水平井進(jìn)行了成功應(yīng)用，取得了良好效果。以云頁(yè)平1-1井為例，該井位于延安市延長(zhǎng)縣張家灘鎮(zhèn)上余佛村南約400 m處，是陜西延長(zhǎng)油礦在鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東南部部署的一口頁(yè)巖氣水平井探井，該井設(shè)計(jì)井深和完鉆井深均為4 180 m，井底位移1 927 m，完鉆垂深2 455 m，最大井斜93°，最大狗腿度5.09 （°）/30 m，套管下深4174 m，套管直徑139.7 mm。

該井固井施工存在以下技術(shù)難點(diǎn)：（1）最大井斜達(dá)到93°，井眼軌跡曲折，最大狗腿度5.09 （°）/30 m，下套管遇阻風(fēng)險(xiǎn)較大；（2）位垂比較大，水平段套管下入摩阻較大，套管不易下放到位；（3）固井施工壓力較高，對(duì)浮箍浮鞋可靠性要求較高。

3.1.1 井眼準(zhǔn)備 （1）用標(biāo)準(zhǔn)鉆頭通井，排量不小于1.8 m3/min，循環(huán)不低于2周；阻卡井段劃眼；（2）固井前鉆井液黏度調(diào)整到80 s以內(nèi)。

3.1.2 技術(shù)措施 （1）為防止套管柱下端遇阻，確?；貕鹤饪煽浚捎靡龑?dǎo)及回壓能力較強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋。（2）針對(duì)水平井下套管摩阻大的問(wèn)題，在2100 ～3 500 m井段每2根套管安裝1只剛性扶正器，在3 500～4 170 m井段每2根套管間隔安裝1只滾輪扶正器。（3）下套管中途遇阻時(shí)，接循環(huán)頭邊循環(huán)邊進(jìn)行下套管作業(yè)，上提下放噸位不超過(guò)工具和鉆井設(shè)備能力的80%［10-11］。

根據(jù)技術(shù)措施確定套管串結(jié)構(gòu)（自下而上）：?139.7 mm旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋+?139.7 mm套管×1根+?139.7 mm浮箍+?139.7 mm套管×1根+?139.7 mm浮箍+?139.7 mm長(zhǎng)圓套管串+短套管（2 683.08～2 693.83 m）+?139.7 mm長(zhǎng)圓套管串+?139.7 mm聯(lián)頂節(jié)。

下套管作業(yè)歷時(shí)24.5 h，作業(yè)過(guò)程中共下入扶正器145個(gè)，灌鉆井液19次，整個(gè)作業(yè)過(guò)程順利。

固井施工作業(yè)過(guò)程中，地面施工連續(xù)正常，替漿過(guò)程壓力為0～14MPa，碰壓22 MPa，水泥漿返出地面，泄壓無(wú)回流，表明浮箍浮鞋密封良好。

該井施工情況表明：旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋引導(dǎo)能力較好，下套管過(guò)程未發(fā)生下鉆時(shí)遇到的阻卡情況，回壓坐封功能可靠，避免了憋壓候凝帶來(lái)的不良影響。

4 結(jié)論

Conclusions

（1）旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋可自動(dòng)調(diào)整最佳引導(dǎo)狀態(tài)，具有較強(qiáng)的自導(dǎo)向能力，可承受較高的反向回壓，具有較強(qiáng)的耐沖蝕性能和較強(qiáng)的功能可靠性。

（2）室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式浮鞋能夠引導(dǎo)水平井套管順利下入，回壓坐封功能可靠，可廣泛應(yīng)用于井眼軌跡曲折的大斜度井、水平井、高壓井的固井施工作業(yè)。

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［8］杜曉瑞.鉆井工具手冊(cè)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1999：384-388.DU Xiaorui.Drilling tool manual ［M］.Beijing:Petroleum Industry Press,1999: 384-388.

［9］套管用浮箍、浮鞋：SY/T 5618—2009 ［S］.Float collar and float choe for casing: SY/T 5618—2009［S］.

［10］周戰(zhàn)云，李社坤，秦克明，郭繼剛.高性能彈浮式套管浮箍的研制及在頁(yè)巖氣井的應(yīng)用［J］.石油鉆探技術(shù)，2016，44（4）：77-81.ZHOU Zhanyun,LI Shekun,QIN Keming,GUO Jigang.The Development of high-performance elastic-floating float collars and their applications in shale gas wells［J］.Petroleum Drilling Techniques,2016,44(4):77-81.

［11］周戰(zhàn)云，李社坤，郭子文，劉華俊，包振江，郭繼剛.頁(yè)巖氣水平井固井工具配套技術(shù)［J］.石油機(jī)械，2016，44（6）：7-13.ZHOU Zhanyun,LI Shekun,GUO Ziwen,LIU Huajun,BAO Zhenjiang,GUO Jigang.Supporting technology of shale gas horizontal well cementing tool［J］.China Petroleum Machinery,2016,44(6): 7-13.

（修改稿收到日期 2017-02-08）

〔編輯 薛改珍〕

Development of rotary self-guidance casing float shoe and its application in extended-reach horizontal wells

LI Shekun,ZHOU Zhanyun,REN Wenliang,QIN Keming,HOU Ping
Cementing Company,SINOPEC Zhongyuan Petroleum Engineering Ltd.,Puyang457001,He’nan,China

A kind of rotary self-guidance float shoe was researched and developed to improve the guidance capacity of float shoes so as to deal with the difficult casing job in extended-reach horizontal wells.An offset guide shoe is used to reinforce the guiding capacity,a bi-directional spiral groove is used to adjust the guiding state automatically and an elastic-floating backpressure sealing structure is used for the realization of backpressure setting.The guidance mechanism of this tool can rotate freely along the axial line by 360°,and it can resist the temperature of 180 ℃ and backpressure of 50 MPa.After the guidance mechanism resets automatically,its angle of deflection is within 10°.It is indicated from laboratory experiments and field application that this rotary self-guidance float shoe is stronger in terms of self-guidance capacity and reverse pressure bearing capacity.By virtue of this tool,casing job can be implemented smoothly in horizontal wells whose hole trajectory is zigzag and the setting after the cementing is reliable.Shale gas wells are mostly in the form of extended-reach horizontal wells,so this tool can be extensively applied to casing job and cementing operation in various shale-gas horizontal wells.

extended reach; horizontal well; rotary self-guidance; float shoe; cementing; field application

李社坤，周戰(zhàn)云，任文亮，秦克明，侯平.大位移水平井旋轉(zhuǎn)自導(dǎo)式套管浮鞋的研制及應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2017，39（3）：323-327.

TE925.2

：B

1000–7393（2017 ）03–0323–05DOI:10.13639/j.odpt.2017.03.013

: LI Shekun,ZHOU Zhanyun,REN Wenliang,QIN Keming,HOU Ping.Development of rotary self-guidance casing float shoe and its application in extended-reach horizontal wells［J］.Oil Drilling & Production Technology,2017,39(3): 323-327.

李社坤（1966-），1988年畢業(yè)于西南石油大學(xué)鉆井工程專業(yè)，現(xiàn)從事固井技術(shù)研究工作。通訊地址：（457001）河南省濮陽(yáng)市華龍區(qū)石化路100號(hào)中原固井公司。電話：0393-4882276。E-mail：Lishekun1@126.com

周戰(zhàn)云（1969-），1993年畢業(yè)于河北承德石油高等技術(shù)專科學(xué)校機(jī)械制造工藝與設(shè)備專業(yè)，現(xiàn)從事固井工具技術(shù)研究工作。通訊地址：（457001）河南省濮陽(yáng)市華龍區(qū)石化路100號(hào)中原固井公司。電話：0393-4883033。E-mail：13839276555@163.com