套管阀钻井技术

1、套管阀欠平衡钻井技术1 国内外欠平衡钻井技术研究与应用现状 进入20世纪90年代,欠平衡钻井技术在国际上成熟并迅速发展成一项钻井新技术。欠平衡钻井是指在钻井过程中使井筒钻井液的液柱压力低于地层孔隙流体压力,允许地层流体流入井筒并可控制地循环到地面。所以,欠平衡钻井属于压力控制钻井,井底欠压差值的获取和控制是欠平衡钻井实现的关键。 2欠平衡钻井分类表类型介质密度(g/cm3 )低密度流体钻井 清水、油基钻井液、低密度钻井液 1.0气体钻井 空气、天然气、惰性气体、雾状气体 00.04 泡沫钻井 稳定泡沫、不稳定泡沫 0.040.6 充气钻井液钻井 (钻井液中充气) 空气、惰性气体 0.70.9

2、3 欠平衡钻井技术在油气勘探开发中产生了巨大的经济效益，在北美地区得到广泛应用。目前，在美国和加拿大的气相欠平衡钻井、完井技术已经商业化，形成了气相欠平衡钻井技术研究、设备研制、技术服务三位一体的专业化公司。液相欠平衡钻井也应用的较多。从资料报道统计数据表明，美国2005年欠平衡钻井达年钻井总数的30%。如下图所示 欠平衡钻井应用现状4美国19942005年欠平衡钻井数5全世界（除美国外）欠平衡钻井总数对比图 6以Weatherford产品为例，近几年在北美、中东及亚太等地区安装应用10口井，其中可回收式井5口，永久式井5口。最大下入深度4536ft，最大关井压力1770psi，最多单井关井次

3、数为12次，最大安装角度27度（裸眼井段） 美国4口、加拿大2口、阿曼4口套管阀欠平衡钻井应用7DDV 安装在回接套管上-可检查套管阀的情况, 并多次使用重新下入有套管阀的回接套管关闭两次钻井进尺19,200英尺最大关井压力 1,500 PSIDDV - 1875 ft回接, 7” 26# 套管密封总成尾管挂 with PBR (19200 ft)表层 9-5/8” 37#7” 尾管, 3920 ft, 7” 26#KOP 5350 ft6-1/8” Hole8钻井方式 欠平衡钻井数 其中空气钻井口数 雾化/泡沫 所占口数 全世界 28291997663美国 22211450575加拿大 19

4、0896632003年美国和加拿大与全世界气体钻井口数统计表9四川近年来开展欠平衡钻井统计图 10 实现全过程欠平衡钻井有两个途径，一种是使用不压井强制起下钻装置，另一种是近几年新研制开发并在现场成功应用套管阀（井下封井器）。实践表明，套管阀比强行起下钻装置更具优越性。因此，国内也开展了套管阀（井下封井器或井下控制阀）的研制与应用。国内套管阀欠平衡钻井技术现状11 1、上接头 2、副管固定器 3、副管接头 4、液流通道2 5、上液缸 6、上外套 7、下外套 8、内滑套 9、液流通道1 10 下液缸 11、阀座 12、舌板 13、下接头井下套管阀结构图12 套管阀结构示意图13夏72井14 设计

5、井深：3800m,实钻加深至4100m。 一开采用445mm钻头钻至井深500m，下340mm表层套管，水泥浆返至地面。 二开采用311mm钻头钻至井深3360m，下入244.5mm技术套管和245mm井下封井器，采用内管注水泥工艺，水泥浆返至井深1500m。 三开使用215.9mm钻头钻至完钻井深4100m，下178mmX140mm套管固井,水泥浆返至3000m。夏76井现场应用15 夏202井概况: 夏202井位于准噶尔盆地西北缘乌夏断裂带下盘斜坡带夏40井背斜。 钻井目的： 落实夏72井二叠系风城组油层在背斜东部的展布和发育情况，以确定油藏控制因素、油藏类型和规模，为上交探明储量提供依据

6、夏202井现场试验16设计井深：4700m。 一开采用445mm钻头钻至井深500m，下入340mm表层套管，水泥浆返至地面。 二开采用311mm钻头钻至井深4560m，下入244.5mm技术套管和245mm井下封井器，采用内管注水泥工艺，水泥浆返至井深2000m。 三开使用215.9mm钻头钻至完钻井深4700m，下178mmX140mm套管固井,水泥浆返至3500m。新光1井现场应用17套管阀工作原理及结构套管阀基本工作原理 套管阀作为套管程序中一个部件下入，其下入方式有两种。一是套管阀可以和套管一起下入并固在井内，二是也可以采用尾管悬挂器与套管回接方式下入，使用后收回。安装后的套管阀可通

7、过从地面连接到套管阀的控制线施加压力来操作。当套管阀处于开启状态时，可以为钻头提供全井眼通道。起钻时，当钻头起至套管阀以上时，可关闭套管阀，并泄掉套管阀以上套压。即可用常规的起钻速度从井中起出全部钻具而不需要使用强行起下钻装置。下钻时，将钻具刚好下至套管阀上，开启套管阀，当套管阀上、下压力相当时，下入钻柱，继续钻井作业。 18 （1）安装在套管阀的板阀。 （2）开关地面控制 （3）隔绝井底压力。 （4）取代欠平衡钻井、完井过程中起下管 柱所需的强行起下钻装置。 （5）永久性安装套管阀还可用于以后的修 井作业。套管阀工作特点19 目前，Weatherford公司又研制开发了仪表式井下套管阀。仪表

8、式井下套管阀配有探测套管阀阀瓣上下压力和温度的井下传感器和探测套管阀阀瓣位置的位置传感器。井下压力、温度和套管阀阀瓣位置的数据将通过套管阀控制线实时传输到地面。该产品即将投入现场使用。也将开展5”和7 5/8”套管阀的研制开发工作 20 以Weatherford公司产品为例。井下套管阀控制系统分为两部分，一是地面控制系统，二是管线控制系统。地面控制系统部分包括气源、气泵、油箱、储能器和换向阀组成。井下管线控制系统由2根寄生液压管线和1根连接保护钢缆组成。其中2根寄生液压管线外径为6.35mm，内径为3.80mm，能抗高温、高压，耐腐蚀。它是由一定柔性的特殊材料加工制成，连接保护钢缆外径为8mm

9、。上述三根管线包裹在长30mm，宽13mm的实芯橡胶中。控制系统组成21 套管阀控制系统的气源由井队空气压缩机提供，压力约0.8MPa左右，气源带动气泵对油箱提供动力，还可给储能器提供压力储备。当套管阀需要打开时，将换向阀手柄转向“开”位，储能器中液压油（15.417.5MPa）通过寄生液压管线打开开启箱，同时关闭腔道通过另一根寄生液压管线回油（回油量约在3.103.20L之间），同开启箱相连的制动筒随之开始工作，带动阀瓣，将套管阀打开。当需关闭套管阀时，将换向阀手柄转向“关”位，储能器中液压油通过寄生液压管线打开关闭腔，同时开启腔通过另一根寄生液压管线回油，同关闭腔相连的制动筒随之开始工作，

10、带动阀瓣，将套管阀关闭。当完成打开或关闭操作后，应将换向阀手柄转向“中”位，这时锁定开启装置开始工作，以维持套管阀的开启或关闭状态。控制系统操纵原理22 套管阀工作原理及结构1、套管阀结构构成 井下套管阀是一套气控液压机械工具，它由七个 部分组成。 （1）套管阀体。 （2）地面控制系统。 （3）控制管线。 （4）套管头安装。 （5）套管悬挂短节。 （6）拼接短节。 （7）张开锁定工具。 23 井下套管阀利用双控制线操作，包括两条独立的液压力管线。（1）第一条管线用于传递压力打开套管阀。（2）第二条管线用于传递压力关闭套管阀。 其结构如下图所示。2、套管阀操作系统构成24 套管阀控制线结构图 2

11、5 控制线与套管阀的连接配合是实现井下套管阀开启或关闭的关键部件。主要包括三个元件部分。（1）翻板阀短节 该短节主要是封闭井内及地层压力，如下图所示。控制线与套管阀连接设计26翻板阀结构 27翻板阀外型28 翻板单向阀由致动器控制，如下图所示。致动器工作筒下移单向阀关，致动器工作筒向上返回单向阀开。(2)致动器部分29 永久锁定开启位置机构特性是允许将井下安装的套管阀永久锁定在开启位置状态。如下图所示。(3)永久锁定开启位置机构30套管阀工作原理及结构永久性锁定开启特性有如下三个特性。永久锁定开启的套管阀；利用过管柱和锁定开启工具（如下图所示）机械式开启套管阀；一旦锁定开启位置，套管阀将不能够

12、再重新关闭。 31锁定开启工具 32控制线保护装置33井口通过系统34套管阀欠平衡钻井技术应用 欠平衡钻井技术是以常规井控设备与技术为基础，配套专用井口设备必须安装在常规井口设备上。套管阀是保持全过程欠平衡钻井、完井状态的一个重要工具。 35Weatherford公司套管阀产品规格参数表36 国产（新疆石油管理局钻井院）井下封井器规格参数表型号 规格(mm) 最大外径(mm) 最小内径(mm) 工具总长(mm) 外筒钢级 连接扣型 FJQ-178 178220152270035CrMo 长圆扣 37国产（新疆石油管理局钻井院）井下封井器性能参数表型号 规格(mm) 最 大密封压力(Mpa) 允

13、 许开关次数（次） 最 小抗拉强度(t) FJQ-178 1783577538038 井下套管阀（井下封井器）是Weatherford公司独家拥有的专利产品，该公司在美国、加拿大、阿曼、委内瑞拉、印尼、中国等国家的油田均有成功的应用。我国新疆石油管理局钻井研究院拥有这项技术。 井下封井器39 套管阀随技术套管下入井内，但位置不能过深，也绝不可能下在技术套管的底端，因为下入位置越深，需要的控制管线就越长，增加成本费用和控制难度。下入位置要经过计算确定，这一位置应处于压力平衡点。根据地层压力系数和使用的钻井液体系确定井底欠压值，然后计算井口的最大套压，根据这一压力确定套管的下入深度。 套管阀下入深

14、度设计计算40式中：H套管阀下入深度，m； P井口最大套压，MPa; 钻井液密度，g/cm3 套管阀下入深度设计计算41起钻。起钻柱至套管阀以上，关闭套管阀，泄掉套管阀以上的套压。然后，按常规作业方式，从井中起出套管阀以上的钻柱。下钻。按常规作业方式，将钻柱下至套管阀以上。然后关闭闸板防喷器，增套压至压力相当可通过套管阀为止。打开套管阀，将井口压力降至安全井口流动压力。最后打开闸板防喷器继续下钻。下钻顺序 。套管阀起下钻42常规下钻至接近套管阀的上方。关闸板防喷器并加压至套管阀开启。打开套管阀。将井口压力降至安全井口流动压力压。打开闸板防喷器，下钻。 开始钻井程 序。起钻柱至套管阀以上。关闭套

15、管阀，泄掉套管阀以上的套压。按常规作业方式，从井中起出钻柱。 起下钻顺序43套管阀控制图44套管尺寸: 7 下入深度: 347.28m 井段: 20872576m 氮气钻井方式广安8井现场试验45套管阀的安装情况 46套管尺寸: 7 下入深度: 358.36m 井段:32783791m 氮气钻井方式核桃2井现场试验47 套管尺寸: 7 下入深度: 385.09m 井段:33723787m 液体钻井方式邛西006-x1井现场试验48 国外以weatherford为代表率先进行了研究与应用，目前已在美国，加拿大，阿曼，中国等国家进行了十多口井上的安装应用，取得了显著的应用性成果。我国新疆石油管理局

16、钻井研究院也进行了开发研制，并在我国多口井上进行了安装应用，也取得了良好的应用性成果。主要应用成果如表所示。49国家口数套管阀尺寸下入深度（m）完钻井深（m）供应商美国47400138225905852Weatherford加拿大2710952596Weatherford阿曼4740090020003800Weatherford中国97，9 5/840060020875408Weatherford新疆钻井院50 我国套管阀研制开发和应用已有多家研究院所开展了研制工作，其中新疆石油管理局钻井院研制开发的井下封井器（套管阀）在现场试验，在我国取得了良好的应用性成果如表所示。51国内套管阀欠平衡钻井统计表52全过程欠平衡钻井技术是目前低压油气藏勘探开发的重要钻井技术之一。套管阀全过程欠平衡