欠平衡钻井技术及技术规范
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这是国内自主研发的井下封井器的首次成功应用 2019年---集团公司科技局组织招研，我院中标“井下控制阀研制”项目
同年完成夏76、新光1井现场技术服务 2019年---完成广安8井,核桃2,邛西006-x1井,金龙1井技术服务
这是国内7 〞井下封井器首次成功应用。 2019年---进入推广应用阶段及二代封井器的研发
第三部分 井下套管阀技术
1、套管阀的技术现状 2、套管阀的工作原理及结构特点 3、套管阀的作业流程及技术要求 4、应用实例介绍 5、问题分析及总结
井下套管阀
可实现
不压井起下钻 复杂完井管柱下入 欠平衡测井
解决了全过程的欠平衡作业衔接问题 大大提高井口作业效率,节约钻井时间和
钻井成本，提高钻井效益 减少油层损害
g/cm3
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
4139.52
1.15
13--19
9
14--20
15
4327.66
1.22
12--19
12
14--19
14
4557.00
1.22
9--18
14
13--19
17
4750.49
1.22
12--19
13
13--19
16
4824.00
1.20
8--19
15
9--19
18
广安002—H6井
现场应用时间：2019年6月15日－7月18日 井下套管阀规格：FJQ-245 井下套管阀下深：319.18m 上层套管下深：348m 井下工作时间：15天 完成钻井进尺：888m（2093－2981m） 井下套管阀开关次数：5次 施工情况：安装时井口软管出口处接头破裂泄漏，经重新压制井口接
1、套管阀的技术现状
操作方式：液压控制，作业管柱控制 液压控制方式产品代表：
美国威德福公司 中国中石油西部钻探克拉玛依钻井院
作业管柱控制方式产品代表：
美国哈里伯顿公司
2、套管阀的工作原理及结构特点
下
提
钻
钻
欠平衡井井下封井器是接 过
过
程
程
在技术套管某一位置上，
中 的
中 的
开
其中FJQ178型用于149.2mm钻具， FJQ178a型用于152.4mm钻具。
井下套管阀的性能参数
采用地面控制，液压开关，金属接触密封，阀板开启后隐 藏保护等技术。反向密封承压大于35MPa。
型号 FJQ-245
密封压力 （MPa）
35
开关压力 （MPa）
0.75
开关 次数
>75
抗内压 MPa
66
抗外挤 抗拉强度 （MPa） （KN）
61
6870
FJQ-178
35
FJQ-178a
35
0.75
>75
65
0.75
>75
65
43
3800
43
3800
目前井下套管阀已完善技术关键： 1、井下封井器内径变化台阶处均有45°倒角，内部钻 具通过畅通，不会发生卡挂现象。 2、具有可检测井下封井器关闭后井下压力能力的技术 已完成室内试验，正在进行现场试验。
彩54井——新疆油田
现场应用时间：2019年6月8日－6月28日 井下套管阀规格：FJQ-245 井下套管阀下深：406m 上层套管下深：500m 井下工作时间：16天 完成钻井进尺：70m（2990－3060m） 井下套管阀开关次数：3次 施工情况：安装施工正常，三开欠平衡钻进中开关三次后，发生井下
四川油田广安8井
现场应用时间：2019年 井下控制阀规格：FJQ-178Ⅰ 井下控制阀下深：347m 上层技术套管下深：2078m 井下工作时间：13天 完成钻井进尺：547m 井下控制阀开关次数：1次
177.8mm井下封井器国内首次成功应用
四川油田核桃2井
现场应用时间：2019年 井下控制阀规格：FJQ-178Ⅰ 井下控制阀下深：350m 技术套管下深：3217m 井下工作时间：72天 完成钻井进尺：681m 井下控制阀开关次数：15次
后正常下到位。 三开井下套管阀开关正常。
广安002－H1井
现场应用时间：2019年3月11日－4月11日 井下套管阀规格：FJQ-245 井下套管阀下深：318.65m 上层套管下深：348m 井下工作时间：14天 完成钻井进尺：1056m（2019－3066m） 井下套管阀开关次数：2次 施工情况：安装施工正常，三开欠平衡钻进中开关2次后，发现控制管
井深m
泥浆密度g/cm3 关闭压力MPa 关闭时间MPa 开启压力MPa 开启时间MPa 阀底压力MPa
3349.46
1.05
15
10
15
10
<1.3
3454.20
1.06
15
10
15
10
<1.3
3455.95
1.06
15
10
15
10
<1.3
3645.62
1.07
15
10
15
10
<1.3
3648.38
通过此过程说明井下封井器密封效果良好，性能达到 设计指标。
新疆油田夏76井现场试验
现场应用时间：2019年 井下控制阀规格：FJQ-245 井下控制阀下深：390m 上层技术套管下深：3326m 井下工作时间：42天 完成钻井进尺：774m 井下控制阀开关次数：14次
夏76井试验数据(共开关14次）
井 下 套管阀 的 结 构
序号 1
2
3
4
5
6
7
8
名称 上接头 固定套 管接头 液 缸 内滑套 本 体 阀 芯 下接头
液压副管的结构
液压副管结构
钢丝绳 保护层
金属管
倒线器
管线 接头
液压副管固定器
井下套管阀的型号与规格
经过几年的攻关研究，研制出了两种规格 三种型号的井下套管阀。包括用于245mm 套管的FJQ245型，用于178mm套管 FJQ178型和FJQ178a型。
/
3170
套管阀 规格
FJQ245 FJQ245 FJQ245 FJQ245 FJQ178
FJQ245
FJQ178 FJQ245
FJQ245
FJQ245
套管阀下深 套管阀
(m)
开关次数
备注
400 390 428 350 358 319 385 388
/
319.18
7
施工正常
14 施工正常
5
施工正常
2
<1.3
4042.50
1.08
15
10
15
10
<1.3
4100.00
1.08
15
10
15
10
<1.3
4100.00
1.08
15
10
15
10
<1.3
新疆油田新光1井
现场应用时间：2019年 井下控制阀规格：FJQ-245 井下控制阀下深：428m 上层技术套管下深：4548m 井下工作时间：9天 完成钻井进尺：182m 井下控制阀开关次数：5次
线破裂漏油，无法控制套管阀开关，服务提前中止。
具体现象：2019年04月10日，钻至井深3066.45m，提钻，进行关闭操作
时发现回油管线不返油，经检查，发现控制管线上有裂纹发 生渗漏，无法控制套管阀，套管阀服务提前中止。
原因分析：因该井使用嵌入式套管头，环空间隙狭窄，控制管线从套管
关侧口引出操作困难，需反复上提下放套管调整位置，井口 附近的控制管线经多次反复弯曲、摩擦，导致管体变形、磨 损、壁厚变薄，最终造成破裂，密封失效。
• 井下套管阀 的开启关闭 通过控制管 线实现。
井 下 套管阀 的 基 本 构 成
井下套管阀系统组成
地面控制部分
(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)
中间连接部分
(液压副管、卡箍、管接头、液压软管和井
口装置)
井下部分
(井下套管阀和管接头)
套管头旁通 高压软管
4、应用实例介绍
新疆油田夏202井现场试验
现场应用时间：2019年 井下控制阀规格：FJQ-245 井下控制阀下深：400m 上层技术套管下深：3900m 井下工作时间：46天 完成钻井进尺：1000m 井下控制阀开关次数：7次 阀底最大负压：9MPa
夏202井试验数据（共开关7次）
井深m
泥浆密度 关闭压力 关闭时间 开启压力 开启时间 阀底压力
井1下、井封筒井内器钻安井装液位压置力对的钻确柱定形原成则的上推力与
钻柱自身重量的平衡点的位置。
2、完井衬管的长度。
3、套管阀的作业流程及技术要求
井下套管阀的现场安装
1、定滑轮安装 2、液压副管卷筒就位 3、液压副管穿过定滑轮 4、井下封井器安装 5、液压副管卡箍安装
6、高压软管及封堵法兰安装
施工正常*
15 施工正常
2
开关2次后控制管线泄 漏，中止。
5
施工正常
18 施工正常
/
工具井口测试异常， 未入井。
5
施工正常*
注：*为安装时发生管线被挤坏的情况，经处理恢复正常。施工中套管阀开关正常
井下套管阀推广应用早期出现的问题
广安8井
现场应用时间：2019年12月11－28日 井下套管阀规格：FJQ-178 井下套管阀下深：347.09m 上层套管下深：98m 井下工作时间：12天 完成钻井进尺：489m（2087－2576m） 井下套管阀开关次数：2次 施工情况：因套管间隙较小，安装时井口软管2次被挤断，经处理
高压软管及封堵法 兰安装时要求尽可能 套管头为标准卡瓦式 套管头。
上层套管
245或178mm套管
我院井下套管阀的研发历程
2019年---自主立项，开始研发 2019年---首次设计方案完成
申请集团公司立项，申请专利2项（2019年9月） 2019年---完成方案优选，投入样机试制，专利授权（2019年8月） 2019年---完成样机加工，11月首次在夏202井现场应用，获得成功
井下套管阀早期应用情况统计(2019-2019年)
序号
井号
1
夏202井
Байду номын сангаас
2
夏76井
3
新光1井
4
广安8井
5
核桃2井
6 广安002-H1井
7 邛西006－X1井
8
金龙1井
9 广安002-Z1井
10 广安002-H6井
井深 (m) 4900 4100 4700 2576 3278
3066
3789 4018
这是国内自主研发的井下封井器的首次成功应用 2019年---集团公司科技局组织招研，我院中标“井下控制阀研制”项 目
同年完成夏76、新光1井现场技术服务 2019年---完成广安8井,核桃2,邛西006-x1井,金龙1井技术服务
这是国内7 〞井下封井器首次成功应用。 2019年---进入推广应用阶段及二代封井器的研发
头后试压正常。 三开井下套管阀开关正常。
广安002－z1井
现场应用时间：2019年7月 井下套管阀规格：FJQ-245 施工情况：现场安装时，在井场进行入井前测试时，技术人员发现返油
量大于设计值，判断套管阀内部密封存在问题，不具备入井 条件，经请示后，服务中止，该井套管阀未入井。 原因分析：检验标准和手段不完善，存在材质缺陷的零件在室内组装检 测时未能及时发现，经长途运输，至现场发生损坏。
4831.51
1.21
13--19
12
14--19
15
4882.95
1.23
15-19
10
15--19
13
<1.3 <1.3 <1.3 <1.3 <1.3 <1.3
9
第七次开关时阀底压力达到了9MPa，7次开关均顺利完成。
夏202井第七次开启过程的具体情况
前六次开关时，其阀芯上下的欠压值较小。第七次开 关时阀底压力达到了9MPa，通过关半封防喷器，从井口 憋压辅助开启井下封井器。关闭半封后开始井口打压，从 1MPa开始，压力每次增加1MPa,一直增至9MPa, 地面显 示井下封井器开始动作，判断井下封井器上下压力已平衡 ，开始逐渐开启。随后按正常工序由气动液压泵打压，将 井下封井器完全打开。
5、问题分析及总结
我院井下套管阀的研发与应用历程
2019年---自主立项，开始研发 2019年---首次设计方案完成
申请集团公司立项，申请专利2项（2019年9月） 2019年---完成方案优选，投入样机试制，专利授权（2019年8月） 2019年---完成样机加工，11月首次在夏202井现场应用，获得成功
1.07
15
10
15
10
<1.3
3744.96
1.06
15
10
15
10
<1.3
3768.10
1.07
15
10
15
10
<1.3
3772.22
1.06
15
10
15
10
<1.3
3896.00
1.07
15
10
15
10
<1.3
4003.46
1.06
15
10
15
10
<1.3
4040.00
1.06
15
10
15
10
关
能将井眼封死的封井工具
启 状
闭 状
态
态
，确保实现钻井全过程的
欠平衡钻井施工。
• 将井下套管 阀连接在套 管上，下至 设计井深。
• 打开套管阀，下 钻。
• 开始正常钻井。
• 井下套管阀打开 以后，提供的通 径和相应的套管 尺寸相同。
• 提钻时当钻 柱提到井下 套管阀以上 位置时关闭 井下套管阀 ，平衡地层 压力。
套管阀的阀板脱落，经磨铣处理后恢复钻进。
具体过程：2019年6月21日，钻至井深3060m，下钻开启井下套管阀
时，发现返液量未达到设计值，下放钻具在套管阀处遇 阻，打铅印证实阻卡物为套管阀的阀板，经磨铣处理后 恢复钻井。
同年完成夏76、新光1井现场技术服务 2019年---完成广安8井,核桃2,邛西006-x1井,金龙1井技术服务
这是国内7 〞井下封井器首次成功应用。 2019年---进入推广应用阶段及二代封井器的研发
第三部分 井下套管阀技术
1、套管阀的技术现状 2、套管阀的工作原理及结构特点 3、套管阀的作业流程及技术要求 4、应用实例介绍 5、问题分析及总结
井下套管阀
可实现
不压井起下钻 复杂完井管柱下入 欠平衡测井
解决了全过程的欠平衡作业衔接问题 大大提高井口作业效率,节约钻井时间和
钻井成本，提高钻井效益 减少油层损害
g/cm3
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
4139.52
1.15
13--19
9
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15
4327.66
1.22
12--19
12
14--19
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4557.00
1.22
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14
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17
4750.49
1.22
12--19
13
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16
4824.00
1.20
8--19
15
9--19
18
广安002—H6井
现场应用时间：2019年6月15日－7月18日 井下套管阀规格：FJQ-245 井下套管阀下深：319.18m 上层套管下深：348m 井下工作时间：15天 完成钻井进尺：888m（2093－2981m） 井下套管阀开关次数：5次 施工情况：安装时井口软管出口处接头破裂泄漏，经重新压制井口接
1、套管阀的技术现状
操作方式：液压控制，作业管柱控制 液压控制方式产品代表：
美国威德福公司 中国中石油西部钻探克拉玛依钻井院
作业管柱控制方式产品代表：
美国哈里伯顿公司
2、套管阀的工作原理及结构特点
下
提
钻
钻
欠平衡井井下封井器是接 过
过
程
程
在技术套管某一位置上，
中 的
中 的
开
其中FJQ178型用于149.2mm钻具， FJQ178a型用于152.4mm钻具。
井下套管阀的性能参数
采用地面控制，液压开关，金属接触密封，阀板开启后隐 藏保护等技术。反向密封承压大于35MPa。
型号 FJQ-245
密封压力 （MPa）
35
开关压力 （MPa）
0.75
开关 次数
>75
抗内压 MPa
66
抗外挤 抗拉强度 （MPa） （KN）
61
6870
FJQ-178
35
FJQ-178a
35
0.75
>75
65
0.75
>75
65
43
3800
43
3800
目前井下套管阀已完善技术关键： 1、井下封井器内径变化台阶处均有45°倒角，内部钻 具通过畅通，不会发生卡挂现象。 2、具有可检测井下封井器关闭后井下压力能力的技术 已完成室内试验，正在进行现场试验。
彩54井——新疆油田
现场应用时间：2019年6月8日－6月28日 井下套管阀规格：FJQ-245 井下套管阀下深：406m 上层套管下深：500m 井下工作时间：16天 完成钻井进尺：70m（2990－3060m） 井下套管阀开关次数：3次 施工情况：安装施工正常，三开欠平衡钻进中开关三次后，发生井下
四川油田广安8井
现场应用时间：2019年 井下控制阀规格：FJQ-178Ⅰ 井下控制阀下深：347m 上层技术套管下深：2078m 井下工作时间：13天 完成钻井进尺：547m 井下控制阀开关次数：1次
177.8mm井下封井器国内首次成功应用
四川油田核桃2井
现场应用时间：2019年 井下控制阀规格：FJQ-178Ⅰ 井下控制阀下深：350m 技术套管下深：3217m 井下工作时间：72天 完成钻井进尺：681m 井下控制阀开关次数：15次
后正常下到位。 三开井下套管阀开关正常。
广安002－H1井
现场应用时间：2019年3月11日－4月11日 井下套管阀规格：FJQ-245 井下套管阀下深：318.65m 上层套管下深：348m 井下工作时间：14天 完成钻井进尺：1056m（2019－3066m） 井下套管阀开关次数：2次 施工情况：安装施工正常，三开欠平衡钻进中开关2次后，发现控制管
井深m
泥浆密度g/cm3 关闭压力MPa 关闭时间MPa 开启压力MPa 开启时间MPa 阀底压力MPa
3349.46
1.05
15
10
15
10
<1.3
3454.20
1.06
15
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3455.95
1.06
15
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<1.3
3645.62
1.07
15
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<1.3
3648.38
通过此过程说明井下封井器密封效果良好，性能达到 设计指标。
新疆油田夏76井现场试验
现场应用时间：2019年 井下控制阀规格：FJQ-245 井下控制阀下深：390m 上层技术套管下深：3326m 井下工作时间：42天 完成钻井进尺：774m 井下控制阀开关次数：14次
夏76井试验数据(共开关14次）
井 下 套管阀 的 结 构
序号 1
2
3
4
5
6
7
8
名称 上接头 固定套 管接头 液 缸 内滑套 本 体 阀 芯 下接头
液压副管的结构
液压副管结构
钢丝绳 保护层
金属管
倒线器
管线 接头
液压副管固定器
井下套管阀的型号与规格
经过几年的攻关研究，研制出了两种规格 三种型号的井下套管阀。包括用于245mm 套管的FJQ245型，用于178mm套管 FJQ178型和FJQ178a型。
/
3170
套管阀 规格
FJQ245 FJQ245 FJQ245 FJQ245 FJQ178
FJQ245
FJQ178 FJQ245
FJQ245
FJQ245
套管阀下深 套管阀
(m)
开关次数
备注
400 390 428 350 358 319 385 388
/
319.18
7
施工正常
14 施工正常
5
施工正常
2
<1.3
4042.50
1.08
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4100.00
1.08
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新疆油田新光1井
现场应用时间：2019年 井下控制阀规格：FJQ-245 井下控制阀下深：428m 上层技术套管下深：4548m 井下工作时间：9天 完成钻井进尺：182m 井下控制阀开关次数：5次
线破裂漏油，无法控制套管阀开关，服务提前中止。
具体现象：2019年04月10日，钻至井深3066.45m，提钻，进行关闭操作
时发现回油管线不返油，经检查，发现控制管线上有裂纹发 生渗漏，无法控制套管阀，套管阀服务提前中止。
原因分析：因该井使用嵌入式套管头，环空间隙狭窄，控制管线从套管
关侧口引出操作困难，需反复上提下放套管调整位置，井口 附近的控制管线经多次反复弯曲、摩擦，导致管体变形、磨 损、壁厚变薄，最终造成破裂，密封失效。
• 井下套管阀 的开启关闭 通过控制管 线实现。
井 下 套管阀 的 基 本 构 成
井下套管阀系统组成
地面控制部分
(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)
中间连接部分
(液压副管、卡箍、管接头、液压软管和井
口装置)
井下部分
(井下套管阀和管接头)
套管头旁通 高压软管
4、应用实例介绍
新疆油田夏202井现场试验
现场应用时间：2019年 井下控制阀规格：FJQ-245 井下控制阀下深：400m 上层技术套管下深：3900m 井下工作时间：46天 完成钻井进尺：1000m 井下控制阀开关次数：7次 阀底最大负压：9MPa
夏202井试验数据（共开关7次）
井深m
泥浆密度 关闭压力 关闭时间 开启压力 开启时间 阀底压力
井1下、井封筒井内器钻安井装液位压置力对的钻确柱定形原成则的上推力与
钻柱自身重量的平衡点的位置。
2、完井衬管的长度。
3、套管阀的作业流程及技术要求
井下套管阀的现场安装
1、定滑轮安装 2、液压副管卷筒就位 3、液压副管穿过定滑轮 4、井下封井器安装 5、液压副管卡箍安装
6、高压软管及封堵法兰安装
施工正常*
15 施工正常
2
开关2次后控制管线泄 漏，中止。
5
施工正常
18 施工正常
/
工具井口测试异常， 未入井。
5
施工正常*
注：*为安装时发生管线被挤坏的情况，经处理恢复正常。施工中套管阀开关正常
井下套管阀推广应用早期出现的问题
广安8井
现场应用时间：2019年12月11－28日 井下套管阀规格：FJQ-178 井下套管阀下深：347.09m 上层套管下深：98m 井下工作时间：12天 完成钻井进尺：489m（2087－2576m） 井下套管阀开关次数：2次 施工情况：因套管间隙较小，安装时井口软管2次被挤断，经处理
高压软管及封堵法 兰安装时要求尽可能 套管头为标准卡瓦式 套管头。
上层套管
245或178mm套管
我院井下套管阀的研发历程
2019年---自主立项，开始研发 2019年---首次设计方案完成
申请集团公司立项，申请专利2项（2019年9月） 2019年---完成方案优选，投入样机试制，专利授权（2019年8月） 2019年---完成样机加工，11月首次在夏202井现场应用，获得成功
井下套管阀早期应用情况统计(2019-2019年)
序号
井号
1
夏202井
Байду номын сангаас
2
夏76井
3
新光1井
4
广安8井
5
核桃2井
6 广安002-H1井
7 邛西006－X1井
8
金龙1井
9 广安002-Z1井
10 广安002-H6井
井深 (m) 4900 4100 4700 2576 3278
3066
3789 4018
这是国内自主研发的井下封井器的首次成功应用 2019年---集团公司科技局组织招研，我院中标“井下控制阀研制”项 目
同年完成夏76、新光1井现场技术服务 2019年---完成广安8井,核桃2,邛西006-x1井,金龙1井技术服务
这是国内7 〞井下封井器首次成功应用。 2019年---进入推广应用阶段及二代封井器的研发
头后试压正常。 三开井下套管阀开关正常。
广安002－z1井
现场应用时间：2019年7月 井下套管阀规格：FJQ-245 施工情况：现场安装时，在井场进行入井前测试时，技术人员发现返油
量大于设计值，判断套管阀内部密封存在问题，不具备入井 条件，经请示后，服务中止，该井套管阀未入井。 原因分析：检验标准和手段不完善，存在材质缺陷的零件在室内组装检 测时未能及时发现，经长途运输，至现场发生损坏。
4831.51
1.21
13--19
12
14--19
15
4882.95
1.23
15-19
10
15--19
13
<1.3 <1.3 <1.3 <1.3 <1.3 <1.3
9
第七次开关时阀底压力达到了9MPa，7次开关均顺利完成。
夏202井第七次开启过程的具体情况
前六次开关时，其阀芯上下的欠压值较小。第七次开 关时阀底压力达到了9MPa，通过关半封防喷器，从井口 憋压辅助开启井下封井器。关闭半封后开始井口打压，从 1MPa开始，压力每次增加1MPa,一直增至9MPa, 地面显 示井下封井器开始动作，判断井下封井器上下压力已平衡 ，开始逐渐开启。随后按正常工序由气动液压泵打压，将 井下封井器完全打开。
5、问题分析及总结
我院井下套管阀的研发与应用历程
2019年---自主立项，开始研发 2019年---首次设计方案完成
申请集团公司立项，申请专利2项（2019年9月） 2019年---完成方案优选，投入样机试制，专利授权（2019年8月） 2019年---完成样机加工，11月首次在夏202井现场应用，获得成功
1.07
15
10
15
10
<1.3
3744.96
1.06
15
10
15
10
<1.3
3768.10
1.07
15
10
15
10
<1.3
3772.22
1.06
15
10
15
10
<1.3
3896.00
1.07
15
10
15
10
<1.3
4003.46
1.06
15
10
15
10
<1.3
4040.00
1.06
15
10
15
10
关
能将井眼封死的封井工具
启 状
闭 状
态
态
，确保实现钻井全过程的
欠平衡钻井施工。
• 将井下套管 阀连接在套 管上，下至 设计井深。
• 打开套管阀，下 钻。
• 开始正常钻井。
• 井下套管阀打开 以后，提供的通 径和相应的套管 尺寸相同。
• 提钻时当钻 柱提到井下 套管阀以上 位置时关闭 井下套管阀 ，平衡地层 压力。
套管阀的阀板脱落，经磨铣处理后恢复钻进。
具体过程：2019年6月21日，钻至井深3060m，下钻开启井下套管阀
时，发现返液量未达到设计值，下放钻具在套管阀处遇 阻，打铅印证实阻卡物为套管阀的阀板，经磨铣处理后 恢复钻井。