水平井漂浮短接的设计与探讨
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几个 问题 ：
（ １ ） 内部密 封 。工具 在套 管下人过 程 中承受 的压力
随下入深度的增大而增大， 一旦密封失效 ， 封住的空气 段 将被钻 井液 提 出， 导致 漂 浮下 套 管 失败 。因此 ， 漂 浮 短 接 内部 密封 可靠性是 工具设计 的重 点之一 。 （ ２ ） 承压能力。漂浮短接需要在套管下人过程中始 终处于关闭状态， 套管下入到位后打开 ， 使胶塞通过或
摩阻， 提高水平井下套管工作效率及安全性 ， 减小事故发生， 降低钻井成本。 关键 词 ： 水平 井 ； 漂浮； 滑套 中图分类 号 ： ＴＥ ２ ４ ３ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ４ －５ ７ １ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ —０ Ｏ ９ ３ —０ ３ 近年来随着非常规油气资源勘探开发的深人 ， 水平 井钻井数量逐年增多， 特别是长水平段水平井数量增加 较快。由于长水平井水平段较长的特点， 套管和尾管的 下 人深 度及其 水平位 移还 有井斜 角都较 大 ， 而套管 下入 能力 很 大程度 上取 决 于井 眼 的摩 阻 。套 管 下入 指定 位 置是一 口水平井是否成功 的重要因素 。采用常规下套 管边下边灌钻井液的方式 ， 由于摩 阻很大， 很难将套管 下人指定井深。为了解决水平井及 大位移井下套管摩 阻大 的 问题 ， 采 用新 型下套 管技术 。 漂浮下 套管 技术是 解决 上述 问题 的有效方 法之 一 。 该技 术通过 在套 管 串结 构 中加 入 漂浮短 接 ， 在 漂浮短 接 与套管鞋之间注人空气或低密度钻井液 ， 利用其产生的 浮力 作用 ， 减 小套 管下 人 过 程 中井 壁 对套 管 的摩 阻 ， 有 利 于套 管安全 下人 。
设 计 的漂浮短 接 中采 用 的是 Ｏ 圈 密 封方 式 ， 常 用 的 Ｏ圈材 料性能 如表 １ 所示。
表 １ 常用 Ｏ圈材料性能
图 ２ 戴 维斯 漂 浮 短 接
１ ． ３ 技术 难点分 析
漂浮下 套管 技术 的相 关工具 中， 漂 浮短接起 着非 常 重要 的作用 ， 它要保 证在套 管下 入过程 中封 隔上下 的钻 井 液段 和空 气段 ， 还要 保证 在套 管下 入 到位 ， 后 续 固井 作业 的顺 利进行 ， 因此 ， 设 计 漂浮 短 接首 先 要考 虑 以下
２ ０ １ ３年第 ２期
西 部探矿 工程
９ ３
水 平 井漂 浮短 接 的设 计 与探 讨
纪 博 ， 姜冠楠 ， 于小波
（ 大庆 钻探 工程 公司钻 井工 程技术研 究院 ， 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ４ １ ３ ） 摘 要： 介绍 一种 滑套式 漂浮短接 的 结构及 工作原 理 ， 通过 在套 管 中封 入 一段 空 气， 减 小水 平段 下入
２ 结构设计及 原理 ２ ． １ 密封材 料的选 择
国外生产 漂浮组 件 的公 司 主要 有戴 维 斯 和 哈里 伯
顿这两家公司， 其价格都比较 昂贵。两家公司生产的漂 浮短 接的 内部 结构 和工作原理 有所不 同， 止 塞箍 和盲 板 浮鞋 的结构基 本相 同 。图 ２为戴维斯 公 司的漂 浮短 接 。
井下温 度 随井 深 的增 大而增 大 ， 现场使用 油基钻 井 液需要井下工具有一定 的耐油性 ， 综合 以上 ２ 个 因素， 选择氟橡胶作为工具密封件的材料。 ２ ． ２ 悬挂 方式 井深不 同， 要求 漂 浮短接 的打开 压力也不 同。为 了 能方便地 调整漂 浮短接 的打 开压力 ， 设计 的漂浮短 接采 用 销钉悬挂 的方式 ， 可 以通过 改变销 钉 的截 面尺寸来 增 大或减小剪 销压力 ， 从 而调整 工具打 开压力 。 ２ ． ３ 整体结构 设计 和工作原 理 如 图 ３所 示 ， 滑 套 式 差 动 漂 浮 短 接 上 部 包 括 内滑 套、 外滑套 ， 下部包括下滑套 。滑套分别用销钉与套管 固定 ， 下 滑套位 于浮鞋 上方 。 内滑套 与下 滑套之 间为封 隔 的空气 段 。
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图 １ 大位移水平井漂浮下套管管 串结构
１ 一漂浮短接 ； ２ 一浮箍 ； ３ 一浮鞋
＊ 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — ０ ６ — １ ４ 修 回 日期 ： ２ ０ １ ２ — ０ ６ — ２ １
第一 作者简介 ： 纪博Hale Waihona Puke Baidu １ ９ ８ ５ 一 ） ， 男（ 汉族） ， 黑龙江大庆人 ， 助理工程师 ， 现从事井下工具的研发工作
９ ４
１ ． ２ 国 内外现 状
西 部探矿 工程
２ ０ １ ３年第 ２ 期
胶 塞 随工具 密封部件一 同下 行至 浮鞋处 ， 以完成 后续 固 井 工作 。为 了避免 漂浮短 接 出 现“ 提前 开 ” 和“ 打不 开 ” 的问题 ， 设计 时也要 着重考 虑工具 的承 压能力 。
漂 浮短 接在 漂浮下 套 管 技术 中起 着非 常重 要 的作 用 。 目前 国内使用 的相关 配套工 具 均为 国外 产品 ， 价格
昂贵 。因此 ， 有必要 开 展水 平 井 漂 浮短 接 的研 究 ， 设 计
出新型漂浮下套管工具 ， 达到提高水平井套 管下人效 率， 降低水平井 固井成本的 目的。 １ 漂浮 下套 管技术 １ ． １ 技 术原理 通过在套管串中加入漂浮短接， 利用其密封性能， 将 水平段套 管分隔成 若干 个密 闭单 元 ， 在其 中注入 空气 或 低密度钻井液 ， 利用这类介质 与套 管外钻井 液 的密度 差 ， 使套管 串产生 向上 的浮 力 ， 有效 地 漂浮在 水平 段钻 井液 中， 减小套管下人过 程 中井 壁对套 管 的摩 阻， 有 利于套管 安全下人、 快速下入 ， 提高水平井套管下入时效率。 大位移水平井下套管管串如图 】 所示。
（ １ ） 内部密 封 。工具 在套 管下人过 程 中承受 的压力
随下入深度的增大而增大， 一旦密封失效 ， 封住的空气 段 将被钻 井液 提 出， 导致 漂 浮下 套 管 失败 。因此 ， 漂 浮 短 接 内部 密封 可靠性是 工具设计 的重 点之一 。 （ ２ ） 承压能力。漂浮短接需要在套管下人过程中始 终处于关闭状态， 套管下入到位后打开 ， 使胶塞通过或
摩阻， 提高水平井下套管工作效率及安全性 ， 减小事故发生， 降低钻井成本。 关键 词 ： 水平 井 ； 漂浮； 滑套 中图分类 号 ： ＴＥ ２ ４ ３ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ４ －５ ７ １ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ —０ Ｏ ９ ３ —０ ３ 近年来随着非常规油气资源勘探开发的深人 ， 水平 井钻井数量逐年增多， 特别是长水平段水平井数量增加 较快。由于长水平井水平段较长的特点， 套管和尾管的 下 人深 度及其 水平位 移还 有井斜 角都较 大 ， 而套管 下入 能力 很 大程度 上取 决 于井 眼 的摩 阻 。套 管 下入 指定 位 置是一 口水平井是否成功 的重要因素 。采用常规下套 管边下边灌钻井液的方式 ， 由于摩 阻很大， 很难将套管 下人指定井深。为了解决水平井及 大位移井下套管摩 阻大 的 问题 ， 采 用新 型下套 管技术 。 漂浮下 套管 技术是 解决 上述 问题 的有效方 法之 一 。 该技 术通过 在套 管 串结 构 中加 入 漂浮短 接 ， 在 漂浮短 接 与套管鞋之间注人空气或低密度钻井液 ， 利用其产生的 浮力 作用 ， 减 小套 管下 人 过 程 中井 壁 对套 管 的摩 阻 ， 有 利 于套 管安全 下人 。
设 计 的漂浮短 接 中采 用 的是 Ｏ 圈 密 封方 式 ， 常 用 的 Ｏ圈材 料性能 如表 １ 所示。
表 １ 常用 Ｏ圈材料性能
图 ２ 戴 维斯 漂 浮 短 接
１ ． ３ 技术 难点分 析
漂浮下 套管 技术 的相 关工具 中， 漂 浮短接起 着非 常 重要 的作用 ， 它要保 证在套 管下 入过程 中封 隔上下 的钻 井 液段 和空 气段 ， 还要 保证 在套 管下 入 到位 ， 后 续 固井 作业 的顺 利进行 ， 因此 ， 设 计 漂浮 短 接首 先 要考 虑 以下
２ ０ １ ３年第 ２期
西 部探矿 工程
９ ３
水 平 井漂 浮短 接 的设 计 与探 讨
纪 博 ， 姜冠楠 ， 于小波
（ 大庆 钻探 工程 公司钻 井工 程技术研 究院 ， 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ４ １ ３ ） 摘 要： 介绍 一种 滑套式 漂浮短接 的 结构及 工作原 理 ， 通过 在套 管 中封 入 一段 空 气， 减 小水 平段 下入
２ 结构设计及 原理 ２ ． １ 密封材 料的选 择
国外生产 漂浮组 件 的公 司 主要 有戴 维 斯 和 哈里 伯
顿这两家公司， 其价格都比较 昂贵。两家公司生产的漂 浮短 接的 内部 结构 和工作原理 有所不 同， 止 塞箍 和盲 板 浮鞋 的结构基 本相 同 。图 ２为戴维斯 公 司的漂 浮短 接 。
井下温 度 随井 深 的增 大而增 大 ， 现场使用 油基钻 井 液需要井下工具有一定 的耐油性 ， 综合 以上 ２ 个 因素， 选择氟橡胶作为工具密封件的材料。 ２ ． ２ 悬挂 方式 井深不 同， 要求 漂 浮短接 的打开 压力也不 同。为 了 能方便地 调整漂 浮短接 的打 开压力 ， 设计 的漂浮短 接采 用 销钉悬挂 的方式 ， 可 以通过 改变销 钉 的截 面尺寸来 增 大或减小剪 销压力 ， 从 而调整 工具打 开压力 。 ２ ． ３ 整体结构 设计 和工作原 理 如 图 ３所 示 ， 滑 套 式 差 动 漂 浮 短 接 上 部 包 括 内滑 套、 外滑套 ， 下部包括下滑套 。滑套分别用销钉与套管 固定 ， 下 滑套位 于浮鞋 上方 。 内滑套 与下 滑套之 间为封 隔 的空气 段 。
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图 １ 大位移水平井漂浮下套管管 串结构
１ 一漂浮短接 ； ２ 一浮箍 ； ３ 一浮鞋
＊ 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — ０ ６ — １ ４ 修 回 日期 ： ２ ０ １ ２ — ０ ６ — ２ １
第一 作者简介 ： 纪博Hale Waihona Puke Baidu １ ９ ８ ５ 一 ） ， 男（ 汉族） ， 黑龙江大庆人 ， 助理工程师 ， 现从事井下工具的研发工作
９ ４
１ ． ２ 国 内外现 状
西 部探矿 工程
２ ０ １ ３年第 ２ 期
胶 塞 随工具 密封部件一 同下 行至 浮鞋处 ， 以完成 后续 固 井 工作 。为 了避免 漂浮短 接 出 现“ 提前 开 ” 和“ 打不 开 ” 的问题 ， 设计 时也要 着重考 虑工具 的承 压能力 。
漂 浮短 接在 漂浮下 套 管 技术 中起 着非 常重 要 的作 用 。 目前 国内使用 的相关 配套工 具 均为 国外 产品 ， 价格
昂贵 。因此 ， 有必要 开 展水 平 井 漂 浮短 接 的研 究 ， 设 计
出新型漂浮下套管工具 ， 达到提高水平井套 管下人效 率， 降低水平井 固井成本的 目的。 １ 漂浮 下套 管技术 １ ． １ 技 术原理 通过在套管串中加入漂浮短接， 利用其密封性能， 将 水平段套 管分隔成 若干 个密 闭单 元 ， 在其 中注入 空气 或 低密度钻井液 ， 利用这类介质 与套 管外钻井 液 的密度 差 ， 使套管 串产生 向上 的浮 力 ， 有效 地 漂浮在 水平 段钻 井液 中， 减小套管下人过 程 中井 壁对套 管 的摩 阻， 有 利于套管 安全下人、 快速下入 ， 提高水平井套管下入时效率。 大位移水平井下套管管串如图 】 所示。