造斜器结构分析及其坐封技术研究

造斜器结构分析及其坐封技术研究 2008年第37卷 第4期第66页 石油矿场机械 OILFIELDEQUIPMENT2008,37(4):66,71 文章编号:1001-3482(2008)04—0066-06 造斜器结构分析及其坐封技术研究 张玉霖,菅志军,兰洪波,薛辰 (中海油田服务股份有限公司技术中心,北京065201) 摘要:造斜器是一种开窗侧钻工具,大量用于侧钻井,水平井和分支井作业,是分支 井作业的关键工 具之一,其坐封技术也是分支井的关键技术之一,其坐封效果,开窗质量决定了后 续作业的成败. 因现场作业要求不同,故坐封方式也不相同.详细分析了目前常用的几种造斜器及 其底座坐封方 式的优缺点,以及在分支井作业中 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 造斜器需要考虑的问题. 关键词:造斜器;锚定总成;分支井;侧钻井 中图分类号:TE921.2文献标识码:A ConstructionAnalysisofWhipstockandResearchofAnchoringTechnology ZHANGYu—lin,JIANZhi-jun,LANHong,bo,XUEChen (TechnologyCenterofChinaOilfieldServicesLimitedCompany,Beijing065201,China) Abstract:Whipstockisanimportanttoolincasingexitandsidetrackapplications.Itisusedfre — quentlyinsidetrack,horizontalandmultilateralwells.Whipstockanchoringisanotherkeyte ch- nologyofmultilaterals.AnchoringandExitqualityisquiteimportanttothesubsequentopera — tions.Inthepracticalexitingprocedure,therearesomedifferentanchoringstylesfordifferent fieldapplicationrequirements.Severalwhipstockconstructionsareanalyzedandsomeanch oring technologiesarestudiedindetail,andsomesuggestionswhatweshoulddowhenwedesigna whipstockanditsanchoraregiveninthispaper. Keywords:whipstock;anchor;multilaterals;sidetrackdrillingwel1 分支井技术起源于2O世纪2O年代,到现在已 有8O多a的历史,因其显着的经济效益,日益成为 石油行业增产增效的重要手段. 分支井技术是在1口主井眼中钻出2口或多口 进入油气藏的分支井眼(二级井眼),主要包括造斜 器坐封,套管开窗,井眼连接,工具重人;分支井固 井;采油方式等关键技术的实施,这些关键技术相辅 相成,互为前提,其中造斜器的固定至关重要,决定 了实施分支井技术的成败r】_8_. 1造斜器结构及原理 造斜器结构如图1,由造斜本体,锚定总成等 组成. 图1可打捞式造斜器 造斜器开窗就是在主井眼套管中坐挂一个造斜 器(如图2).斜面正对设计方位,然后下入铣鞋,由 于斜面作用,把铣鞋推向套管一侧,铣磨套管开窗. 造斜器按其功能可分为可打捞和不可打捞2 种,分支井作业一般用可打捞式造斜器.按打捞方 收稿日期:2007-08-30 作者简介:张玉霖(1979,),男,甘肃宁县人,工程师,2002年毕业于江汉石油学院机械专业,现从事石油钻,完井工具研 发工作. 第37卷第4期张玉霖,等:造斜器结构分析及其坐封技术研究 式可分为3种. 图2造斜器开窗原理 a)槽式打捞(如图3)在造斜面上设计有打 捞槽,常用J形打捞钩打捞. b)中心孔式打捞(如图2)常用可退式打捞 矛打捞. c)母丝锥攻丝打捞用套铣筒铣掉一部分造 斜器外圆,然后改用母丝锥攻丝打捞. 按结构特点可分为3种_9]. a)直斜面造斜器(如图2)斜面轴向和周向 均为平面,结构比较简单,加工成本也比较低.缺点 是对铣鞋的扶正效果差,开窗时,铣鞋容易偏转,开 出的窗口形状也比较差,给后续作业带来不便. b)圆弧斜面造斜器(如图3)结构较复杂, 加工难度也较大.优点是对铣鞋的扶正效果好,开 出的窗口形状好,方位也比较正. 造斜器断面 图3圆弧面造斜器 c)复合斜面造斜器(如图4)斜面由多个小 折面组合而成,每个折面的斜角不同,这种造斜器开 出的窗口近似矩形,窗口比较长,宽度足够,有利于 后续管串通过,但是加工难度很大. 图4复合斜面造斜器 造斜器斜面的长度,角度,硬度和弧度一般应根 据所开窗套管的尺寸而有所不同,具体参数可参照 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1,在实际设计中可视具体情况选择. 表1造斜器设计参数 代号外径 /mIn 斜面长度 /mm 斜面度井眼狗腿度斜面硬度 /(.)八/zo~,~/30m.'一' 2O,23# 14,17# 2O# 2O,35# 26.4,39# 42.8,47.1# 28,4O# 29.3,53.5# 40.5,51.0# 68,72# 12.40 11.90 15.32 15.24 16.41 15.75 12.82 13.56 11.O6 10.20 46,50HRC (视套管和 地层硬度) ' 2造斜器底座及种类 在固完井的套管中没有可以坐挂的台阶,卡槽 等结构,所以在下入造斜器之前,必须在套管中先安 , 装1个可以为造斜器提供坐挂定位的底座,如图5. 底座一般由锚定总成,密封封隔器,定位接口,锁紧 机构4部分组成.锚定总成用于坐挂底座;密封封 隔器用于密封主井眼,提供压力支撑;定位接口用于 确定造斜器的方位;锁紧机构用于锁紧造斜器,防止 造斜器上窜. ????加? 1111222222 OOOOOOOO56 8OO0115956??? 3333334567 OO77478O6O 8899297382OO33537O29?加 " (((8((8((.1.心??骼"%%"姐 石油矿场机械2008年4月 图5造斜器底座 底座和造斜器的结构因作业要求和坐封方式不 同而有所不同. 2.1底座和造斜器都可打捞 2.1.1一体式底座和造斜器 一 体式底座和造斜器主要有3种. a)注水泥塞式机械坐封(如图6).在主井眼 中注入水泥塞,造斜器下入井中,到位时,坐封手柄 碰到水泥塞,推动锥套上行,撑开卡瓦,卡瓦紧紧咬 在套管壁上,同时造斜器下行,坐封撑耳进入坐挂槽 中进行锁紧,开窗完成后,下入打捞工具,捞住造斜 器上体管串,坐封撑耳撑开坐封卡瓦退出坐封槽,锥 套脱离锁紧位置,下体随同一起打捞出来.然后再 下人钻头,钻掉水泥鍪,贯通主井眼.这种造斜器一 般适合TAML3级分支井作业,分支井眼裸眼完井, 没有重入要求. 坐封前 图6水泥塞坐封 坐封后 b)采用机械液压双作用悬挂的造斜器.图7 为液压卡瓦式造斜器,主井眼中不用注水泥做桥塞, 下体直接采用液压坐封,造斜器下人井中预定位置 后,开泵憋压,活塞套上移,卡瓦沿着锥套上行,咬住 套管壁,实现坐挂.开窗侧钻完成后,上提一定的力 量,卡瓦脱开坐挂位置,即可实现底座的丢手,捞出 造斜器. 图7液压卡瓦式造斜器 图8为连杆式造斜器,其优点是不用在主井眼 中注入水泥塞,造斜器用下放套送入,下到预定位置 后,向上提拉连杆,卡瓦张开,坐挂在套管壁上,卡瓦 为单向牙齿,向下越锁越紧.开窗侧钻完成后,下人 打捞筒,咬住造斜器外壁,向下推动连杆,卡瓦收回, 脱开井壁,工具就可以顺利提出.这种造斜器因其 结构简单,卡瓦尺寸较小,所以不可能承受较大扭矩 和钻压,只能在小井眼中使用.分支井眼裸眼完井, 没有重人要求. c)底座采用液压膨胀方式坐封的造斜器(如 图9),主要用于在裸眼中侧钻.有时地层比较硬, 用常规的定向工具不能满足作业要求,需要借助于 造斜器磨穿坚硬地层,相当于在套管中开窗.在裸 眼中采用常规底座和坐封方式坐封造斜器比较困 难,一般采用液压膨胀方式坐封的造斜器.底座采 用特殊 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 的橡胶,辅以适当的机械结构,下到井中 预定位置,憋压膨胀,与地层紧密接触,实现坐挂,图 9b即膨胀后的效果.打捞时只需继续憋压,憋断剪 钉,卸掉压力,上提钻具即可打捞. 第37卷第4期张玉霖,等:造斜器结构分析及其坐封技术研究 a坐封前b坐封后 图8连杆式造斜器 造斜器本体膨胀坐挂总成 a坐封前' b坐封后 图9橡胶膨胀式造斜器底座. 2.1.2分体式底座和造斜器 分体式造斜器的结构区别不大,造斜器和底座 之间没有机械连接,分2次下入,底座采用液压坐 封,只有一组防止下滑的卡瓦,下到井中预定位置 后,投球憋压,然后提出送入工具.回接筒中设计有 造斜器定位接口,造斜器下入井内和底座对接,自动 导向,实现定位,开窗侧钻完成后,提出造斜器,然后 用可退式打捞矛打捞底座. 2.1.3优点 a)由于底座可以打捞,主井眼容易贯通. (内 b)主井眼中没有遗留部件,主井眼尺寸 径)没有损失. c)适合于小尺寸井眼且不固井,没有重入作 业要求,因小井眼开窗长度小,扭矩也小,不会导致 开窗时底座脱手及打捞时卡钻,作业风险小. 2.1.4局限性 a)因可打捞,底座的坐封不能太牢固,因此不 能承受太大的开窗钻压和扭矩. b)因可打捞,没有防止底座上窜的锁紧卡瓦, 因此在起下钻时,钻具容易把造斜器带着上移,偏离 原来开窗位置,给后续工具的送入带来不便. c)因不能承受太大的开窗钻压和扭矩,一般 适用于小井眼. d)因底座可打捞,主井眼中没有定位装置,所 以没有重入功能,分支井也只能裸眼完井. 2.2造斜器可打捞底座不可打捞 这种方式的造斜器和底座多分为两体,底座永 久性地坐挂于主井眼套管中,造斜器上设计有打捞 结构,在开窗侧钻完成后可以下入配套的打捞工具 进行打捞.目前有3种类型的造斜器和底座. a)液压坐封卡瓦悬挂造斜器底座(如图5) 与之相配的造斜器如图10,底座设计有上,下2组 卡瓦,一组防止底座下滑,一组防止底座上窜,同时 还有防止底座旋转的卡瓦,液压方式坐封,上部回接 筒中设计有自动导向定位机构,为造斜器和分支井 眼重入工具提供定位功能,锁紧机构防止造斜器被 钻柱带出底座.造斜器上设计有自动导向键和锁紧 机构,与底座上相应机构配合. 图1O可捞式造斜器 b)膨胀管方式坐封的底座(如图11)用特 殊材料制作的膨胀管为底座,当膨胀管定位工具下 入套管中预定位置时,憋压膨胀,推动膨胀管里的锥 形活塞向上移动,强行挤压膨胀管,使膨胀管与套管 内壁紧密结合在一起形成一体,可承受一定的拉, 压,扭力而不分离.当锥形活塞通过了膨胀段,液体 压力释放,活塞及其上部的送入工具与膨胀管脱离, 可提出地表,膨胀管永久留在井下.膨胀管底座具 有主井眼尺寸损失小,实施方便的优点.膨胀管的 上端设计有导向斜面和定位键槽,可与造斜器的导 向斜面和定位键配合. c)预置式底座主要用于新井实施分支井技 术.主井眼钻完后,在主井眼套管适当位置预先安 装一个定位装置,然后按正常程序下入套管固井. 造斜器上只需设计一个与底座对接的定位机构即 可,如图12.这种底座可减小井眼尺寸损失,而且 井眼容易贯通. 石油矿场机械2008年4月 a膨胀前 b膨胀后 图11膨胀管式底座 图12预置式底座 2.2.1优点 a)坐挂牢固,可以承受较大钻压和扭矩,适合 在大尺寸套管中使用. b)主井中预留有重人工具定位装置,可实现分 支井眼的重入功能,分支井可以下套管,固水泥完井. c)既能承受较大钻压,又能承受较大拉力,防 止底座上下窜动和转动,保证了底座定位安全可靠. 2.2.2缺点 因底座不可打捞,主井眼尺寸有损失. 2.3造斜器和底座都不可打捞 这类造斜器多用于主井眼套管严重老化,井况 非常恶劣的老井中;或者是主井中有落鱼,无法打 捞;或者是主井眼已经报废的井,只能实施侧钻井作 业.这些井的主井眼已经没有存在的必要了,所以 一 般在主井眼中注入水泥塞,或者液压坐封底座,封 住主井眼,也不用打捞造斜器和底座,这种分支井只 能算作侧钻井.目前有2种常用方式. a)主井眼注入水泥塞,空心造斜器下部接空 心塞管下入到预定位置,测好造斜面方位,注水泥把 造斜器与主井眼套管固结在一起,如图13. }.{, ; 一j一 i … }_ / ?/ ,——{ ? ; , ? _一置 秘 . ?} {} ' ,., , ,蹦L 2lel一目舅 | 一 a坐封前b坐封后 图13水泥固塞管 b)采用液压方式坐封,卡瓦悬挂,憋掉送入工 具,落入主井眼中.造斜器既用于开窗,也用于引导 完井管串,如图14. 图14楔式自锁悬挂造斜器 这类造斜器多用于侧钻井,结构简单,坐封可 靠,作业成本低,风险小;缺点是技术含量低. 3设计造斜器和底座应注意的问题及设计 思路 3.1应注意的问题 a)油藏类型,开发地段的地质情况包括地层 厚度,岩性,岩石硬度,完井方式和采油 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 要求等. b)明确是分支井还是侧钻井,造斜器和底座 是否可打捞,是套管还是裸眼,确定底座坐封方式, 第37卷第4期张玉霖,等:造斜器结构分析及其坐封技术研究?7l? 是机械卡瓦还是液压膨胀方式. c)井眼尺寸的大小,井身结构,狗腿度等. d)井眼套管状况是否变形和破损以及固井 质量 e)生产要求是否重人,固井以及完井方式等. f)主井眼生产状况,是否保留原井眼. 3.2设计思路 根据以上因素,可按照表2进行设计. 表2造斜器和底座的设计思路 4结语 造斜器及其底座坐封技术作为分支井技术的关 键技术,关系到分支井工艺实施的成败,造斜器底座 的设计至关重要.本文详细介绍了造斜器和底座的 结构,类型及其应用,并指出应根据现场要求有针对 性地进行设计. 参考文献: [1]杜晓瑞,王桂文.井下工具手册[K].北京:石油工业 出版社,1999. 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