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工程院石油工程技术“利器”纷纷登台

工程院石油工程技术“利器”纷纷登台

  近年来,国内石油钻井不断向广度深度发展,钻井地域遍布海洋、滩海、沙漠、沼泽、高原,深井、超深井逐渐增多,水平井、分枝井、大位移井逐年增加。为适应深井、高压油气井等复杂井的特殊需求,2009年以来,工程院先后研制了封隔式、旋转式、防腐型、多功能型等多种具有特殊功能尾管悬挂器,广泛应用于陆上油田、海上油田,取得了良好的应用效果。这些特种尾管悬挂器的研制,效地解决了深井、高压油气井、大斜度井、小间隙井等复杂井尾管固井问题,解除了尾管下入过程中的遇阻问题,提高了复杂井固井质量。


  尾管固井工具推陈出新,引领国内先进技术发展

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  超高压封隔式尾管悬挂器的研制旨在解决高压油气井尾管重叠段封固质量差的固井问题,有效避免油气水窜现象的发生。工程院根据现场不同区块的特点,针对性地开发了三种结构形式的封隔式悬挂器,包括三胶筒式、单胶筒式及金属膨胀式结构,封隔能力均达到了70MPa,在现场应用600多井次,有效解决了伊朗雅达区块、元坝地区及中海油各区块的尾管重叠段固井质量难以保证的难题。在中海油及沙特阿美的推广应用中替代了大部分的国外产品,在现场复杂井的应用中取得了良好的应用效果,有力地证实了国内产品的技术实力,得到了现场用户的广为认可。特别是去年在元坝地区元坝27-3H井的应用中,克服了膏岩段缩径、尾管下入难度大、易粘卡、泥浆密度高等多项固井难点,取得了坐挂、坐封、固井等作业的成功,打破了国外公司在该地区的垄断,节约了1/2的尾管作业成本,取得了显著的社会经济效益。新型封隔式尾管悬挂器于2011年被评为国家级重点新产品,该项目于2013年获得中国石化集团科技进步二等奖。


  旋转尾管固井技术是指在尾管入井或固井过程中,使尾管柱旋转,以便保证尾管顺利下到井底、水泥浆更充分地顶替钻井液,达到提高水泥浆顶替效率和胶结质量的目的。研制的内嵌旋转尾管悬挂器不仅能够顺利地转动尾管串,而且负荷能力和过流面积较常规悬挂器相比均提高了30%以上。基于上述技术优势,旋转尾管悬挂器在深井、大斜度井、小间隙井等复杂井况下具有更强的适应能力,在胜利、塔河及中海油涠洲油田得到大量推广应用,其中,在胜利的CB11NC- 1井、星火101井、桥古1-2井等实现了替浆过程中的全程旋转,固井质量均为优质;都护4井尾管下入阻力大,通井期间多次发生粘卡和遇阻,使用旋转尾管悬挂器边下入边旋转将尾管顺利下到设计位置。旋转尾管悬挂器的技术优势在现场应用中得以彰显,并得到了客户的认可。其中的重负荷轴承技术、液压丢手技术及水泥头旋转技术均为国内首创,相关性能指标达到国际先进水平。

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  在超高压封隔式悬挂器及旋转悬挂器技术的基础上开发了集内嵌卡瓦坐挂、高压封隔、旋转、液压丢手等多种功能于一体的新型尾管悬挂器,实现了多种新技术的有效集成,可解决深井超深井、大位移井尾管下入困难的难题,并在固井后有效封隔重叠段。多功能尾管悬挂器在涠洲油田wz6-12-A3S井首次使用便获得成功。该井在井眼轨迹、尾管段长度等方面是中海油湛江钻探的最难的一口井之一,井眼泥浆浸泡时间长,井壁随时存在坍塌风险,尾管下入难度很大。采用该悬挂器的旋转功能,克服了井眼轨迹复杂、地层易掉块坍塌等复杂井况,经4小时旋转、下压管串的等操作,最终成功将尾管下到井底,相继取得了尾管旋转下入、悬挂器坐挂、液压丢手、固井作业及坐封封隔器等操作的一次性成功,这是旋转尾管技术在解决大斜度井、复杂井眼条件下固井技术难题方面的突破。之后,多功能尾管悬挂器又分别在该油田的A1井、A4井等井得到成功应用,进一步验证了该多功能尾管悬挂器对现场复杂井况的适应性,得到了甲方的充分肯定,是工程院在解决复杂井尾管固井难题方面取得的巨大进步。


  上锁紧尾管悬挂器的研制是针对短尾管坐挂可靠性不高、丢手困难的问题开发的,它是在悬挂器的下端设置一套反向锁紧装置,阻止悬挂器上行,可避免尾管提出井口的情况的发生。经过十几次的地面试验,工具的各项性能指标均达到要求。该型上锁紧内嵌尾管悬挂器在中海油的WZ12-1-B3S1、 WZ12-1-B15S1两井进行了现场试验并获得成功,实现了尾管悬挂器顶部锁紧功能,有效地解决了小尺寸、轻尾管坐挂、丢手不易判断的难题,充分验证了新型上锁紧尾管悬挂器在小尺寸轻尾管作业中的可行性和可靠性,为解决小尺寸尾管固井难题提供了有力的技术保障,得到了油田用户的充分肯定。


  多级滑套分段压裂工具助力非常规,推动滑套工具国产化进程


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  工程院于2011年开展了水平井多级滑套分段压裂工具的科研攻关研究工作,成功地研制了压差式滑套、投球式滑套、井下隔离阀、井口投球装置及裸眼封隔器等压裂工具,开发了1/8″级差滑套压裂工具,最大压裂级数可达20级,与其配套的憋压球承压能力均达到70兆帕,建立了整个完井管柱的压力控制参数。在HH37P51井中首次取得4段分段压裂的成功应用后,对工具进行大量的改进完善工作,降低了使用中的安全风险。之后,在中石化华北分公司红河区块的HH37P57、HH36P101、HH36P107等3口井相继进行了工业性试验,共完成31段压裂施工作业,滑套全部顺利打开,成功率达到 100%。分段压裂工具的成功应用,不仅为中石化主力区块的非常规油气藏的开发提供有效技术支撑,打破了国外技术垄断,填补了国内同类技术空白,同时,有力地推进了水平井分段滑套压裂工具的国产化进程,产生了显著的社会经济效益。


  遇油、遇水自膨胀封隔器分段压裂作业中初显成效


  经过2年多的刻苦攻关,研制了100多个吸油及吸水特种橡胶配方,制定了自膨胀封隔器成型工艺,研究了封隔器的性能影响因素,通过上百次的性能试验,成功研制了包括4-1/2"、5"、5-1/2"及7"封隔器在内的4种规格的封隔器产品。橡胶吸油、吸水后的膨胀率达到了6倍以上,膨胀后的封压能力达到了10兆帕/米,性能指标达到了国际先进水平,形成具有自主知识产权的自膨胀封隔器技术。10套自膨胀封隔器产品分别在华北的HH37957井、 HH36P107井及HH74P9井进行了入井试验并获得成功。其中,在HH37957井,封隔器安放于170-175毫米的大井径、不规则裸眼段,施工过程中,最大施工压力达到64兆帕,没有发生窜层,证明封隔器具有良好的密封效果,为非常规油气藏的分段压裂作业的顺利进行提供了有力的保证。 HH36P107井多处井眼不规则,椭圆度大,常规封隔器难以实现有效封隔,而自膨胀封隔器自适应能力较强,对于不规则井眼具有较强的适应能力。 HH36P107井压裂后最高日产量达到了18.3吨。


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