攻關(guān)在險峰——工程院工具研發(fā)中心為固井作業(yè)順利實施提供保障

□ 馬蘭榮

經(jīng)過刻苦攻關(guān)，在短短5年的時間內(nèi)，工程院工具研發(fā)中心先后研制成功了內(nèi)嵌卡瓦旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器、超高壓封隔式尾管懸掛器等新型固完井工具。

建院以來，工程院工具研發(fā)中心以科技發(fā)展規(guī)劃為指引，以中國石化石油現(xiàn)場需求為導(dǎo)向，借助工程院鉆完井工藝研究、現(xiàn)場技術(shù)支持及產(chǎn)品制造等一體化平臺，致力于先進固完井工具的研發(fā)，先后開展一系列科技攻關(guān)項目的研究工作，為現(xiàn)場復(fù)雜井況下固井作業(yè)的順利實施提供了保障，為非常規(guī)油氣藏的儲層改造提供了有力的技術(shù)支撐。

著力打造高端產(chǎn)品

高性能尾管懸掛器復(fù)雜井顯身手。針對現(xiàn)場特殊井、復(fù)雜井的需求，進行了尾管懸掛器的特殊功能技術(shù)研究，研發(fā)了同時具有旋轉(zhuǎn)、封隔、液壓丟手及頂部防砂等多種功能的高性能尾管懸掛器，應(yīng)對井眼軌跡復(fù)雜、地層易掉塊坍塌等復(fù)雜井況，解決了尾管下入阻力大和固井質(zhì)量差的難題。該型多功能尾管懸掛器在與國外知名大公司的競爭中力克群雄，順利中標(biāo)中海油潿洲6-12油田項目，在該油田A3S井等4口海洋井進行成功應(yīng)用，現(xiàn)場應(yīng)用中各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國際先進水平。該型尾管懸掛器的研制成功在我國高端尾管固井工具的研發(fā)方面實現(xiàn)了重大突破。

□ 現(xiàn)場安裝內(nèi)嵌卡瓦旋轉(zhuǎn)懸掛器。

內(nèi)嵌卡瓦旋轉(zhuǎn)懸掛器家族發(fā)展壯大。相繼開發(fā)了一系列內(nèi)嵌式尾管懸掛器，成功解決了懸掛機構(gòu)高承載、大過流技術(shù)難題，承載能力較常規(guī)工具提高1.5倍以上，過流面積提高30%以上。在塔河油田的應(yīng)用，解決了該地區(qū)深井超深井尾管長、懸掛負(fù)荷重、循環(huán)泵壓高等技術(shù)難題，被列為塔河油田外圍探井、重點井、復(fù)雜井的指定工具。系列內(nèi)嵌卡瓦懸掛器自研制以來在現(xiàn)場推廣應(yīng)用120多套，坐掛成功率達(dá)100%。旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器的技術(shù)優(yōu)勢在現(xiàn)場應(yīng)用中得以彰顯，并得到了客戶的認(rèn)可。在常規(guī)規(guī)格系列的基礎(chǔ)上，又開發(fā)7-5/8″×5-1/2″封隔式旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器及具有雙防功能的7″×5″（4-1/2″）旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器的研制工作。小尺寸系列旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器的研制完善了產(chǎn)品規(guī)格系列，壯大了旋轉(zhuǎn)懸掛器家族。

牽制短節(jié)解決短尾管固井難題。常規(guī)尾管懸掛器技術(shù)日益成熟，但是在一些特殊井使用中還存在尾管坐掛力不足等風(fēng)險，為此，中心開展了牽制短節(jié)的研制工作，開發(fā)了三種規(guī)格系列的產(chǎn)品，現(xiàn)場成功應(yīng)用多口井，成功克服下入深、摩阻大、尾管輕等作業(yè)難題，將尾管牢牢鎖定在原有位置，保證固井后送入工具的順利丟手。牽制短節(jié)的研制，不僅消除了短尾管固井隱患，還為篩管完井作業(yè)提供了一種更加可靠的技術(shù)方案。

水泥頭設(shè)計體現(xiàn)人性化、智能化。水泥頭是應(yīng)用于常規(guī)套管固井、尾管固井及雙級固井中的重點井口設(shè)備，它安裝在井口，在進行一些復(fù)雜井的施工時，經(jīng)常存在水泥頭安裝位置過高、頂替壓力過大等現(xiàn)象，增加現(xiàn)場作業(yè)風(fēng)險。為保證高壓作業(yè)的安全可靠，在旋轉(zhuǎn)水泥頭的基礎(chǔ)上，工具研發(fā)中心開發(fā)了無線遠(yuǎn)程控制水泥系統(tǒng)，通過操控室內(nèi)的操作臺、采用無線遠(yuǎn)程控制方式來完成固井施工作業(yè)，可實現(xiàn)連續(xù)注水泥器作業(yè)，節(jié)省作業(yè)時間，降低施工成本。

助力非常規(guī)油氣開發(fā)

水平井裸眼封隔多級滑套分段壓裂工具實現(xiàn)國產(chǎn)化。經(jīng)過3年多的刻苦攻關(guān)，中心成功研制適用于水平井儲層改造用的各種分段壓裂工具。為提升多級滑套球座的耐沖蝕性、可鉆性及高承壓能力，經(jīng)多方面攻關(guān)，使球座與低密度憋壓球的密封承壓能力達(dá)到70兆帕以上，滿足了水平井分段壓裂的需求，使施工效率成倍提高。壓裂工具先后在華北分公司紅河及鄂爾多斯地區(qū)的10口油氣井共計100多段中進行壓裂施工，滑套打開成功率均達(dá)100%，最高施工壓力達(dá)64兆帕，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進水平。國產(chǎn)分段壓裂工具的成功研制，打破了國外技術(shù)壟斷，使得國外公司的同類產(chǎn)品價格下降30%以上。

一球多級、可反復(fù)開關(guān)全通徑技術(shù)使得多級滑套工具功能更上一層樓。中心在常規(guī)多級滑套分段壓裂工具的基礎(chǔ)上，開展了一球打開多級滑套工具及工藝技術(shù)研究，設(shè)計裸眼和固井完井條件下的一球多級分段壓裂施工工藝管柱，可實現(xiàn)12段，每段5簇共計60簇的分段改造壓裂能力。此外，增加開關(guān)裝置，實現(xiàn)滑套的可開關(guān)功能；優(yōu)化球座及低密度球的結(jié)構(gòu)及設(shè)計參數(shù)，通過球座材料優(yōu)選及可鉆性試驗，實現(xiàn)球座高承壓及鉆后大通徑功能，功能的完善和性能指標(biāo)的提高使得多級滑套分段壓裂工具及配套技術(shù)日趨成熟。

引入RFD技術(shù)實現(xiàn)分段壓裂滑套的智能控制。采用儲能囊作為動力源，通過投RFID標(biāo)簽方式，將命令信息傳遞到井下，控制器輸出控制信號給電磁換向閥，控制液壓管路中液壓油的流向，進而實現(xiàn)活塞芯軸的往復(fù)式運動，從而完成滑套的打開與關(guān)閉動作。完成了智能可開關(guān)滑套的結(jié)構(gòu)設(shè)計及樣機的試制，密封能力可達(dá)到50兆帕；在1米/秒的排量下，能夠順利接收到標(biāo)簽的信號并由液控系統(tǒng)驅(qū)動滑套的開啟和關(guān)閉。

□ 工具中心員工集體研究。

遇油遇水自膨脹封隔器技術(shù)得到推廣應(yīng)用。為實現(xiàn)遇油遇水自膨脹封隔器高壓封隔性能，中心研制100多個吸油及吸水特種橡膠配方，制定封隔器成型工藝，研究封隔器的性能影響因素，成功研制了4種規(guī)格系列的封隔器產(chǎn)品。橡膠吸油、吸水后的膨脹率達(dá)到6倍以上，膨脹后的封壓能力達(dá)到10兆帕/米，性能指標(biāo)達(dá)到國際先進水平，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的自膨脹封隔器技術(shù)。目前，遇油遇水封隔器銷售60多套，并分別在華北的HH37957井、HH36P107井及海外區(qū)塊等進行成功應(yīng)用。

套管固井滑套分段壓裂工具整裝待發(fā)。針對不同地區(qū)的井況、分段壓裂工藝及設(shè)備狀況，中心開發(fā)了機械開關(guān)式固井滑套及投球式固井滑套工具，可通過開關(guān)工具或投球方式打開固井滑套，完成樣機單元試驗。為驗證固井滑套的耐沖蝕能力，模擬了現(xiàn)場工況，開展滑套、開關(guān)工具及球座的大排量沖蝕試驗，在平均排量6.2立方米/分鐘、平均砂比24.6%的工況下循環(huán)52小時，折合加砂量4759立方米的環(huán)境下耐沖蝕性能評價，驗證了工具可靠性。在中國海油進行大斜度井整機入井試驗，試驗表明，采用連續(xù)油管和常規(guī)油管分別連接開關(guān)工具管柱入井，成功進行了滑套打開、關(guān)閉試驗。