壓差式斜向器錨定結(jié)構(gòu)分析

李如峰，鄧?yán)拢?超

（1．渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧 盤錦 120410；2．長城鉆探工程有限公司鉆具公司，遼寧 盤錦 124010；3．陜西長實(shí)建設(shè)工程有限公司，西安 710018）

壓差式斜向器錨定結(jié)構(gòu)分析

李如峰1，鄧?yán)?，安 超3

（1．渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧 盤錦 120410；2．長城鉆探工程有限公司鉆具公司，遼寧 盤錦 124010；3．陜西長實(shí)建設(shè)工程有限公司，西安 710018）

利用井筒上部套管進(jìn)行開窗側(cè)鉆是解決井下復(fù)雜事故與油田老區(qū)塊二次開發(fā)的常用手段，可以減少重新鉆井投入的費(fèi)用。要實(shí)現(xiàn)開窗側(cè)鉆，需要斜向器與其錨定在井筒內(nèi)的工具。介紹了一種壓差式錨定結(jié)構(gòu)的原理與組成，并對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明這種結(jié)構(gòu)的可行性，在其他井下工具中也有較好的應(yīng)用前景。

斜向器；錨定；壓差

為了充分利用上部套管，減少新鉆井的費(fèi)用，可以在目的油層的技術(shù)套管上進(jìn)行開窗側(cè)鉆，這就需要一種能夠在套管內(nèi)錨定的工具支撐斜向器進(jìn)行輔助開窗，壓差式錨定工具能夠?qū)⒃煨惫ぞ呃喂体^定在井筒內(nèi)，進(jìn)行開窗側(cè)鉆。

1 常用井下錨定工具

開窗側(cè)鉆需要一種堅(jiān)固的錨定裝置，封堵老井眼，錨定裝置的上部有一個(gè)斜面，使磨銑工具在造斜面的迫使下，產(chǎn)生斜向磨削力磨穿套管，進(jìn)行開窗側(cè)鉆，進(jìn)行再完井的工藝技術(shù)。磨銑工具產(chǎn)生的軸向與徑向的力都很大，這就要求錨定在套管內(nèi)壁的工具牢牢固定在套管上。在套管內(nèi)壁能夠進(jìn)行錨定的工具有很多，例如封隔器、內(nèi)割刀等都是利用摩擦塊與套管內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦阻力，經(jīng)轉(zhuǎn)換傳遞給卡瓦牙進(jìn)行錨定，但是由于這些錨定的力和受力方向等問題，不適合用于開窗側(cè)鉆。

為了能夠進(jìn)行有效錨定，早期的技術(shù)是將錨定工具、導(dǎo)向裝置總成等分別下井，先將錨定工具下入預(yù)定井深，并用水泥錨定，再下入導(dǎo)向裝置，采用卡瓦打撈的方式將導(dǎo)向裝置總成和錨定工具對(duì)接在一起。這種方式需要多次投球，需要上提鉆具剪斷送入接頭與錨定工具之間的懸掛銷釘，等待水泥凝固和工具重復(fù)下井的時(shí)間較長。另外，還有一種錨定裝置與斜向器相連，錨定機(jī)構(gòu)是靠卡瓦牙與套管內(nèi)壁接觸進(jìn)行固定，鎖緊推動(dòng)卡瓦牙的活塞依靠鋼珠進(jìn)行鎖緊，這種結(jié)構(gòu)活塞推動(dòng)的卡瓦牙是力矩結(jié)構(gòu)，卡瓦牙與套管內(nèi)壁形成點(diǎn)式接觸，錨定在井筒內(nèi)易發(fā)生工具落井的情況，并且這種結(jié)構(gòu)加工、組裝與使用存在一些問題，使用推廣較為困難。

2 壓差式錨定結(jié)構(gòu)與原理

鑒于井下錨定機(jī)構(gòu)的使用要求，針對(duì)側(cè)鉆井的使用特點(diǎn)和磨銑工具在造斜面受力等情況，在可靠、靈活、簡(jiǎn)單、實(shí)用的原則基礎(chǔ)上提出一種壓差式的錨定結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠快速在套管內(nèi)進(jìn)行錨定，可應(yīng)用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 壓差式錨定結(jié)構(gòu)

工作原理是：在將機(jī)構(gòu)送入井下之后，進(jìn)行投球升壓，當(dāng)壓力升到一定數(shù)值以后，由于壓差式收縮管的管壁內(nèi)外面積差，在同壓力的情況下，面積的不同會(huì)產(chǎn)生微小的內(nèi)外壓差（如圖2）。這就使得空心管進(jìn)行內(nèi)縮（如圖3），脫離活塞與收縮管的嚙合螺紋相互脫離，脫離活塞與固定活塞上下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)固定卡瓦牙向外擴(kuò)張，固定在套管內(nèi)壁。當(dāng)壓力小于一定數(shù)值后，收縮管回復(fù)原狀，脫離活塞與壓差式收縮管的螺紋嚙合在一起，阻止活塞的活動(dòng)，錨定動(dòng)作完畢。

圖2 截面圖

圖3 壓差式收縮管收縮

3 技術(shù)參數(shù)（如表1）

表1 壓差式錨定技術(shù)參數(shù)

4 結(jié)構(gòu)分析

1） 壓差式收縮管的內(nèi)外壁在一定壓差情況下會(huì)產(chǎn)生收縮，如果將該機(jī)構(gòu)放入井深較深的地方，由于井筒內(nèi)靜液柱壓力隨著井深的增加而增加，收縮管就會(huì)自動(dòng)收縮，脫離活塞與收縮管分離，打開錨定卡瓦牙，下放斜向器受阻。

2） 壓差式收縮管的強(qiáng)度要能承受錨定后磨銑工具的下壓力。在磨銑套管期間，會(huì)產(chǎn)生很大軸向應(yīng)力，通過活塞的斜面?zhèn)鬟f到收縮管上，收縮管徑向受力要進(jìn)行分析。

3） 合理設(shè)計(jì)收縮管的中間開縫距離，既要能夠使固定螺紋相互脫離，又要保證收縮管在受力變形的情況下能夠恢復(fù)原狀，變形量要小于材料的屈服極限。

4） 螺紋逃脫機(jī)構(gòu)是依靠收縮管變形產(chǎn)生的，收縮管的變形量應(yīng)大于嚙合螺紋齒高，并要保證錨定卡瓦固定在套管內(nèi)壁后，收縮管恢復(fù)變形，嚙合螺紋能夠準(zhǔn)確嚙合。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

制造了1套?152 mm錨定機(jī)構(gòu)，放入?177．8 mm N-80套管內(nèi)，在防護(hù)齊全的密閉區(qū)域內(nèi)進(jìn)行加壓，在加壓過程中，錨定機(jī)構(gòu)在12 MPa壓力下，錨定上下卡瓦牙打開，錨定機(jī)構(gòu)解鎖成功。繼續(xù)升壓，壓力升至20 MPa，套管在無環(huán)形空間水泥的情況下開始變形，突出部位與錨定機(jī)構(gòu)的卡瓦牙位置一致。當(dāng)壓力升至24 MPa后，停止加壓，穩(wěn)壓5 min后泄壓。錨定機(jī)構(gòu)固定在套管內(nèi)部，進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，使用約100 k N震擊力擊打，錨定機(jī)構(gòu)牢固錨定在套管內(nèi)。拆解后，錨定機(jī)構(gòu)的卡瓦牙深入套管內(nèi)壁約3 mm深，試驗(yàn)成功。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用5口井，最大側(cè)鉆井深2 110 m，斜向器順利下入預(yù)定井深，下入后，開窗側(cè)鉆期間，磨銑錐加壓50 k N，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生橫向振動(dòng)，錨定機(jī)構(gòu)在縱向與橫向力的作用下，穩(wěn)定地固定在套管內(nèi)壁，沒有發(fā)生脫落、下滑和轉(zhuǎn)向現(xiàn)象，該機(jī)構(gòu)錨定穩(wěn)定正常。

6 結(jié)論

1） 壓差式錨定結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，組裝方便，能夠安全快速地在井下進(jìn)行工作。

2） 在實(shí)際應(yīng)用過程中，錨定機(jī)構(gòu)鎖緊容易，但是需要將這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用在套管分支井中，取出錨定裝置就需要設(shè)計(jì)一種專用的打撈工具將錨定與導(dǎo)向裝置取出。

3） 一體式的錨定、造斜、方位、磨銑工具能夠減少起下鉆的次數(shù)，將成為重要的研究趨勢(shì)，并具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

［1］畢雪亮，董建華．分支井嵌套回收工具的接觸方式研究［J］．鉆采工藝，2010（1）：71-72．

［2］聞邦椿．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［K］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010．

［3］萬仁溥．采油工具手冊(cè)（下冊(cè)）［K］．北京：石油工業(yè)出版社，2000．

Analysis of Differential Pressure Whipstock Anchor Structure

LI Ru-feng1，DENG Li-xin2，AN Chao3
（1．Bohai Equipment Liaohe Heavy Industry Company，Panjin 124010，China；2．Drilling Tools Company，Greatwall Drilling Company，Panjin 124010，China；3．Shaanxi Changshi Construction Engineering Limited，Xi’an 710018，China）

The upper wellbore casing for sidetracking is used to solve complex accidents and oilfield old downhole block common means of secondary development，the cost of inputs re-drilling can be reduced．To achieve sidetracking needs whipstock anchored in the wellbore with the tool．A pressure-anchoring structure principle and structure，and the analysis of this structure are described．The practical application shows its feasibility and this structure is also in other downhole tool with good application prospect．

whipstock；anchor；pressure在油氣勘探開發(fā)過程中，會(huì)遇到油層套管的損壞或者目的井深偏離油層、油氣層沙塌等重大的工程事故，需要繞過落魚以及利用原井進(jìn)行二次開發(fā)。

TE921．2

B

1001-3482（2014）01-0091-03

2013-06-08

李如峰（1978-），男，山東泰安人，工程師，主要從事石油裝備的技術(shù)與管理工作。