水平井套管固井關井工具研制與應用

黃占盈，段志鋒，張燕娜，陳春宇，吳學升

水平井套管固井關井工具研制與應用

黃占盈1，2，段志鋒1，2，張燕娜1，2，陳春宇1，2，吳學升1，2

（1．長慶油田油氣工藝研究院，西安710018；2．低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安710018）

長慶油田規模應用水平井固井＋分段壓裂工藝，實現了低滲透油氣藏的高效開發。由于水平井套管固井的特殊性，固井施工完成后浮箍浮鞋單流閥功能易失效，不能實現有效斷流，導致大量的井留水泥塞影響后期作業。針對以上問題，借鑒關閉滑套原理，研制了套管關井滑套及配套固井膠塞，在固井施工完畢實現碰壓后可以實現硬關井，克服了傳統單流閥斷流易失效等問題。現場開展了200余口水平井固井試驗，關井成功率100%，后期探人工井底表明，水泥塞滿足壓裂要求。

水平井；關井滑套；固井膠塞；單流閥

國內外研究表明，水平井固井＋分段壓裂是致密油藏開發的有效手段。長慶陜北油田是典型的低壓低滲致密油藏，通過近3 a的攻關研究［1-2］，水平井壓裂技術已趨于成熟，實現了規模應用。但由于水平井套管固井的特殊性，固井施工完成后，浮箍浮鞋單流閥功能易失效［3］，不能實現有效斷流，導致大量的井留水泥塞影響后期作業。據統計，每年有10%的井不同程度留有水泥塞影響后期作業，需要組織小油管、磨鞋、小螺桿等工具鉆塞，耗費大量人力物力，造成了資源浪費。

針對以上問題，長慶油田技術人員通過分析，借鑒套管壓裂滑套［4］的原理，研制了一種可實現硬關井的套管關井工具。該技術與常規浮箍依靠閥球及彈簧斷流相比較，可以實現套管固井過程中硬關井，可有效避免留水泥塞影響后期作業。

1 工具結構

套管關井滑套由本體、帶孔滑套外殼、滑套內殼、帶碰壓頭膠塞4個部分構成，如圖1所示。本體接頭螺紋部分采用與套管扣型匹配的螺紋，主體部分壁厚達到套管尺寸的2倍，保證足夠的承壓能力，同時內部留有與帶孔滑套外殼連接的螺紋。帶孔滑套外殼帶有與本體連接的螺紋以及密封環及固井循環孔。滑套內殼通過銷釘與滑套外殼相連，同時與密封環配合實現密封。膠塞前端有與滑套內殼配套實現碰壓及剪斷銷釘功能的碰壓頭。

圖1　套管關井工具

2 技術原理

套管關井工具原理如圖2。下套管時，按照要求將關井閥裝在套管串的人工井底位置。固井施工開始時，前置液及水泥通過關井閥的循環孔進行正常循環，在固井注水泥完成后投入膠塞。膠塞運行至套管關井工具處時，碰壓頭與套管工具上部接觸，憋壓，剪斷銷釘，關井工具內殼下行，蓋住滑套孔部位，循環通道關閉，實現硬關井，保證施工完畢水泥塞不會留井底。

圖2　套管關井工具關井原理

3 技術指標及室內評價

3．1 技術指標

套管關井工具的主要參數如表1。

表1　套管關井工具主要參數

3．2 室內評價試驗

為保證套管關井工具運行達到實際效果，在室內對套管關工具進行試驗評價，評價結果（如表2）表明，關井工具的各項指標符合設計要求。

表2　套管關井工具室內評價試驗結果

4 現場試驗

2013年以來，該關井工具累計在長慶陜北氣田應用了200余口水平井，工具有效性達到了100%，實測水泥塞長度全部小于20 m，有效地解決了水平井固井留塞影響后期作業的問題，保證了后期作業的高效實施。

QP11井是長慶油田分公司的1口致密油評價水平井，位于HQ油田西南區域。該井采用二開井身結構，一開表套下深150 m，二開完鉆井深2 450 m，水平段長600 m，井身結構及套管串如圖3。

圖3　QP11井井身結構

該井現場固井順利，累計注入水泥65 m3，碰壓順利，具體固井施工參數如表3。

表3　SP42井固井施工參數

該井固井候凝完后，采用“油管＋?115 mm”通井規通至套管關井工具以上10 m，表明固井工具質量可靠，未留水泥塞。

5 結論

1)針對水平井浮箍、浮鞋易失效導致留水泥塞等問題，研制了套管關井工具，該工具可實現固井施工結束后的硬關井，室內評價試驗表明，工具可靠，可實現有效斷流。

2)套管關井工具在現場開展了200余口井的試驗，試驗成功率100%，實測水泥塞長度全部小于20 m。表明該工具具有結構簡單、易操作、施工可靠性高等優點，應用前景廣闊。

［1］張軍鋒，景小龍，孫成，等．安塞油田水平井水力噴射分段壓裂技術研究［J］．油氣藏評價與開發，2013（4）：45-49．

［2］儲小三，吳晉軍，段鵬輝，等．水平井水力噴射與小直徑封隔器聯作壓裂技術在長慶低滲油田中的應用［J］．石油鉆采工藝，2012，34（6）：73-76．

［3］朱和明，吳晉霞，郭朝輝，等．浮箍和浮鞋失效原因分析及預防［J］．石油礦場機械，2013，42（8）：66-71．

［4］張紅運，郝尤，朱濤，等．淺談TAP lite套管滑套分層壓裂工藝在梁平1井的應用［J］．中國石油和化工標準與質量，2013（6）：141-143．

Eevelopment and Application of Casing Cementing Shut-down Valve in Horizontal Wells

HUANG Zhanying1，2，DUAN Zhifeng1，2，ZHANGYanna1，2，CHENChunyu1，2，WUXuesheng1，2
（1．Research Institute of Cil and Gas Technics，Changqing Cilfield Company，Xi’an 710018，China；2．State Project Laboratory of Low Permeation Cil and Gas Ex ploration and Deuelopment，Xi’an 710018，China）

Horizontal well cementing and staged fracturing technologies were applied in Changqing oil field on a scale，which achieved the efficient development of low permeability reservoirs．But horizontal well casing cementing is special，non-return valve function is easy to fail in float collar and shoe after cementing．It can＇t effectively cut off flowing and lead to cement plug in a large number of wells．Facing with these problems，shut-in casing valves and matching cementing plugs were developed，which can close the sliding sleeve to cut off flowing．So it can overcome the failure of traditional non-return valve．Horizontal well cementing experiment was carried out in more than 200 holes，and shut-in success rate reached 100%．The late artificial bottom hole shows that it can meet the demands of fracturing．

horizontal wells；shut-in casing valves；cementing plug；non-return valve

TE925

B

10．3969／j．issn．1001-3482．2015．04．020

1001-3482（2015）04-0084-03

2014-10-10

中國石油集團（股份）公司重大科技專項“致密氣藏開發重大工程技術研究”（2010E-2303）

黃占盈（1981-），男，河南西峽人，工程師，碩士，主要從事油氣田鉆完井工藝技術研究，E-mail：huangzhanying＿cq ＠petrochina．com．cn。