可重復關閉套管滑套的研制

唐 欣， 李 斌， 張毅超， 劉運樓， 張 敏， 謝 明

(中國石油川慶鉆探工程有限公司井下作業公司)

隨著石油天然氣資源勘探開發的發展，不同的儲層需要不同的儲層改造工藝技術及其不同的分段改造工具。套管滑套就是一種新型的分段改造工具，安放在儲層分段改造位置，隨套管管柱下入，固井后，通過投球等方式開啟滑套進行增產改造，然后利用套管管柱開采油氣資源。套管滑套與傳統的裸眼分段工具、水力噴射工具、封隔器和橋塞射孔分段工具等，不管在原理還是在工具結構上，都有顯著的不同[1-5]。本文詳細分析了套管滑套的設計技術難點，針對技術難點采用相應技術措施，設計了可重復關閉套管滑套，通過開展大量室內性能試驗檢驗，該套管滑套操作方便，性能優良，能很好地實現“打得開，關得嚴，不誤開、誤關”[6-8]。

一、套管滑套的設計技術難點分析

1.套管滑套管內水泥漿的隔離和清潔

(1)防止水泥漿從管內進入套管滑套的活動滑套和本體間，避免活動滑套被水泥漿固住無法打開。

(2)防止水泥漿滯留在套管滑套內，阻礙活動滑套順利開啟。

(3)準確控制下水泥塞，防止管內水泥漿掩埋套管滑套，避免滑套無法開啟。

2．套管滑套管外水泥漿的隔離

防止水泥漿從管內進入套管滑套的活動滑套和本體間，避免活動滑套被水泥漿固住無法打開。

3．套管滑套管內要有大流道

(1)順利進行鉆井液循環和注水泥固井施工。

(2)進行大排量的增產改造施工。

(3)增產改造后，能夠直接使用套管管柱進行油氣開采。

4．套管滑套其它設計技術難點

(1)采取合適的滑套開啟方式，實現連續增產改造施工。

(2)開啟方式不影響油氣資源的直接開采。

(3)能耐高溫高壓密封。

(4)能實現全通，便于后期進行修井和重復改造作業。

(5)套管滑套開啟、關閉可靠，不會出現誤開、誤關現象。

二、套管滑套的結構設計

1．可重復關閉套管滑套

可重復關閉套管滑套結構如圖1所示。

圖1 可重復關閉套管滑套

2.碰壓自鎖膠塞總成

碰壓自鎖膠塞總成結構如圖2所示。

圖2 碰壓自鎖膠塞總成

3．關閉工具

關閉工具結構如圖3所示。

圖3 關閉工具

4．結構特點

(1)可重復關閉套管滑套的本體與活動滑套的間隙充滿耐高溫高黏潤滑脂，既起潤滑作用，又避免水泥漿從管內進入該間隙。專用膠塞能通過套管滑套較小內徑的球座，固井時隔離水泥漿，清潔管串內壁的水泥漿，避免水泥漿滯留套管滑套內。專用膠塞與碰壓座碰壓自鎖，防止替空，避免水泥漿回流，準確控制下水泥塞。可重復關閉套管滑套的本體過流槽的外表面上固化一層保護膜，防止水泥漿從環空進入本體和活動滑套的間隙。從而有效避免水泥漿影響套管滑套，保證滑套順利開啟。

(2)采用投球方式開啟滑套，套管串注入液體施工，分段數較多，能實現大排量連續施工。憋壓球為高強低密度材料，易于返排，不影響開采過流通道，施工后可直接開采。

(3)滑套開啟后，活動滑套上端的彈爪筒與本體嵌合，產生回退阻力，同時，下端的止退環也與本體自鎖，防止因為液體返排、憋壓球與球座嵌合、球座節流等造成活動滑套回退誤關閉，滑套內徑與所連接的套管內徑相匹配，保證油氣開采通道暢通。

(4)球座為易鉆材料，可下鉆鉆除，實現套管滑套全通徑，同時，止退環與活動滑套分離，自鎖解除，彈爪筒與本體的嵌入阻力還在，可避免管內掛碰誤關閉套管滑套，便于進行重復改造作業。

(5)如果儲層大量產水，已無開采價值，還要影響其它層位的順利開采時，可在球座鉆除后，下入關閉工具，與活動滑套嵌合，上提關閉滑套。滑套重新關閉后，活動滑套上端的彈爪筒與本體產生開啟阻力，防止管內掛碰誤打開套管滑套，確保關閉可靠。水層關閉后，可確保其它儲層充分順利開采。

三、可重復關閉套管滑套施工工藝流程

可重復關閉套管滑套施工管柱結構：引鞋+套管鞋+套管+浮箍(浮鞋)+套管+浮箍+套管+碰壓座+套管串+套管滑套+套管串+套管滑套+套管串+套管滑套…+套管串。

(1)將可重復關閉套管滑套隨套管下入井中，套管滑套安裝在需要分段改造的第二段、第三段、…等位置，碰壓座安放在試油人工井底以下。固井時，先注入水泥漿，再投入專用膠塞碰壓，然后候凝。

(2)下入射孔槍，對井底的第一段進行射孔，建立循環通道，然后直接使用套管注入施工液體第一段儲層進行增產改造。

(3)第一段施工液體注完后，投入憋壓球，注入第二段的施工液體，憋壓球到球座時，憋壓打開套管滑套，進行第二段儲層的增產改造。然后按此方式依次對第三段、第四段…等儲層進行增產改造。

(4)施工結束后，進行液體返排，高強低密度憋壓球隨液體排出。然后使用套管管柱開采油氣。

(5)需要進行修井作業時，下入鉆頭，鉆掉球座，可重復關閉套管滑套實現全通徑。然后，可根據需要，使用卡層分段改造工具對儲層進行重復改造，然后使用套管管柱繼續進行油氣開采。

(6)如果有儲層大量產水，該層失去開采價值，并嚴重影響整口井的其它層位的油氣開采時，可下入滑套關閉工具，關閉該套管滑套，可保證其它層位油氣資源的順利開采。

四、室內性能實驗研究

可重復關閉套管滑套完成設計后，進行了大量的室內性能試驗檢驗該套管滑套的性能。開展的主要室內性能試驗及試驗情況如表1所示。

通過室內試驗表明，該套管滑套動作可靠，性能優良，各項性能指標均達到了設計要求。

表1 可重復關閉套管滑套室內性能試驗

五、結論

(1)研制的可重復關閉套管滑套分段工具，結構先進，功能完善，能實現固井、增產改造和油氣開采共用一趟管柱，能夠進行大排量連續逐層精確分段施工，不需射孔，不需封隔器卡層。

(2)該套管滑套采用耐高溫高黏潤滑脂填充、固化保護膜隔離、專用膠塞刮削水泥漿和碰壓自鎖等三種技術手段，避免水泥漿阻礙滑套，最大限度保證滑套開啟成功率。

(3)高強低密度球強度高，級差小，可實現較多段數的分段改造；密度低，易返排，不會影響油氣開采的過流通道。

(4)球座易鉆，鉆除后能實現套管滑套全通徑，便于采用卡層工具管柱對儲層進行重復精確分段改造，提高油氣采收率。

(5)滑套上設計了自鎖和阻力機構，防止誤關和誤開，保證滑套開啟和重復關閉狀態可靠，保證油氣順利開采。

(6)設計了專用關閉工具，可重復關閉套管滑套，防止水層淹死油氣井，有利于提高油氣井的使用壽命。

(7)通過室內試驗研制，該套管滑套動作可靠，性能優良，是油氣資源高效開發的一種新的技術手段，具有廣闊的應用前景。