探究水平井套管固井關井工具的原理和應用

摘要：為了對水平井的套管固井關井工具進行分析，要予以整體構造的詳細探究，明確其具體原理，并按照一定的技術指標，予以實踐的充分應用，在保證關井工具充分應用的條件下，也能避免水泥塞存留問題的增加。下文中，對水平井套管固井關井工具做出探討。

關鍵詞：水平井;套管;固井;關井工具

開發致密油藏過程中，使用水平井壓裂為其中的主要方式，該技術在當前被廣泛應用，但是，套管固井存在一定特殊性，在完成固井工作后，無法促使浮箍浮鞋的有效應用，達不到斷流，常常引起水泥塞存留現象，不利于后期施工。所以，為其提供一套完善的關井工具，能加強問題的充分解決。

1 水平井套管固井關井工具的構造

水平井的套管固井關井滑套組成部分為本體、外殼、內殼和膠塞。其中，本體結構中的接頭螺紋的使用，其型號需要和套管型號匹配，一般情況下，主體的壁厚為總尺寸的兩倍，保證具備較強的抗壓力。在內部，還需要增加預留孔，使其與外殼的螺紋連接。在外殼上，和本體連接的螺紋也增加了密封環和循環孔。對于內殼，在與外殼進行連接中，是利用稍釘來實現的，也會和密封環相互配合，這樣不僅會發揮良好的密封性，也具有一定的整體性。對于膠塞的前部分，還存有專門使用的碰壓頭，其與內殼能夠有效完成碰壓^[1]。

2 固井關井工具的基本原理

對于水平井的套管固井關井工具原理，是在下套管完成后，結合具體的工作要求，將關井閥安裝在人工井的底部位置，隨著固井作業的實施，前置液和水泥都會通過關井閥的循環孔，維持在循環狀態，當水泥全部進入后，增加膠塞完成工作。

3 固井關井工具的技術指標和評價

對于水平井的套管固井關井工具的各個技術指標，其多為金屬構件，在本體構件選擇中，其抗壓水平不能在70MPa以下。如果是稍釘材質，多選擇為45#號鋼。還需要選擇橡膠構件，剪切壓差在5-10MPa。對于循環孔的截面尺寸，也要按照一定的標準進行選擇。在關井工作完成后，抗壓水平要控制在30MPa以上^[2]。

對于固井關井工具的評價。為了使工具實際使用期間獲得良好效果，需要在室內增加對工具的評價工作，并對其結果進行詳細評價。第一，試驗管柱，多選擇為不含有膠塞的水泥頭、套管以及關井工具。期間，予以70MPa的壓力，并進行五次試驗，在試驗中發現，所有的關井工具都可以實現70MPa的壓力。第二，如果是不含有膠塞的水泥頭、套管和關井工具，需要對排量有效控制，并使其保持在2L/s，這些試驗進行10次，發現所有的關井工具壓降在1MPa以內。第三，如果是含有膠塞的水泥頭、套管和關井工具，要將排量控制在2L/s，實現膠塞泵送，其試驗可以為一次，發現循環壓力保持在1MPa以下，關井工具的關閉壓力為6MPa，這些都能滿足一定的試壓要求。第四，含有膠塞的水泥頭、套管和關井工具和浮箍、浮鞋，也要將排量控制在2L/s實現膠塞泵送，其試驗可以為一次，試驗中，將循環壓力控制在3MPa以下，關井工具的關閉壓力為10MPa，能夠滿足一定的試壓標準^[3]。

4 固井關井工具的實際應用

國內外在研究中，發現水平井固井能為致密油藏開發工作提供重要手段，特別是針對低壓低滲致密油藏，當前，水平井壓裂技術更為成熟，實現了規模化應用，但是，因為水平井套管固井存在較大的特殊性，所以在完成固井工作后，容易使一些功能失效，無法促使其斷流，達不到后期工作的實施。在調查中發現，每年大約有10%井在不同程度上存有水泥塞現象，影響后期工作的實施，這些情況都要利用小油管、小螺桿等工具鉆塞，在實施期間，不僅消耗大量的人力和物力，也增加大量資源。基于問題的提出，技術人員結合實踐經驗，研究了一套硬關井套管工具，避免上述問題的產生，保證后期工作的有效實施^[4]。

在近幾年不斷建設和發展中，套管固井關井工具被廣泛應用在氣田水平井中，獲得的應用效果良好，具有較高的有效性。促使水泥漿頂替液鉆井液效率的提升，維護水平井的質量，是施工中的主要技術。基于某致密油評價水平井的分析，發現該水平井的結構為二開井身，其中的一開表套為下深150米，二開為鉆井深度2450米，水平長度為600米。該水平井固井工作非常順利，實現的水泥總體注入量為65m³，其碰壓不僅符合一定標準和要求，固井也滿足具體的技術參數。如：前置液的密度可以調節到大于鉆井液密度0.06-0.12g/cm³，小于水泥漿密度0.12-0.0g/cm³，壓力為0-6MPa。領漿的密度為1.51g/cm³，壓力為6-0MPa。中漿的密度為1.92g/cm³，排量，壓力為0-0MPa。頂替液的密度為1.01g/cm³，壓力為0-11.4MPa。碰壓的密度為1.02g/cm³，排量為每分鐘0.2m³，注入量為1.4m³，壓力為11.4-25.1MPa。在該水平井的固井工作和候凝工作完成后，利用油管通井達到套管關井工具的上方10米，在這種情況下，發現固井工具具有較高的穩定性和可靠性，避免水泥塞存留情況^[5]。

總結：

基于上述的分析和研究，為了加強對水泥塞存留問題的解決，需要開發出一套完善的關井工具，在先進工具使用中，能在施工完成后實現硬性關井，也能結合試驗和評價，促使關井工具的可靠應用，滿足斷流要求。同時，結合水平井的實際情況，在現場展開試驗，也會降低實際的操作難度，其構造更為簡單，在發揮穩定性和可靠性條件下，也會被廣泛應用。

參考文獻：

[1] 廖仕孟，桑宇，宋毅等.頁巖氣水平井套管變形影響段分段壓裂工藝研究及現場試驗[J].天然氣工業，2017，37（7）：40-45.

[2] 黃占盈，段志鋒，張燕娜等.水平井套管固井關井工具研制與應用[J].石油礦場機械，2015，44（4）：84-86.

[3] 周戰云，李社坤，郭子文等.頁巖氣水平井固井工具配套技術[J].石油機械，2016（6）：7-13.

[4] 王濤.致密氣水平井固井技術 ——以延安氣田東部上古生界氣藏開發實踐為例[J].天然氣技術與經濟，2019，13（1）：25-29.

[5] 李國鋒，徐鑫，趙勇等.水平井固井液壓式套管扶正器的改進與應用[J].石油鉆采工藝，2015（4）：54-57.

作者簡介：

鄭亞杰，男，1988年3月，漢族，遼寧盤錦，本科學歷，長城鉆探工程有限公司固井公司。