球掛式液壓丟手工具研制

李玉海

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413） ①

球掛式液壓丟手工具研制

李玉海

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）①

為滿足空氣鉆井后期篩管完井的作業(yè)要求，解決機械式丟手工具存在的問題，研制了球掛式液壓丟手工具。該工具通過鋼球懸掛，并通過憋壓的方式進行丟手，結(jié)構(gòu)簡單、易加工、成本低廉、功能可靠、便于打撈?，F(xiàn)場應(yīng)用4口井，丟手成功率100%，各項功能滿足設(shè)計要求。

丟手；工具；結(jié)構(gòu)

為最大限度地保護油層，提高采收率，采用氮氣欠平衡鉆井工藝。該工藝對地層零污染，且無壓持作用。2011年，大慶油田開展了常規(guī)鉆井與氮氣欠平衡鉆井相結(jié)合的鉆井工藝研究與實踐，即，利用常規(guī)鉆井工藝鉆入油頂?shù)唤议_油層，套管固井；用氮氣欠平衡鉆井工藝鉆穿油層，并鉆至油底以下20 m，氮氣欠平衡鉆井井段用油管與篩管相結(jié)合的方式完井。氮氣欠平衡鉆井井段完井管柱用丟手工具送入，要求丟手通徑大于完井管柱通徑，并具有可撈功能。現(xiàn)有的機械丟手工具存在缺點，因此研制了球掛式液壓丟手工具。

1 原有機械丟手工具的缺點

原有丟手工具多為機械式J形槽丟手結(jié)構(gòu)［1－3］，如圖1所示，主要由上接頭和下接頭組成。下鉆到底，正轉(zhuǎn)鉆具數(shù)圈后上提，丟手接頭可脫開。該丟手工具靠下接頭外表面周向均布的3個鍵來實現(xiàn)下部管柱的懸掛和旋轉(zhuǎn)，在下鉆遇阻時傳遞鉆壓。該丟手工具優(yōu)點為：結(jié)構(gòu)簡單、易加工、成本低；下鉆過程可實現(xiàn)鉆壓和扭矩的傳遞。但存在4個缺點：

1） 傳遞的扭矩和鉆壓較小。

2） 遇阻時加壓并正轉(zhuǎn)管柱，丟手容易發(fā)生中途脫開現(xiàn)象，導(dǎo)致2次起下管柱。

3） 由于上接頭沒有引鞋，用上接頭打撈下接頭時，上接頭容易變形，造成打撈不成功，因此需用打撈矛進行打撈。

4） 只能通過懸重力判斷丟手是否成功，不適用于較短的完井管柱丟手作業(yè)。

圖1 機械式J形槽丟手結(jié)構(gòu)示意

2 優(yōu)化后的機械式丟手工具的結(jié)構(gòu)特點

優(yōu)化后的機械式丟手工具結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由上接頭和下接頭組成。下鉆到底，反轉(zhuǎn)鉆具數(shù)圈后上提，丟手接頭可脫開。它不僅具有J形槽丟手結(jié)構(gòu)的全部優(yōu)點，而且傳遞的扭矩和鉆壓較大，克服了遇阻時加壓并正轉(zhuǎn)管柱過程中丟手接頭容易脫開的問題。由于上接頭設(shè)計有引鞋，該機械式丟手工具可使用上丟手接頭打撈下部管柱，因此不需用打撈矛進行打撈。但是，優(yōu)化后的機械式丟手工具仍然需要通過懸重力來判斷丟手是否成功。

圖2 優(yōu)化后的機械式丟手工具結(jié)構(gòu)示意

3 球掛式液壓丟手工具

為了克服機械式丟手工具只能通過懸重力來判斷丟手接頭是否脫開的缺點，設(shè)計了球掛式液壓丟手工具，該工具可通過液壓力來判斷丟手是否成功。還設(shè)計了專用打撈工具。

3.1 結(jié)構(gòu)及原理

球掛式液壓丟手工具的結(jié)構(gòu)如圖3所示。球掛式液壓丟手工具的專用打撈工具結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 球掛式液壓丟手工具結(jié)構(gòu)示意

圖4 球掛式液壓丟手工具的專用打撈工具結(jié)構(gòu)示意

丟手工具上、下接頭通過軸向均布的鋼球連接在一起，結(jié)合端面有相應(yīng)的嚙合齒，既能傳遞鉆壓，又能傳遞扭矩。當密封鋼球落在活塞上時，密封鋼球?qū)⒘鞯婪庾?，壓力上升而剪斷銷釘，活塞下行至擋板（擋板與上丟手接頭設(shè)計為分體結(jié)構(gòu)并焊接在一起，易于加工上丟手接頭的內(nèi)孔），此時上提管柱，連接鋼球被下丟手接頭上的斜面推至上丟手接頭內(nèi)，連接失效，壓力迅速下降，實現(xiàn)丟手。

打撈時，由于打撈桿是空心的，可建立循環(huán)并清洗下丟手接頭。打撈套外表面馬牙扣與下丟手接頭內(nèi)表面馬牙扣相配合，打撈管柱下壓時可通過端面嚙合齒傳遞扭矩并轉(zhuǎn)動下部管柱，從而便于打撈。上提管柱時打撈桿的錐面可防止打撈套收縮并與下丟手接頭脫開。

3.2 施工工藝

1） 連接管柱 按設(shè)計要求連接管柱，管柱組合從下至上為：引鞋＋油管＋篩管＋油管＋丟手工具＋鉆桿。

2） 下鉆 下鉆時對下放速度等無特殊要求，遇阻時可全懸重下壓，并可旋轉(zhuǎn)管柱。

3） 循環(huán) 下鉆到底后進行正循環(huán)，循環(huán)通暢后，記錄循環(huán)壓力及排量。

4） 投球 卸開方鉆桿，將鋼球投入鉆桿內(nèi)，等待鋼球下落。

5） 憋壓 鋼球下落至活塞后，開泵加壓，排量與循環(huán)時的排量一致。當壓力大于循環(huán)壓力4MPa后，上提管柱，壓力迅速下降，丟手脫開。

6） 循環(huán) 泵車排量不變，繼續(xù)加壓，壓力上升接近循環(huán)壓力后，不再繼續(xù)上升，確定丟手脫開。

打撈丟手管柱時，將球掛式液壓丟手工具的專用打撈工具下入，由于打撈桿內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，因此通過反循環(huán)可徹底清洗下丟手接頭頂部。撈住丟手管柱后，可旋轉(zhuǎn)管柱，使丟手管柱活動后進行打撈作業(yè)。

3.3 技術(shù)參數(shù)

目前僅設(shè)計了適用于139.7mm套管的球掛式液壓丟手工具，參數(shù)如表1。

表1 球掛式液壓丟手工具的技術(shù)參數(shù)

4 現(xiàn)場應(yīng)用

球掛式液壓丟手工具在肇州油田州54區(qū)塊應(yīng)用2口井，在永樂油田臺105地區(qū)臺701區(qū)塊應(yīng)用2口井，丟手成功率100%。具體情況如表2。

表2 球掛式液壓丟手工具現(xiàn)場使用情況

5 結(jié)論

1） 球掛式液壓丟手工具設(shè)計合理，性能可靠，易加工。具有機械式丟手工具的全部優(yōu)點，并解決了機械式丟手工具只能靠懸重來判斷丟手接頭是否脫開的缺點，適用于較短管柱的丟手作業(yè)。

2） 該丟手工具長度僅為0.5m，采用液壓方式丟手，適用于直井、定向井、水平井等井型的管柱丟手作業(yè)。

3） 下丟手接頭通徑大，與丟手管柱通徑一致，能滿足后期沖沙等作業(yè)的要求。

4） 設(shè)計的專用打撈工具提高了打撈作業(yè)的可靠性，為后期的增產(chǎn)等施工作業(yè)提供了保障。

［1］ 王禾丁，谷開昭，朱愛萍.液壓丟手工具丟手壓差的設(shè)計計算［J］.石油礦場機械，2002，31（2）：41－43.

［2］ 吳姬昊.石油工程用丟手機構(gòu)的分析與研究［J］.石油礦場機械，2004，33（2）：63－65.

［3］ 柴國興，宋開利，古光明，等 .一種新型液壓丟手工具研制［J］.鉆采工藝，2000，23（2）：52－53.

Study of Ball Hanging Type Hydraulic Releasing Tool

LI Yu－h(huán)ai
（Drilling Engineering Technology Research Institute，Daqing Drilling and Exploration Engineering Company，Daqing163413，China）

In order to satisfy the requirement of air drilling sieve tube completion，solve the problems in the releasing tool，designed the hydraulic releasing tool，the type of hanging is ball hanging，and through the pressure to release，the tool has the advantages of simple structure，easy processing，low cost，function reliable，easy to salvage and so on.The tool applied 4wells；the success rate of releasing is 100%.

releasing；tool；structure

1001－3482（2012）02－0071－03

TE925.3

B

2011－09－25

李玉海（1965－），男，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士，2001年畢業(yè)于浙江大學(xué)機械工程專業(yè)，現(xiàn)從事技術(shù)管理工作，E－mail：liyuhai＠cnpc.com.cn。