新型气体钻井导引总成的研制

贾 丽,谢从辉,姜佰顺,田玉栋

(大庆油田钻探工程公司钻井工程技术研究院,黑龙江大庆163413)

新型气体钻井导引总成的研制

贾 丽,谢从辉,姜佰顺,田玉栋

(大庆油田钻探工程公司钻井工程技术研究院,黑龙江大庆163413)

在收集分析国内外有关旋转防喷器的设计、分析、计算、使用等资料的基础上,结合国内目前在用旋转防喷器存在的一些问题,开发了一种新型气体钻井用旋转防喷器导引总成。介绍了该导引总成的结构组成、工作原理、室内检测和现场应用情况。该导引总成设计新颖、结构简单,扩展了气体钻井井口控制装备的应用范围,提高了气体钻井产层起下钻作业的安全性。

气体钻井;旋转防喷器;导引总成

Abstract:Referring to some questions of all RBOP around the world,the new air drilling guide assembly was designed on the base of collecting the information about the design,analysis,calculations and use of the RBOP inside and outside the country.This paper introduces the system complexity,operating principle,lab simulation and flied using of the air drilling RTO homer.Its design is particular and makeup is simple,which expands the appliance area of the wellhead operation in the air drilling and improves the security of the round trip operation in producing formation in air drilling.

Key words:air drilling;RBOP;RTO in producing formation

旋转防喷器(RBOP)又称旋转控制头(RHC),是欠平衡钻井、地热钻井、煤层气钻井的必要设备。它在井眼环空与钻柱之间起封隔作用,并提供安全有效的压力控制,同时具有将井眼返出流体导流出井口的作用[1]。导引总成为被动式旋转控制头内的核心旋转密封、导流部件。目前大庆油田能够使用旋转防喷器等井口装置和注气设备实现氮气储层安全钻进,并将储层气体导引至排砂管线出口点火燃烧。存在的问题是:现有的设备条件无法在钻开储层的情况下实现不压井起下钻作业,无法充分发挥气体钻井保护和发现油气层的作用。目前,国内外公认解决上述问题最好的办法是使用井下套管阀配合井口防喷器实现全过程欠平衡。使用套管阀存在价格过高、气密性差、寿命短的缺点。单纯使用现有的井口控制装置又无法在气体钻井起下钻时实现持续封井作业[2]。通过分析发现现有的气体钻井起下钻井口控制装置内的旋转总成的胶芯内径为ø100 mm左右,通径为ø180 mm左右。ø100 mm的胶芯最大弹性扩张尺寸为ø150 mm,无法实现ø159 mm钻铤的长期密封。ø180 mm本体也无法实现ø214 mm螺扶的通过。

针对这种现状,大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院2008年自主研发了一种能够起下并密封下部钻具组合的井口导引装置。该装置能解决气体钻井产层安全起下钻作业存在的问题,已获得实用新型专利(专利号:ZL200820091212.5),并已成功应用2口井。

1 结构及工作原理

该导引头安装在现有井口旋转防喷器壳体上,替换原有旋转总成,依靠矩形橡胶密封圈及内部的密封组合实现对气体钻井返出流体的密封及导引[3],扩展了气体钻井井口旋转防喷器的应用范围。结构如图1。由于起下钻时钻具不旋转,因此不具备旋转功能,在设计时进行了上胶芯的防转设计。该导引头实现了系列化,与旋转总成具有较高的互换性。该导引头上、下壳体为矮牙梯形螺纹连接,上胶芯法兰通过卡块固定在壳体内。以上几件主要起到支撑胶芯的作用,保证上下胶芯之间的距离达750 mm左右。同时在设计时进行了上胶芯的防转设计。安装时使用胶芯引锥导引钻具组合串入胶芯。下钻时,钻具压迫胶芯内腔的倒角,胶芯弹性膨胀保证了密封,同时允许钻具通过。起钻时,依靠胶芯下部的大倒角完成钻具的导引,同时保证良好的密封。该胶芯具有极高的弹性,可在钻具通过后瞬间回弹。双胶芯的结构又确保了即使通过复杂结构钻具组合,仍能提供连续的密封[4-5]。

图1 新型气体钻井导引总成结构

2 技术参数(如表1)

表1 气体钻井导引总成的技术参数

3 特点

a) 提高井口安全性 使用该装备后,即使起下下部钻具组合,井口也始终处于封闭状态,从而提高了井口作业的安全性。

b) 保护产层 可与配套设备结合实现气体钻井产层安全起下钻作业,从而避免了采用超压措施给产层造成的损害。

c) 节约费用 该装备在起下钻时可起到井下套管阀的作用,而费用却只有使用套管阀的1/15左右。

4 室内试验

a) 螺扶通过试验 在3 kN力的作业下,螺扶顺利通过,同时具有密封性。

b) 胶芯抗破坏试验 进行20次胶芯通过试验,胶芯无可见裂痕。

c) 静水渗漏试验 灌水静置1 h,无渗漏。

d) 承压试验 静水压5 MPa,5 min压降小于0.1 MPa。

以上试验数据表明,开发的气体钻井导引总成达到设计要求。

5 现场试验

2008年在大庆达深9井使用套管阀进行全过程欠平衡作业时,该改进装置作为一种应急设备,首次现场使用。作业时首先甩掉原有旋转总成,将气体钻井导引总成随钻具装入旋转防喷器壳体相应位置。实现起下钻下部钻具组合作业各1次,起到了气体产层钻井起下钻封井的作用。2009年在吉林长深10井的欠平衡作业时,又顺利进行气体产层钻井起下钻作业1次,作业时未发生气体渗漏,作业后检查胶芯未发现裂缝,达到了研制的预期目的。

6 结论

1) 气体钻井导引总成由于其特殊的胶芯尺寸及空间设计,扩展了旋转防喷器的应用范围。

2) 在起下钻时,气体钻井导引总成可起到井下套管阀的作用,而费用却只有使用套管阀的1/15,节约了钻井成本。

3) 现场试验表明,气体钻井导引总成达到设计要求和预期的目的,提高了气体钻井产层起下钻作业的安全性。

[1] 罗宁根.FX28-35型旋转防喷器的研制[J].海洋石油,2003,23(增刊):106-109.

[2] 宋林松,王岩鹏.几种高压旋转防喷系统的性能比较[J].石油矿场机械,2004,33(增刊):25-27.

[3] 陈家庆,王颖君,赵增元.Williams高压旋转防喷器国产化要点浅析[J].石油矿场机械,2002,31(03):1-5.

[4] 张宝生,陈家庆.对Williams高压旋转防喷器用胶芯的分析研究[J].石油矿场机械,2004,33(增刊):21-24.

[5] 王锡洲,付玉坤,朱海燕,等.闸板防喷器胶芯密封及损坏机理分析[J].石油矿场机械,2010,39(2):16-18.

Development of New Air Drilling Guide Assembly

JIA Li,XIE Cong-hui,JIANG Bai-shun,TIAN Yu-dong
(Daqing Drilling Engineering&Technology Research Institute,Daqing Drilling and Exploration Engineering Corporation,Daqing163413,China)

TE921.2

B

1001-3482(2010)08-0079-03

2010-01-12

项目来源:实用新型专利(ZL200820091212.5)

贾 丽(1983-),女,山东人,2005年毕业于西安石油大学石油工程专业,现从事欠平衡钻井技术研究工作,E-mail:jiali@cnpc.com.cn。