水平井套管固井关井工具研制与应用

黄占盈，段志锋，张燕娜，陈春宇，吴学升

水平井套管固井关井工具研制与应用

黄占盈1，2，段志锋1，2，张燕娜1，2，陈春宇1，2，吴学升1，2

（1．长庆油田油气工艺研究院，西安710018；2．低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安710018）

长庆油田规模应用水平井固井＋分段压裂工艺，实现了低渗透油气藏的高效开发。由于水平井套管固井的特殊性，固井施工完成后浮箍浮鞋单流阀功能易失效，不能实现有效断流，导致大量的井留水泥塞影响后期作业。针对以上问题，借鉴关闭滑套原理，研制了套管关井滑套及配套固井胶塞，在固井施工完毕实现碰压后可以实现硬关井，克服了传统单流阀断流易失效等问题。现场开展了200余口水平井固井试验，关井成功率100%，后期探人工井底表明，水泥塞满足压裂要求。

水平井；关井滑套；固井胶塞；单流阀

国内外研究表明，水平井固井＋分段压裂是致密油藏开发的有效手段。长庆陕北油田是典型的低压低渗致密油藏，通过近3 a的攻关研究［1-2］，水平井压裂技术已趋于成熟，实现了规模应用。但由于水平井套管固井的特殊性，固井施工完成后，浮箍浮鞋单流阀功能易失效［3］，不能实现有效断流，导致大量的井留水泥塞影响后期作业。据统计，每年有10%的井不同程度留有水泥塞影响后期作业，需要组织小油管、磨鞋、小螺杆等工具钻塞，耗费大量人力物力，造成了资源浪费。

针对以上问题，长庆油田技术人员通过分析，借鉴套管压裂滑套［4］的原理，研制了一种可实现硬关井的套管关井工具。该技术与常规浮箍依靠阀球及弹簧断流相比较，可以实现套管固井过程中硬关井，可有效避免留水泥塞影响后期作业。

1 工具结构

套管关井滑套由本体、带孔滑套外壳、滑套内壳、带碰压头胶塞4个部分构成，如图1所示。本体接头螺纹部分采用与套管扣型匹配的螺纹，主体部分壁厚达到套管尺寸的2倍，保证足够的承压能力，同时内部留有与带孔滑套外壳连接的螺纹。带孔滑套外壳带有与本体连接的螺纹以及密封环及固井循环孔。滑套内壳通过销钉与滑套外壳相连，同时与密封环配合实现密封。胶塞前端有与滑套内壳配套实现碰压及剪断销钉功能的碰压头。

图1　套管关井工具

2 技术原理

套管关井工具原理如图2。下套管时，按照要求将关井阀装在套管串的人工井底位置。固井施工开始时，前置液及水泥通过关井阀的循环孔进行正常循环，在固井注水泥完成后投入胶塞。胶塞运行至套管关井工具处时，碰压头与套管工具上部接触，憋压，剪断销钉，关井工具内壳下行，盖住滑套孔部位，循环通道关闭，实现硬关井，保证施工完毕水泥塞不会留井底。

图2　套管关井工具关井原理

3 技术指标及室内评价

3．1 技术指标

套管关井工具的主要参数如表1。

表1　套管关井工具主要参数

3．2 室内评价试验

为保证套管关井工具运行达到实际效果，在室内对套管关工具进行试验评价，评价结果（如表2）表明，关井工具的各项指标符合设计要求。

表2　套管关井工具室内评价试验结果

4 现场试验

2013年以来，该关井工具累计在长庆陕北气田应用了200余口水平井，工具有效性达到了100%，实测水泥塞长度全部小于20 m，有效地解决了水平井固井留塞影响后期作业的问题，保证了后期作业的高效实施。

QP11井是长庆油田分公司的1口致密油评价水平井，位于HQ油田西南区域。该井采用二开井身结构，一开表套下深150 m，二开完钻井深2 450 m，水平段长600 m，井身结构及套管串如图3。

图3　QP11井井身结构

该井现场固井顺利，累计注入水泥65 m3，碰压顺利，具体固井施工参数如表3。

表3　SP42井固井施工参数

该井固井候凝完后，采用“油管＋Ø115 mm”通井规通至套管关井工具以上10 m，表明固井工具质量可靠，未留水泥塞。

5 结论

1)针对水平井浮箍、浮鞋易失效导致留水泥塞等问题，研制了套管关井工具，该工具可实现固井施工结束后的硬关井，室内评价试验表明，工具可靠，可实现有效断流。

2)套管关井工具在现场开展了200余口井的试验，试验成功率100%，实测水泥塞长度全部小于20 m。表明该工具具有结构简单、易操作、施工可靠性高等优点，应用前景广阔。

［1］张军锋，景小龙，孙成，等．安塞油田水平井水力喷射分段压裂技术研究［J］．油气藏评价与开发，2013（4）：45-49．

［2］储小三，吴晋军，段鹏辉，等．水平井水力喷射与小直径封隔器联作压裂技术在长庆低渗油田中的应用［J］．石油钻采工艺，2012，34（6）：73-76．

［3］朱和明，吴晋霞，郭朝辉，等．浮箍和浮鞋失效原因分析及预防［J］．石油矿场机械，2013，42（8）：66-71．

［4］张红运，郝尤，朱涛，等．浅谈TAP lite套管滑套分层压裂工艺在梁平1井的应用［J］．中国石油和化工标准与质量，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

中国石油集团（股份）公司重大科技专项“致密气藏开发重大工程技术研究”（2010E-2303）

黄占盈（1981-），男，河南西峡人，工程师，硕士，主要从事油气田钻完井工艺技术研究，E-mail：huangzhanying＿cq ＠petrochina．com．cn。