带胶塞系统可提出式回接装置在尾管补救固井中的应用

郑晓志 徐明会 杜鹏德

（中国石化石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司，山东德州 253005）

带胶塞系统可提出式回接装置在尾管补救固井中的应用

郑晓志 徐明会 杜鹏德

（中国石化石油工程技术研究院德州大陆架石油工程技术有限公司，山东德州 253005）

引用格式： 郑晓志，徐明会，杜鹏德.带胶塞系统可提出式回接装置在尾管补救固井中的应用［J］.石油钻采工艺，2015，37（6）：36-38.

针对尾管固井中出现的送入钻具、尾管悬挂器中心管短路及尾管内落物造成管内憋堵无法建立正常循环的2种复杂情况，设计出一种带胶塞系统可提出式回接装置用于补救固井。通过文中提出的计算方法得到在回接装置上下压的重量，实现回接装置与尾管悬挂器回接筒之间的有效密封，无需坐挂及解封，固井后可直接提出，保证了送入钻具的安全。胶塞系统的使用在水泥浆与钻井液之间起到了有效的隔离和替浆到量碰压的作用，提高了水泥浆的顶替效率，保证了尾管补救固井质量。

尾管固井； 循环短路； 管内憋堵； 胶塞；回接装置； 补救固井

尾管固井在各类固井作业中属于技术难度及风险较大的复杂作业，尾管送放到位后容易造成循环短路的问题［1］，无法直接固井。针对此种复杂情况，目前国内外普遍采取的固井补救方案如下：（1）管内落物造成的憋堵情况，丢手后起出送入钻具，下小钻头扫穿全部附件，下可回收式管内封隔器或水泥式承流器至尾管悬挂器以下1～2根套管内坐封，用测试迟到时间的方式验证循环正常，固井时用重浆顶替水泥浆到位，封隔器解封后起出送入钻具［2］；（2）送入钻具刺漏或悬挂器中心管密封失效造成循环短路的情况，丢手后起出送入钻具，直接下入可回收式管内封隔器或水泥式承流器至悬挂器以下1～2根套管内坐封，用测试迟到时间的方式验证循环正常，按照尾管固井施工流程进行固井，封隔器解封后起出送入钻具。

采用可回收式管内封隔器进行补救固井时，需要在套管内实现坐封及解封的操作，固井后水泥浆返至悬挂器以上，如果封隔器解封困难，送入钻具被水泥浆封固在套管内的风险极大。采用可回收式管内封隔器或者水泥式承流器时，为防止替空事故的发生，在固井施工时需要精确计量替浆量，但是如果钻井液与水泥浆没有有效隔离造成混浆，井底附近水泥石胶结强度将大幅度地降低，因此补救固井质量无法保证。

采用新设计的可提出式回接装置，充分利用了与尾管悬挂器回接筒配套的回接插头装置，无需坐挂及解封操作，固井后可直接提出，保证了送入钻具的安全。钻杆胶塞与尾管胶塞的使用对水泥浆与钻井液之间起到了有效的隔离，实现替浆到量碰压的作用，提高了固井时水泥浆的顶替效率［3］，保证了尾管补救固井质量。

1　装置结构

近年来，随着特殊井、复杂井的不断增多，常规的回接装置难以满足要求，德州大陆架公司开发特制回接装置，其中包括：提出式回接装置、封隔式回接装置、短回接式回接装置，并在现场处理复杂情况时得到应用，其回接装置在川东北地区高压气井应用效果也较好［4-5］。结合可提出式回接装置与短回接装置的优点，设计出带胶塞系统可提出式回接装置，用于尾管补救固井。带胶塞可提出式回接装置结构如图1所示。

图1　带胶塞系统可提出式回接装置

带胶塞系统可提出式回接装置由钻杆胶塞、提拉短节、扶正块、变扣接头、回接插头、中心管、尾管胶塞短节、尾管胶塞等结构组成，在提拉短节上套入扶正块并用内六方螺钉固定，在上层套管内起扶正作用，在下入过程中确保回接插头居中且保护密封圈组及尾管胶塞不受磨损，中心管下部连接尾管胶塞短节，用剪钉将尾管胶塞连接在尾管胶塞短节上。回接插头为尾管悬挂器回接配套工具，钻杆胶塞与尾管胶塞均为尾管悬挂器配套胶塞。本装置中心管内径与尾管悬挂器中心管内径一致。

2　工作原理

尾管补救固井管串如图2所示。送入钻具与带胶塞系统可提出式回接装置通过提拉短节直接连接，将回接装置送放到位后，继续下放钻具使回接装置进入尾管悬挂器回接筒内，经过计算后在回接装置上下压一定重量，防止固井顶替水泥浆过程中回接装置被顶出。回接插头设计的密封圈组可实现回接插头与回接筒内壁之间的密封［6］。

循环至满足固井要求后进行固井施工，顶替水泥浆时钻杆胶塞在送入钻具内起到隔离钻井液与水泥浆的作用，当钻杆胶塞到达尾管胶塞位置，两者组合成为1个复合胶塞，憋压剪断尾管胶塞剪钉，复合胶塞脱离尾管胶塞短节，继续在套管内下行并起到隔离钻井液与水泥浆的作用，复合胶塞运行至塞箍位置碰压，泄压后直接上提钻具使回接装置与尾管悬挂器回接筒脱离。

图2　尾管补救固井管串

3　关键参数计算

尾管悬挂器回接筒内径与回接装置提拉短节内径不一致，两者之间存在1个环形面积，因此在固井施工中顶替水泥浆时，尾管悬挂器回接筒位置内外压强差作用在此环形面积上会对回接装置产生一个向上的作用力，为防止在顶替过程中回接插头被顶出回接筒而导致密封失效，下到位后要在回接装置上下压一定重量，该重量要大于作用在回接装置上的向上作用力。尾管悬挂器回接筒位置环形截面如图3所示。

根据压力计算公式得到以下计算公式

图3　尾管悬挂器回接筒位置环形截面

式中，F为作用在回接装置上的向上作用力，t；Δp为尾管悬挂器回接筒位置内外压差，MPa；S为回接装置提拉短节内壁与尾管悬挂器回接筒内壁形成的环形截面积，mm2；pf为尾管悬挂器以下套管内外循环摩阻压耗之和，MPa；Δρi为顶替到位后环空与管内对应位置第i段水泥浆与钻井液密度差，g/cm3；g为重力加速度，取9.81 m/s2；hi为顶替到位后第i段水泥浆在环空中垂直长度，m；D为尾管悬挂器回接筒内径，mm；d为提拉短节内径，mm。

尾管悬挂器以下套管内外循环摩阻压耗之和pf通过现场测量估算得到，具体操作为：

（1）回接装置插入尾管悬挂器回接筒之前测量设计替浆排量下的循环压力p1；

（2）回接装置插入后预先下压30 t，测量设计替浆排量下的循环压力p2；

（3）尾管悬挂器以下套管内外循环摩阻压耗之和pf为两者之差。其余参数均可根据固井施工设计数据及工具参数得到。

4　应用实例

国内某油田某区块储气井设计井身结构为五开次，三开下入Ø244.5 mm尾管固井，四开下入Ø177.8 mm尾管固井，五开Ø152.4 mm井眼裸眼完井。该区块在2013年出现3次尾管固井复杂情况，1号井Ø177.8 mm尾管下到位后循环时出现尾管悬挂器中心管密封失效复杂情况；2号井Ø244.5 mm尾管下到位后出现管内憋堵复杂情况；3号井在五开钻进中出现Ø177.8 mm油层尾管偏磨严重继而挤毁的复杂情况，Ø127 mm修补尾管下到位后出现管内憋堵复杂情况。

1号井采用可钻除式水泥承流器进行补救固井，水泥式承流器水眼小压耗大，固井时顶替排量小，且水泥浆与钻井液直接接触，顶替效率差，CBL测井显示声幅值大于40%，固井质量不合格，且该井存在高压水层，后期井口环空出水，高压水层未能得到有效封固；2、3号井采用带胶塞系统可提出式回接装置，中心管内径大压耗相对较小，且有胶塞系统，固井时水泥浆与钻井液得到隔离，提高了固井顶替效率，CBL测井显示声幅值小于20%，固井质量合格。

5　结论及建议

（1）带胶塞系统可提出式回接装置可以应用于送入钻具、尾管悬挂器中心管短路及管内落物造成管内憋堵无法建立正常循环两种尾管固井复杂情况下的后续补救固井作业。

（2）回接装置下压重量计算方法能够防止回接装置被顶出尾管悬挂器回接筒，确保回接装置与回接筒之间有效密封。

（3）带胶塞系统可提出式回接装置中心管内径较水泥式承流器及封隔器内径大，节流压差小，且胶塞系统的应用能够隔离钻井液与水泥浆，极大地提高了顶替效率，保证了尾管补救固井质量。

（4）带胶塞系统可提出式回接装置在应用时，无需坐挂及解封操作，确保了送入钻具的安全，建议以后在此类尾管补救固井时采用此装置。

［1］刘春文，沈海超，袁济华，等.尾管固井短路复杂情况及其补救固井方案［J］.中国海上油气，2013，25（3）：53-56.

［2］许劲翔，徐天用.异常状态下的尾管固井技术［J］.钻采工艺，2002，25（6）：12-13.

［3］秦金立，苏同.国外固井胶塞研究新进展［J］.石油矿场机械，2010，39（1）：39-42.

［4］马兰荣，白晓静，朱和明，等.尾管回接装置及其在现场的应用［J］.石油矿场机械，2008，37（9）：88-90.

［5］马开华，马兰荣，陈武君.高压油气井尾管回接固井新技术［J］.石油钻采工艺，2005，27（3）：22-23.

［6］吴柳根，滕照正，侯婷，等.国内尾管固井完井技术现状［J］.石油矿场机械，2013，42（10）：52-56.

（修改稿收到日期 2015-08-13）

〔编辑 薛改珍〕

Application of retrievable tie-back device of system with rubber plug in remedial cementing with liner

ZHENG Xiaozhi，XU Minghui，DU Pengde
（Shelfoil Petroleum Equipment & Serνices Co. Ltd.，Research Institute of Petroleum Engineering，SINOPEC，Dezhou 253005，China）

In view of the complex conditions in running drill string and mandrel short circuit in liner hanger as well as fish in liner which plugs the liner and so normal circulation cannot be established during liner cementing，this paper has designed a retrievable tieback device in a system with rubber plug for remedial cementing. Through the calculation method presented in this paper，the downward weight on this tie-back device can be obtained，so the tie-back device can be effectively sealed with the tieback barrel on liner hanger without hanging and unsetting. This tie-back device can be retrieved out directly after cementing job is finished，hence ensuring the safety of running drill strings. The application of the rubber plug system plays a role of effective isolation between cement slurry and drilling fluid and bumping pressure when enough volume of slurry is displaced，which improves the displacement efficiency of cement slurry and ensures the quality of liner remedial cementing.

liner cementing； circulation short circuit； in-liner plugging； rubber plug； tie-back device； remedial cementing

TE26

B

1000-7393（ 2015 ） 06-0036-03 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.009

郑晓志，1962年生。1988年毕业于石油大学采油专业，现主要从事固井完井工具设计及工艺技术研究，副总经理。电话：0534-2670118。 E-mail：zxz@shelfoil.com。