多次激活随钻堵漏工具设计

李龙涛

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413）

钻井过程中易发生各种影响施工进度的现象，例如井漏，一旦井漏就需要用堵漏材料进行堵漏作业，但是堵漏材料易堵塞井下动力钻具或随钻测量工具等井下工具，这些工具内部结构较为复杂、精密且价格昂贵，一旦被堵漏材料堵塞就会造成工具失效，为避免工具失效就要起钻将这些工具起出后再进行堵漏作业，这样就不能及时堵漏，并因此增加钻井的成本。

根据以上情况有必要设计一种随钻堵漏工具，该工具能够随时改变钻井液流向，当需要添加堵漏材料时，可关闭流向钻头的流道，将堵漏剂全部送入环空进行堵漏作业，可无需起钻并及时对漏失的地层进行封堵。

该技术可有效控制易漏区块井下复杂情况的发生，既能随时进行堵漏作业，又能保证随钻测量工具等井下工具在易漏区块的正常施工，并对因井漏而引起的井喷和卡钻等问题进行及时处理，避免井下事故的扩大。

1 国内外技术现状

1.1 国外技术现状

国外的DSI公司、XDT公司、国民油井、威德福等公司研制了不同类型的随钻堵漏工具[1]。

DSI公司生产PBL多次激活旁通阀采用投球剪切的方式进行随钻堵漏；XDT公司生产的TAZ随钻堵漏工具锁位通过J形转位机构实现，投球憋压，通过J型转位机构实现循环阀关闭，激活球为可溶球，循环阀打开次数不受限制；国民油井生产的MOCS随钻堵漏工具通过工具壳体和滑套之间形成一个环形密封腔，同样采用可溶球、通过不同泵压和液体流速控制旁通阀开关，旁通阀打开次数不受限制；威德福的JetStreem随钻堵漏工具采用威德福特色技术-RFID射频识别电控技术控制旁通阀开关。

1.2 国内技术现状

西部钻探工程公司郭新超等人研制了多次开关循环堵漏工具并进行了现场试验[2]，多次开关循环堵漏工具可实现在发生井漏时不起钻堵漏作业，进而节约了钻井周期，降低了井控风险。中石化西南石油工程有限公司的颜磊与成都理工大学能源学院的周文等人设计了一种多次激活井下旁通阀[3]，并运用有限元分析软件ANSYS workbench模拟多次激活井下旁通阀在井下实际工况下，对所设计的井下旁通阀进行了结构强度分析。宝鸡石油机械有限责任公司研发了多次钻井循环阀，采用主通道常开设计，主体上设有旁通孔并安装有限位机构，通过在地面开关泵控制旁通孔的开闭[4]。北方双佳钻采机具公司研制了一种多级循环头，多级循环头主体上设有旁通孔，下部接有捕球器，通过在地面投弹性球控制旁通孔的开启与关闭[4]。

2 结构原理

为解决易漏区块在发生井漏时需要及时堵漏的问题，特设计了如下可多次激活的随钻堵漏工具。

2.1 结构

多次激活随钻堵漏工具由壳体总成、流道切换总成、捕球总成组成，如图1所示。

图1 多次激活随钻堵漏工具

（1）壳体总成。壳体总成主要由上接头、上壳体、中接头、下壳体、下接头组成，内部安装流道切换总成与捕球总成，上接头与下接头分别用来连接上部与下部钻具。上壳体开有用于循环堵漏的循环孔，当循环孔打开时堵漏材料可通过循环孔直接进入环空进行堵漏作业。

（2）流道切换总成。流道切换总成主要由上球座、转换机构、转换销钉、弹簧组成。

如图2所示，上球座为爪型球座，球座的最下端可在设定位置（凹槽处）被球撑开，将落在球座上的球释放。转换机构上部开有旁通槽，中部有J型槽，转换销钉安装在上壳体中。在井下液压力与弹簧的作用下转换机构可按照J型槽设定的轨迹进行周转，被转换销钉锁定并保持在设定的位置。当转换机构将壳体上的循环孔封堵住时，则循环孔处于关闭状态；当转换机构向下移动到设定位置时，转换机构上的旁通槽与壳体上的循环孔对齐，可将循环孔开启。

图2 流道切换总成

（3）捕球总成。捕球总成主要由下球座、球篮、弹簧组成。

如图3所示，下球座也为爪型球座，球篮为螺旋型，螺旋槽可存储投入的球，球篮中央为通孔，当循环孔关闭并恢复正常钻进时储存的球不会影响钻井液的正常流动。

图3 捕球总成

2.2 原理

该堵漏工具可接在井下动力钻具或随钻测量工具的上端，正常钻进时工具的循环孔被转换机构封堵住，钻井液可正常通过该工具流到钻头进行钻进作业。

当发生井漏时，可在地面投入一个激活球，激活球落在上球座上，推动上球座及转换机构下行并压缩弹簧，当下行到设定位置球座被球撑开，激活球被释放落到下球座上将工具的中央流道堵住；同时转换机构在弹簧弹力与转换销钉共同作用下按照J型槽设定轨迹运动，并最终被转换销钉固定在设定位置，此时转换机构的旁通槽与循环孔对齐，堵漏材料可通过循环孔直接被送入环空进行堵漏作业。

当堵漏作业结束后，投入一个关闭球，关闭球落在上球座上，推动上球座及转换机构下行并压缩弹簧，当下行到设定位置球座被球撑开，关闭球被释放落到下球座内；同时转换机构在弹簧弹力与转换销钉共同作用下按照J型槽设定轨迹运动，并最终恢复到原来的位置将循环孔封堵住；循环孔被堵住后，工具内憋压推动下球座下行并压缩弹簧，下球座下行到设定位置撑开将球座内两个球释放，释放的球落入球篮的螺旋槽内被储存起来，然后下球座在弹簧的弹力作用下恢复原位。

3 施工工艺

（1）堵漏工具被连接在井下动力钻具或随钻测量工具的上端；

（2）循环或钻进作业；

（3）发生井漏，从地面投入一个激活球，循环孔被开启，通过地面泵压的变化判断循环孔是否正常开启，如不确定可再投入激活球并判断循环孔被正常开启；

（4）进行堵漏作业；

（5）堵漏作业结束，从地面投入一个关闭球，通过泵压变化判断循环孔是否关闭，如不确定可再投入关闭球并判断循环孔被关闭；

（6）恢复钻进作业；

（7）如再次发生井漏可重复以上操作，可实现重复操作5~6次。

4 结论

（1）工具的球座采用独特的爪型球座设计，既可实现球落在球座上将球座封堵后进行一系列动作，又可在设定位置将球从球座释放。

（2）球篮采用独特的螺旋型球座，螺旋槽可存储投入的球，球篮中央为通孔，既可存储投入的球又不会在恢复正常钻进后影响钻井液的正常流动。

（3）转换机构采用J型槽设计，使转换机构按照设计轨迹进行运动，从而可对循环孔的开启与关闭进行准确控制。

（4）该工具结构合理，操作简单，可在不起钻情况下重复操作5~6次，可随时进行堵漏作业又保证了随钻测量工具等井下工具的正常施工，具有较好的应用前景。