旋转尾管固井工艺技术及其应用分析
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摘要：本文分析了旋转尾管悬挂器的原理以及旋转尾管固井的优点，并分析了旋转尾管固井所需条件。探讨了旋转尾管固井时应注意事项，并讲解了旋转尾管固井工艺技术的实际应用。最后得出：旋转尾管固井既改善了水泥浆的顶替效率，又提高了钻井液的流动性能，同时又可降低施工泵压，提高井眼和井壁的清洗效果，从而提高固井质量。
关键词：旋转尾管固井技术悬挂器
一、前言
由于尾管固井不仅可以节约大量的套管、水泥和施工费用，减轻钻机负荷，降低施工压力，而且还有利于保护油气层，因而深井多采用尾管固井。但尾管固井与常规固井比较，存在环空间隙小，水泥环薄；尾管居中度不高，易形成钻井液“死区”难以顶替；岩屑沉积易堵塞，管内留塞、管外低返等技术难题。旋转尾管固井不仅可以提高顶替效率，提高固井质量，而且可以解决深井下套管遇阻技术难题。因此为解决深井尾管固井的技术难题和提高深井固井质量，可以在深井尾管固井时采用了旋转尾管固井工艺。
二、旋转尾管固井工艺
1、旋转尾管悬挂器的原理
旋转尾管悬挂器与普通尾管悬挂器不同之处是悬挂器上多一个止推轴承。当悬挂器坐挂后，悬挂器卡瓦与上层套管卡住，但卡瓦以下部分仍能在送放工具的驱动下进行旋转，所以该轴承能够在承受很重悬挂负荷的情况下保持有效旋转。
液压脱手：在未脱手时，送放工具的有缝夹套和S型坐封筒内的凹槽结合，来承载尾管串的重力。当悬挂器坐挂后脱手时送放工具内的剪切销钉被剪断，活塞推动凸块向上运动，凸块下端的承载爪会收进扭矩套内，这样送放工具就从S型坐封筒脱手了。下钻遇阻时通过上凸块和S型坐封筒上凹槽啮合传递上部扭矩，带动尾管旋转下入。
2、旋转尾管固井的优点
通过套管转动，改善水泥浆的顶替效率，提高钻井液的流动性能，同时可降低施工泵压，提高井眼和井壁的清洗效果，保证水泥环与地层的胶结质量。另外，在下套管过程中如果遇阻卡，可以通过转动套管串来增加克服阻力，使套管顺利下入到设计位置。
3、旋转尾管固井所需条件
（1）对固井工艺的要求
旋转尾管固井不需特殊的固井工艺，注水泥、替浆工艺流程与常规固井相同。
（2）井身质量与钻井液
旋转尾管固井对井身质量的要求较常规尾管固井严格，特别是裸眼井段较长的情况下，狗腿度一般不能超过2.50/25m。钻井液粘度、切力要低，漏斗粘度控制在50-65s，下套管前充分循环钻井液，将井底沉砂掉块携带出井口。
（3）对钻机设备的要求
旋转尾管在有顶驱的情况下，使用是最为方便有利的，但利用钻机转盘旋转尾管也应用得很多。对钻机的最基本要求是调整控制转盘转速方便，能够监测转盘扭矩，同时要保证转盘刹车系统灵活好用。
（4）对套管的要求
旋转尾管应选用台阶密封的高扭矩套管，如FOX、NewVam、TM、NSCC等气密套管扣型，这样在旋转尾管时可以保证不损坏套管。若重点考虑下套管遇阻时能适当转动套管串，则可采用长圆扣或偏梯扣。也就是说，采用可旋转尾管悬挂器送入普通扣型套管，当遇阻时，是可以适当转动套管串的。
（5）对入井附件的要求
对浮箍、浮鞋、球座没有特殊要求，而扶正器则必须采用螺旋刚性扶正器。螺旋刚性扶正器目前主要有钢制螺旋刚性扶正器、锌铝合金螺旋刚性减阻扶正器、高温树脂螺旋刚性减阻扶正器。钢制螺旋刚性扶正器强度高，过流面积大，起旋流作用，质量较小，适合直井使用；锌铝合金螺旋刚性减阻扶正器质量较小，同样起旋流作用，但过流面积比刚性扶正器稍小，适用于斜井及直井；高温树脂螺旋刚性减阻扶正器质量最小，也起旋流作用，过流面积比锌铝合金扶正器略大，适用于水平井及斜井。
（6）对旋转水泥头的要求
要实现固井过程中固井管线不转而水泥头所连接的钻杆转动，需要一种特殊的水泥头，其特点是在水泥头与钻杆之间加一个抗高压和高载荷的轴承，利用卡瓦卡住钻杆并进行旋转时，水泥头可以保持静止不动。水泥头上部为NC50扣，可直接连 钻杆，适用于有顶部驱动的钻机。
陆地钻井很少应用顶驱，采用的方法是在现有常规的水泥头下面加装一只旋转接头，旋转接头上下均可直接与 钻杆相连，井口坐卡瓦转动钻具，带动尾管旋转，而旋转接头上面的水泥头并不转动。
三、旋转尾管固井时应注意事项
1、必须确保井眼狗腿度在允许的范围之内，同时保证井眼稳定、清洁。
2、套管扶正器对提高顶替效率有利，但是扶正器选型不正确，可能会在旋转中发生扶正器被挤毁破碎，造成环空阻塞、增加旋转扭矩等井下复杂情况。
3、必须控制转速、扭矩，防止扭矩过大，旋转钻具时的扭矩不能超过套管上扣扭矩最小值的80%。
4、下套管过程中以及尾管悬挂器坐挂前，入井管串不能反转，管串反转会剪断应急释放销钉，导致下入工具与尾管分离。
四、现场应用
旋转尾管悬挂器自问世以来已经成功地解决了许多技术难题,其中在Wytch Farm M - Site, 16 SP大位移水平井,利用旋转尾管悬挂器将178 mm套管顺利送到了10210 m的井深( SPE 59213) 。到目前为止，已经在全球使用了上千井次。
旋转尾管固井在南海、渤海等海上油田应用十分普遍,保证了尾管顺利下入和固井质量。如南海东部西江油田施工9 000 m大延伸井,在4 000 m裸眼中下178 mm尾管,井斜85°尾管鞋一进入裸眼即遇阻,在这种情况下单靠下压管串是不能克服摩阻而将套管串下到位的。而有了旋转悬挂器就可以开泵并旋转套管,以钻井划眼的方式利用数天的时间将尾管下到位。
由于海上钻井基本是斜井或水平井,大都具有套管串下入困难的问题,所以采用非旋转尾管悬挂器很难保证管串顺利下入的。通过下入旋转尾管的固井质量一般都优良,所以海上旋转尾管固井后基本上不采取测井检查固井质量,因为旋转尾管固井的质量是可信的,测固井质量被认为是浪费时间。
自中国对外开放海洋油气勘探开采后,南海、渤海、东海等海上油田使用旋转尾管固井已达数百口,产品一般是贝克休斯和威德福公司提供。
中国陆地油田首次成功使用旋转尾管固井是2005年3 月,在新疆塔河油田YK - 10 井实现的。旋转悬挂器由贝克休斯提供,旋转水泥头和套管扶正器由威德福公司提供,全部固井段的测井的反应值平均为15% ,被评为优秀。
五、结论与认识
1、旋转尾管固井既改善了水泥浆的顶替效率，又提高了钻井液的流动性能，同时又可降低施工泵压，提高井眼和井壁的清洗效果，从而提高固井质量。
2、良好的井身质量、清洁的井眼条件是旋转尾管固井获得成功的必要前提。
3、扶正器的安放位置和扶正器的型号，对旋转套管至关重要。
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