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井下套管閥發(fā)展方向預(yù)測
井下套管閥發(fā)展方向預(yù)測 高翔摘要
井下套管閥是實現(xiàn)全過程欠平衡作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)裝備。美國Weatherford公司及國內(nèi)新疆鉆井院研制的套管閥分別在國際、國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。該技術(shù)使欠平衡起下管串作業(yè)變得更加快速、安全、高效。如能按本文預(yù)測的發(fā)展方向進一步優(yōu)化，該技術(shù)將具有更為廣闊的應(yīng)用前景。
主題詞：井下套管閥 全過程欠平衡 應(yīng)用前景 發(fā)展方向
井下隔離法全過程欠平衡鉆井技術(shù)是目前最實用、最安全的一項新技術(shù)。井下套管閥采用井下隔離法實現(xiàn)全過程欠平衡作業(yè)，降低帶壓強行起下鉆作業(yè)風(fēng)險，是實現(xiàn)全過程欠平衡的必備技術(shù)裝備之一。本文作者通過長期研究，總結(jié)了套管閥技術(shù)的特點并提出了對發(fā)展方向的認識。
1 井下套管閥的國內(nèi)外現(xiàn)狀
1.1 國外Weatherford的DDV套管閥起步較早，應(yīng)用較多，國際領(lǐng)先
井下套管閥技術(shù)是上世紀(jì)90年代中后期出現(xiàn)的一項新技術(shù)，針對該項新技術(shù)，國外很多公司都展開了相應(yīng)的研究工作，先后研究開發(fā)出雙液壓管線控制、單液壓管線控制、鉆柱卡環(huán)操控、鉆柱變徑控制等結(jié)構(gòu)的井下控制閥。經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用對比，最終美國Weatherford公司研制成功的雙液壓管線控制井下套管閥在技術(shù)性能及應(yīng)用方面顯示出優(yōu)越性并逐漸成熟起來，自2001年以來，該公司生產(chǎn)的井下套管閥已在美國、加拿大、東南亞等許多油田使用了100多只，取得了良好的應(yīng)用效果。據(jù)統(tǒng)計美國Weatherford的DDV套管閥前后共展開了將近7年的工作，在經(jīng)過“設(shè)計-加工-試驗-優(yōu)化設(shè)計-試驗”其間進行了3-4改進才獲得了今天這樣良好的性能。
Weatherford公司套管閥主要由井筒壓力密封部件閥板和主體以及開關(guān)控制筒等組成。目前已經(jīng)形成了7″和9 5/8″井下套管閥系列及應(yīng)用于全過程欠平衡鉆井的配套專用工具，其中7″套管閥最高密封壓力達70 Mpa， 9 5/8″套管閥密封壓力達到35Mpa，額定溫度均為150℃，最大下深達3000多米。
2003年國內(nèi)首次在新疆夏72井引進應(yīng)用了Weatherford公司9 5/8″井下套管閥，下深411米，歷時61天，完成15次不壓井起下鉆及帶壓測井作業(yè)，應(yīng)用效果良好。通過初步統(tǒng)計，截至目前，該公司的套管閥在世界范圍內(nèi)共下井二百多套，我國購進了數(shù)十套，各大油田基本都有應(yīng)用。
國外其它公司包括斯倫貝謝、哈里伯頓都有成型的套管閥，但其技術(shù)指標(biāo)稍低于Weatherford公司的DDV，這一點在國外市場的占有量上就可充分體現(xiàn)。
1.2 國內(nèi)新疆鉆井院研究起步較早，多次現(xiàn)場試驗
伴隨套管閥在夏72井的成功應(yīng)用，新疆鉆井院同步進行了套管閥技術(shù)的調(diào)研和研制工作，先后投入400多萬，于2004年科研攻關(guān)取得了突破性進展， 2004年10月在夏202井對自行研制的9 5/8″套管閥進行了現(xiàn)場試驗，該套管閥安裝于距離井口400米處，液壓控制系統(tǒng)最大壓力20MPa，工作壓力小于15MPa，在井下經(jīng)過了7次順利開關(guān)。由于氣侵井下產(chǎn)生了9.3MPa的壓力，通過正向壓力平衡后，成功開啟。套管閥的各項技術(shù)性能得到了初步的檢驗。
截至目前新疆鉆井院已形成應(yīng)用于全過程欠平衡作業(yè)的7″和9 5/8″套管閥系列裝備，密封壓力等級達到Weatherford公司井下套管閥技術(shù)指標(biāo)。目前新疆套管閥已累計下井試驗十幾套，其現(xiàn)場試驗次數(shù)在國內(nèi)處于絕對領(lǐng)先水平。目前新疆已研發(fā)出第二代帶傳感器的套管閥并也投入了現(xiàn)場試驗。
1.3 國內(nèi)其它油田基本無現(xiàn)場應(yīng)用
由于套管閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運動部件較多。存在設(shè)計難度大，加工難度大，試驗失敗率高等特點，要想有所突破，必然經(jīng)過多口井的試驗摸索-積累過程，如果不能堅持進行多次試驗，該技術(shù)裝備必然會被荒廢。據(jù)了解，國內(nèi)其它起步較早的油田（包括：北京、勝利等）現(xiàn)場試驗次數(shù)極少，可以說基本處于調(diào)試或停滯階段。
2 井下套管閥技術(shù)特點
井下套管閥整套系統(tǒng)包括：井下閥板、井下閥體、地面液壓系統(tǒng)、控制線、管線卡子。其中，井下閥體內(nèi)部承托的井下閥板為整套系統(tǒng)的核心部件。固井時井下閥體隨套管一同下入預(yù)定深度。使用時，地面操作人員通過控制地面液壓系統(tǒng)從而遠程控制井下閥板的開關(guān)。圖1為井下閥體裝配圖。
圖1 井下閥體裝配圖
目前國外Weatherford公司的井下DDV套管閥在世界范圍內(nèi)應(yīng)用較多，套管閥能夠?qū)崿F(xiàn)欠平衡鉆井快速、安全、高效的起下管串作業(yè)，取代不壓井起下鉆裝置，徹底消除壓井對地層的傷害。同時，套管閥技術(shù)也存在一些不足。具體總結(jié)如下：
隔離裝置位于井下，與井口隔離裝置相比，更為安全、高效。但遠程控制難度
較大；
內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運動精密，具有較高的密封性和運動穩(wěn)定性。但也具有較高的
作業(yè)成本。
一旦密封實效，內(nèi)部具有應(yīng)急裝置，套管閥仍具有可控性。提高安全系數(shù)的同
時，也提高了整體作業(yè)成本。
由于安裝、控制程序復(fù)雜，地面配套部件較多。配套部件的成本甚至超過了井
下工具的成本。
9 5/8″套管閥的最大額定壓力為35MPa，如預(yù)測的井下儲層壓力差過35MPa，閥
門關(guān)閉時間過長則存在使用風(fēng)險。
6）由于氣相與液相的流動特點不同，目前的套管閥只是針對液相流動密封進行設(shè)
計，雖然在地面試驗中也能實現(xiàn)封氣體，但在井下的氣、不規(guī)則固相顆粒高速流沖擊作用下套管閥很難保證實現(xiàn)穩(wěn)定多次的開關(guān)密封作業(yè)。
7）套管閥在井下400-3000米的環(huán)境下工作，在一定溫度壓力下，同時需要與泥漿、
巖屑顆粒接觸，因此它的使用壽命十分有限，密封效果逐漸下降一般開關(guān)十幾次后就不能保證良好密封。
8）目前國際上較為流行套管閥為一次性投入使用產(chǎn)品，使得套管閥的作業(yè)成本難以大幅下降。
3 應(yīng)用前景及發(fā)展方向預(yù)測
套管閥是全過程欠平衡作業(yè)關(guān)鍵裝備。隨著欠平衡技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)裝備的應(yīng)用規(guī)模將進一步擴大。較高的作業(yè)成本成為制約該裝備發(fā)展的關(guān)鍵因素。如果能通過技術(shù)變革降低作業(yè)成本，套管閥的競爭力將大幅提高。
下面列出了預(yù)測的套管閥發(fā)展方向：
1）閥體及控制線可回收式井下套管閥。如能實現(xiàn)閥體及控制線的回收，每口井的
綜合作業(yè)成本將下降20萬以上。
2）雙重密封的井下套管閥。針對于特別重要的井，可以考慮研制井下閥體自帶雙重密封保險裝置的套管閥，保證即使出現(xiàn)閥體故障，仍能維持數(shù)次開關(guān)的一種保險機構(gòu)。
3）專用于密封氣體介質(zhì)的井下套管閥
針對于氣體鉆井，應(yīng)研制一種專用于氣體打開儲層使用的密封氣體的套管閥。同時該套管閥也具備密封液相的能力，但是一般不推薦使用。
4）精簡型套管閥。針對于一般的使用需求，簡化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，設(shè)計一種零件較少、機構(gòu)簡單的套管閥。每口井的投入成本達到原有成本的一半。
5）集成更多功能的井下套管閥（例如集成井下氣體成分檢測裝置）。在略微提高成本的前提下，增加套管閥的附屬功能，提高該裝備的競爭力。
上面介紹的發(fā)展方向預(yù)測基于現(xiàn)場需求和目前新技術(shù)的發(fā)展綜合得來。但要想將預(yù)測成為現(xiàn)實，需要研發(fā)人員大膽的嘗試設(shè)計和不斷的試驗摸索。
4 結(jié)論和認識
1) 采用套管閥的井下隔離技術(shù)是實現(xiàn)全過程欠平衡鉆井最為簡捷、安全的技術(shù)，國外較為成熟，國內(nèi)需對該技術(shù)進行更深入的研究。
2) 井下套管閥技術(shù)具有鮮明的優(yōu)點，但目前在技術(shù)的應(yīng)用范疇、技術(shù)保險功能、工作壽命等方面仍存在一定的問題。
3）目前氣體鉆井打開儲層迫切需要一種既能密封氣相又能密封液相的井下套管閥，應(yīng)用領(lǐng)域迫切需要這種成熟產(chǎn)品的出現(xiàn)。但是要想在短期之內(nèi)真正形成性能優(yōu)越的該類產(chǎn)品，難度很大。
4）隨著欠平衡技術(shù)的發(fā)展，套管閥的應(yīng)用規(guī)模將進一步擴大。
5）提高作業(yè)安全性、提高工具穩(wěn)定性、降低作業(yè)成本，是套管閥技術(shù)的核心競爭力。
參考文獻
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