可重复关闭套管滑套的研制

唐 欣， 李 斌， 张毅超， 刘运楼， 张 敏， 谢 明

(中国石油川庆钻探工程有限公司井下作业公司)

随着石油天然气资源勘探开发的发展，不同的储层需要不同的储层改造工艺技术及其不同的分段改造工具。套管滑套就是一种新型的分段改造工具，安放在储层分段改造位置，随套管管柱下入，固井后，通过投球等方式开启滑套进行增产改造，然后利用套管管柱开采油气资源。套管滑套与传统的裸眼分段工具、水力喷射工具、封隔器和桥塞射孔分段工具等，不管在原理还是在工具结构上，都有显著的不同[1-5]。本文详细分析了套管滑套的设计技术难点，针对技术难点采用相应技术措施，设计了可重复关闭套管滑套，通过开展大量室内性能试验检验，该套管滑套操作方便，性能优良，能很好地实现“打得开，关得严，不误开、误关”[6-8]。

一、套管滑套的设计技术难点分析

1.套管滑套管内水泥浆的隔离和清洁

(1)防止水泥浆从管内进入套管滑套的活动滑套和本体间，避免活动滑套被水泥浆固住无法打开。

(2)防止水泥浆滞留在套管滑套内，阻碍活动滑套顺利开启。

(3)准确控制下水泥塞，防止管内水泥浆掩埋套管滑套，避免滑套无法开启。

2．套管滑套管外水泥浆的隔离

防止水泥浆从管内进入套管滑套的活动滑套和本体间，避免活动滑套被水泥浆固住无法打开。

3．套管滑套管内要有大流道

(1)顺利进行钻井液循环和注水泥固井施工。

(2)进行大排量的增产改造施工。

(3)增产改造后，能够直接使用套管管柱进行油气开采。

4．套管滑套其它设计技术难点

(1)采取合适的滑套开启方式，实现连续增产改造施工。

(2)开启方式不影响油气资源的直接开采。

(3)能耐高温高压密封。

(4)能实现全通，便于后期进行修井和重复改造作业。

(5)套管滑套开启、关闭可靠，不会出现误开、误关现象。

二、套管滑套的结构设计

1．可重复关闭套管滑套

可重复关闭套管滑套结构如图1所示。

图1 可重复关闭套管滑套

2.碰压自锁胶塞总成

碰压自锁胶塞总成结构如图2所示。

图2 碰压自锁胶塞总成

3．关闭工具

关闭工具结构如图3所示。

图3 关闭工具

4．结构特点

(1)可重复关闭套管滑套的本体与活动滑套的间隙充满耐高温高黏润滑脂，既起润滑作用，又避免水泥浆从管内进入该间隙。专用胶塞能通过套管滑套较小内径的球座，固井时隔离水泥浆，清洁管串内壁的水泥浆，避免水泥浆滞留套管滑套内。专用胶塞与碰压座碰压自锁，防止替空，避免水泥浆回流，准确控制下水泥塞。可重复关闭套管滑套的本体过流槽的外表面上固化一层保护膜，防止水泥浆从环空进入本体和活动滑套的间隙。从而有效避免水泥浆影响套管滑套，保证滑套顺利开启。

(2)采用投球方式开启滑套，套管串注入液体施工，分段数较多，能实现大排量连续施工。憋压球为高强低密度材料，易于返排，不影响开采过流通道，施工后可直接开采。

(3)滑套开启后，活动滑套上端的弹爪筒与本体嵌合，产生回退阻力，同时，下端的止退环也与本体自锁，防止因为液体返排、憋压球与球座嵌合、球座节流等造成活动滑套回退误关闭，滑套内径与所连接的套管内径相匹配，保证油气开采通道畅通。

(4)球座为易钻材料，可下钻钻除，实现套管滑套全通径，同时，止退环与活动滑套分离，自锁解除，弹爪筒与本体的嵌入阻力还在，可避免管内挂碰误关闭套管滑套，便于进行重复改造作业。

(5)如果储层大量产水，已无开采价值，还要影响其它层位的顺利开采时，可在球座钻除后，下入关闭工具，与活动滑套嵌合，上提关闭滑套。滑套重新关闭后，活动滑套上端的弹爪筒与本体产生开启阻力，防止管内挂碰误打开套管滑套，确保关闭可靠。水层关闭后，可确保其它储层充分顺利开采。

三、可重复关闭套管滑套施工工艺流程

可重复关闭套管滑套施工管柱结构：引鞋+套管鞋+套管+浮箍(浮鞋)+套管+浮箍+套管+碰压座+套管串+套管滑套+套管串+套管滑套+套管串+套管滑套…+套管串。

(1)将可重复关闭套管滑套随套管下入井中，套管滑套安装在需要分段改造的第二段、第三段、…等位置，碰压座安放在试油人工井底以下。固井时，先注入水泥浆，再投入专用胶塞碰压，然后候凝。

(2)下入射孔枪，对井底的第一段进行射孔，建立循环通道，然后直接使用套管注入施工液体第一段储层进行增产改造。

(3)第一段施工液体注完后，投入憋压球，注入第二段的施工液体，憋压球到球座时，憋压打开套管滑套，进行第二段储层的增产改造。然后按此方式依次对第三段、第四段…等储层进行增产改造。

(4)施工结束后，进行液体返排，高强低密度憋压球随液体排出。然后使用套管管柱开采油气。

(5)需要进行修井作业时，下入钻头，钻掉球座，可重复关闭套管滑套实现全通径。然后，可根据需要，使用卡层分段改造工具对储层进行重复改造，然后使用套管管柱继续进行油气开采。

(6)如果有储层大量产水，该层失去开采价值，并严重影响整口井的其它层位的油气开采时，可下入滑套关闭工具，关闭该套管滑套，可保证其它层位油气资源的顺利开采。

四、室内性能实验研究

可重复关闭套管滑套完成设计后，进行了大量的室内性能试验检验该套管滑套的性能。开展的主要室内性能试验及试验情况如表1所示。

通过室内试验表明，该套管滑套动作可靠，性能优良，各项性能指标均达到了设计要求。

表1 可重复关闭套管滑套室内性能试验

五、结论

(1)研制的可重复关闭套管滑套分段工具，结构先进，功能完善，能实现固井、增产改造和油气开采共用一趟管柱，能够进行大排量连续逐层精确分段施工，不需射孔，不需封隔器卡层。

(2)该套管滑套采用耐高温高黏润滑脂填充、固化保护膜隔离、专用胶塞刮削水泥浆和碰压自锁等三种技术手段，避免水泥浆阻碍滑套，最大限度保证滑套开启成功率。

(3)高强低密度球强度高，级差小，可实现较多段数的分段改造；密度低，易返排，不会影响油气开采的过流通道。

(4)球座易钻，钻除后能实现套管滑套全通径，便于采用卡层工具管柱对储层进行重复精确分段改造，提高油气采收率。

(5)滑套上设计了自锁和阻力机构，防止误关和误开，保证滑套开启和重复关闭状态可靠，保证油气顺利开采。

(6)设计了专用关闭工具，可重复关闭套管滑套，防止水层淹死油气井，有利于提高油气井的使用寿命。

(7)通过室内试验研制，该套管滑套动作可靠，性能优良，是油气资源高效开发的一种新的技术手段，具有广阔的应用前景。