多功能随钻堵漏旁通装置研制与应用_张耀先.pdf

石油石化节能 https:/张耀先等：多功能随钻堵漏旁通装置研制与应用 第 13卷第 1期（2023-01）多功能随钻堵漏旁通装置研制与应用张耀先1李开荣1妥红1张勇2张勇3（1.中国石油集团西部钻探有限工程公司；2.中国石油集团川庆钻探工程有限公司；3.中国石油集团渤海钻探工程有限公司）摘要：带有 MWD、测井仪器等非常规钻具结构钻井施工过程中，快速有效的重建堵漏通道是一项世界性技术难题，为解决因常规 PBL 随钻堵漏装置在使用中水眼不够畅通，堵漏次数受限，完成堵漏后无法将堵球及时取出，堵漏 5 次后需要起下钻才能将随钻堵漏装置球篮内堵球取出，方能进行二次入井使用等难题，利用超系统的无偿资源泥浆浮力，再通过系统内的泵压为动力，研制了多功能随钻堵漏旁通装置，通过泵压推动球座活塞下行，打开旁通，建立二次堵漏通道，在完成堵漏后只需停泵，球座活塞自动复位，关闭旁通，再利用自浮投捞载体依靠泥浆浮力将堵球取出，恢复正常钻进，从而缩短堵漏施工时间，消除因井漏引发的各项安全事故，保护油气，助力油气田安全、环保、有效的开发，具有较好的推广应用前景。关键词：随钻堵漏；井漏；旁通装置；自浮投捞载体；堵球DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2023.01.003Development and application of multifunctional bypass device for plugging with drillingZHANG Yaoxian1，LI Kairong1，TUO Hong1，ZHANG Yong2，ZHANG Yong31Western Drilling Engineering Co，Ltd，CNPC2Chuanqing Drilling Engineering Co，Ltd，CNPC3Bohai Drilling Engineering Co，Ltd，CNPCAbstract：In the process of drilling construction with unconventional drilling tools such as MWD andlogging tools，it is a worldwide technical problem to quickly and effectively reconstruct the pluggingchannelFor example，the water hole of conventional PBL plugging device while drilling is not un-blocked and the plugging times are limitedThe plugging ball cannot be taken out in time after com-pleting the plugging，and after five times，the plugging ball in the basket of the plugging device whiledrilling needs to be pulled out of before it can be used for the second timeIn view of the above prob-lems，a multifunctional bypass device for plugging while drilling is developed by using the free resourcemud buoyancy of the super system and thingking of the pumping pressure as the powerIn addition，the ball seat piston is pushed down by pump pressure to open the bypass and establish a secondary plug-ging channelAfter the plugging is completed，the pump only needs to be stopped to reset the ball seatpiston automatically，close the bypass，and then use the self-floating fishing carrier relying on mudbuoyancy to plug the ball out and restore normal drilling，which shortens the plugging constructiontime and eliminates the safety accidents caused by lost circulationOnly in this way can it protect andhelp the safety，environmental protection and effective development oil and gas field with good pros-pects for promotion and applicationKeywords：plugging with drilling；lost circulation；bypass device；self-floating and fishing carrier；plugging ball第一作者简介：张耀先，技能专家，1988 年毕业于中央农业广播电视学校（畜牧专业），从事技术保障中心工作，15909950662，，新疆维吾尔自治区吐鲁番市鄯善县新城路 805号，838200。引文：张耀先，李开荣，妥红，等多功能随钻堵漏旁通装置研制与应用J石油石化节能，2023，13（1）：10-14.ZHANG Yaoxian，LI Kairong，TUO Hong，et alDevelopment and application of multifunctional bypass device for pluggingwith drillingJEnergy Conservation in Petroleum&PetroChemical Industry，2023，13（1）：10-14.10试验研究/Testing Research石油石化节能 https:/在石油勘探开发过程中，井漏是钻井施工过程中经常出现的问题之一，一但发生井漏，轻者延迟钻井施工周期，增加钻井施工成本；重者污染地下水资源或引发井喷事故，破坏油气层、污染环境等，造成不可挽回的损失。而堵漏是在发生漏失事故的漏层位置，并建立一个隔墙，通过堵漏材料封堵漏失通道1。在带有 MWD、测井仪器、井下动力钻具等随钻工具或仪器施工过程中，堵漏材料极易造成 MWD、测井仪器或井下动力钻具故障，另外，也会容易堵塞工具或仪器内环空（水眼），造成循环通道不畅，无法有效堵漏2。而现有 PBL 随钻旁通堵漏装置也受球篮短节容量的限制，堵漏次数最多为 5次，无法继续进行投球堵漏，需要起钻至地面，人工操作才能取出球篮内的堵球，存在诸多缺陷和不足。通过改变传统随钻旁通堵漏装置的结构和原理，基于超系统的无偿资源泥浆浮力，研制出一套无限次数使用的多功能随钻堵漏旁通装置，实现了装置旁通与内环空自动切换，完成堵漏后，利用自浮打捞工具将堵球自动取出，从而解决所存在的难题，为单井体质创新提供有力技术保障3-6。1国内外现状分析目前国外在随钻堵漏旁通装置具有代表的是格瑞迪斯（PBL），国内是国民油井（MOCS）。1）格瑞迪斯（PBL）。PBL 公司所生产的随钻堵漏旁通装置是通过投入多个不同直径的堵球来激活旁通，建立堵漏通道，每趟钻 PBL随钻堵漏旁通装置可以开关 5次，需要起出后人工清空捕球篮里的球再次入井，才能正常使用。该装置在停泵和开泵的时候不会改变环空到 BHA 的流动。投球后，在泵开状态下，PBL的孔始终保持在开启状态7。2）国民油井（MOCS）。MOCS 公司所生产的随钻堵漏旁通装置在使用中投一个球。旁通和非旁通模式间的转换仅仅通过停泵或开泵即可实现，其开关次数不限，但流过 MOCS的泥浆排量必须等于或超过其最小激活排量才可以进行转换，即改变流向由 BHA 转换为直接进入环空。为了保持在所需的位置，必须保持不间断的液流超过最小激活排量的 90。3）存在不足。PBL和 MOCS随钻堵漏旁通装置虽然都实现了带有 MWD、测井仪器等，非常规钻具结构钻井施工过程中旁通堵漏功能，但使用中仍存在三个方面不足：一是堵漏次数受限，最多只能投球堵漏 35次后，需要起钻才能取出堵球后再次下钻使用；二是堵漏完成后堵球永远停留在井下钻具内，阻挡水眼的畅通，测井仪器、事故处理工具无法通过，尤其无法进行卡钻后 MWD 仪器的打捞及 故 障 维 修 后 的 投 放；三 是 费 用 昂 贵8，高 达3 000 元/d。2多功能随钻堵漏旁通装置设计2.1总体方案设计思路设计思路分为三部分：第一部分是通过机械系统替代、时间、空间分离原理，重建一个新的机械场，研 究 一 种 由 短 节 本 体、活 塞、阻 档 环、喷嘴9、弹簧等组成的旁通短节；第二部分是研制一种带有捞矛可打捞式堵球，完成功能后，通过投捞方式和旁通短节本体分离，实现水眼畅通；第三部分是利用系统内的无偿资源泥浆浮力，采用碳纤维材料研制一种投捞自浮载体，通过泥浆的浮力将堵球打捞到井口，实现无限次的堵漏9-10。2.2旁通短节设计旁通短节采用综合性能好、耐冲刷的钻铤钢，外径为203 mm、165 mm、120 mm 三种规格，短节两端加工不同型号的连接螺纹，上端的母扣和井下钻具连接，下端的母扣和倒扣短节连接，堵漏短节内壁的上端加工丝扣来组装固定锁紧挡板，完成活塞、堵球限位功能。堵漏短节中部径向开设有 2个堵漏材料通往环空的旁通孔，旁通孔在活塞的活动区域内，活塞主水眼封堵受压下行后，实现旁通循环，旁通孔采用小挡环压住合金套的镶嵌方式，耐冲刷，有23.5 mm、22.3 mm、17 mm三种规格，旁通短节结构见图 1。图 1旁通短节结构Fig.1 Structure of bypass short section2.3堵球设计堵球采用铝合金、不锈钢材料加工一种可打捞堵球，堵球体上有捞矛装置，便于打捞，为了满足活塞主水眼的不同型号，研制了三种规格的堵球：68 mm、62 mm、52 mm，堵球结构见图 2。11石油石化节能 https:/张耀先等：多功能随钻堵漏旁通装置研制与应用 第 13卷第 1期（2023-01）图 2堵球结构Fig.2 Structure diagram of ball plugging2.4自浮载体设计自浮载体是根据条件分离、多孔性、复合材料等发明原理，采用碳纤维材料加工成外径为 45 mm，长度为 1 000 mm 的空心浮筒，作为携球上浮的载体，两端加工有螺纹，根据上浮速度可以随意连接根数，便于拆装携带。另外，也研制了和浮筒连接的投捞器，连接在浮筒下端，完成投捞过程中的堵球捞矛的对接锁紧，为了满足不同钻具水眼的需求，研制了五种不同规格的对接引鞋：53 mm、56 mm、58 mm、60 mm、62 mm，自浮载体结构见图 3。图 3自浮载体结构Fig.3 Structure diagram of self floating carrier2.5工作原理井漏发生后，采用下投堵漏堵球的方式来完成主水眼的关闭和旁通孔的打开，向井口钻具内投入堵漏堵球，堵漏堵球到达球座位置后将封堵球座活塞的主水眼，在泵压的作用下推动球座活塞下行，活塞上端面到达旁通孔位置后，旁通孔打开，此时堵漏浆通过旁通孔进入环空实现静止堵漏、承压堵漏或其它方式的堵漏，堵漏结束停泵后，活塞在弹簧作用下推动上行，旁通孔关闭，这样就完成了整个堵漏过程，恢复正常钻