钻井用防脱式浮箍浮鞋研制与应用

钻井用防脱式浮箍浮鞋研制与应用

苏西宁 陈永生 戚万军

山东省东营市 渤海钻井总公司技术发展中心 257200

摘要：在钻浮箍、浮鞋作业中，由于其内部结构可钻性差或套管底部水泥胶结质量差，浮箍、浮鞋很容易倒转与套管脱扣。浮箍、浮鞋一旦与套管脱离后，就会起下钻遇阻、电测遇阻，常规打捞工具都无法处理，严重时就要填井侧钻或者整拖井架重新钻井。

关键词：浮箍；浮鞋；可钻性；防脱

引言

钻井用浮箍、浮鞋是套管串及固井过程的一个重要附件。固井水泥浆是通过该附件注入到套管外环空的，附件阀体承受反向压力。固井过程中浮箍，浮鞋失灵，一部分水泥浆将会倒灌入套管内，影响固井质量，带来巨大的经济损失。随着国内外油田勘探开发形势及固井工艺水平的发展 ，对浮箍、浮鞋的种类和形式，以及浮箍、浮鞋耐高温、耐高压 、耐酸碱、耐冲蚀、耐油性等性能有了更高的要求。随着公司在国内外市场的拓展 ，目前生产的浮箍、浮鞋在国际市场需求量大大增加，对生产工艺和性能要求也越来越高。浮鞋、浮箍不但要满足密封要求，还要达到可钻性、防脱性等要求。

一、钻井用浮箍、浮鞋研究应用背景

浮箍、浮鞋是一种能够承受套管外水泥浆反向压力的套管接箍或引鞋。由于浮鞋或浮箍耐高温，密封性和可钻性好，方便连接，因而可代替引鞋，套管鞋等。油田开发早期使用的阻流环又称承托环，其作用是固井注水泥时用来限制固井胶塞下行位置，防止套管外水泥浆倒返，限制人工井底的深度，保证油层套管底部的固井质量。浮鞋是用来引导套管串沿井筒顺利下到井内，防止套管鞋插入井壁岩层，减少下井阻力，同时也具有防止水泥浆倒流的作用。

在固井作业结束后，由于钻井下一开次作业的需要，多数情况下都要对浮箍、浮鞋内部阀芯进行钻除，因此，可钻性是衡量浮箍、浮鞋的一个重要指标。从内部结构上来看其可钻性的好坏主要取决于浮箍、浮鞋内部元件的材料材质。目前浮箍、浮鞋的内部元件材料主要有铸铁、铝合金和水泥混凝土三种，前两者密封性好，但是可钻性差;后者可钻性好，但密封性差。

目前使用的浮鞋、浮箍都普遍存在着脱扣、整体脱落的井下安全隐患，一旦触发将带来巨大的井下复杂故障。防脱式浮鞋、浮箍的研制与应用，就是为了消除这种井下安全隐患，将井下复杂故障苗头扼杀在萌芽之中。

二、钻井用浮箍、浮鞋现状调查

目前，在使用浮箍、浮鞋存在如下问题：

2.1套管串下部结构（浮箍，浮鞋）在焊接打巴掌时耗费时间较长，影响整体下套管时效。

2.2套管串下部结构中的浮箍、浮鞋在井筒里的位置不居中，或者一边紧贴井壁，固井时管串一侧水泥多，一侧水泥少，固井质量差。

2.3钻打浮箍、浮鞋时，浮箍、浮鞋整体倒转造成部分脱扣或整体脱落。

2.4钻进时，钻具在套管内不停扭转打套管壁，浮鞋周围水泥环不断脱落入井。电测仪器、钻具或套管下井时，在浮鞋以下附近遇阻。

三、防脱式浮箍、浮鞋研究目标

3.1提出完整的防脱式浮箍、浮鞋的设计方案

3.2防脱式浮箍、浮鞋免去了焊巴掌时间，提高了下套管时效。

3.3浮箍、浮鞋侧翼能够起到扶正作用，使下部套管居中，提高固井质量。

3.4钻打浮箍浮鞋时，有效防止其整体倒转，避免造成部分脱扣或整体脱落。

3.5有效防止套管鞋附近水泥环脱落问题。

四、钻井用防脱式浮箍、浮鞋研究技术方案

防脱式浮箍，浮鞋包括引鞋、浮鞋、浮球、球篮、阻流板、浮箍、公扣、水利喷嘴、侧翼、密封面，浮箍的上部车有母扣，在浮箍的内部有浮球、球篮、阻流板，浮箍的下部车有公扣，浮箍的外侧设有侧翼，浮箍的下部通过公扣螺纹连接浮鞋，浮鞋的外侧一体设有侧翼，浮鞋的下部为引鞋，引鞋的内部为中空，在引鞋的端头分布有水利喷嘴。

浮箍外侧的侧翼在浮箍上居中设置，浮箍上的侧翼设有四片或六片，浮鞋外侧的侧翼也在浮鞋上居中设置，浮鞋上的侧翼设有四片或六片。浮箍上的侧翼与浮鞋上的侧翼竖直向下。侧翼为梯形，侧翼内侧边长度大于外侧边长度。在阻流板的内侧为密封面，密封面为锥面状。在侧翼与浮箍或浮鞋连接处焊接有加强板。加强板设置在侧翼的两侧，加强板为弯折状，加强板一侧焊接在浮箍或浮鞋上，加强板另一侧焊接在侧翼上。

五、防脱式浮箍、浮鞋的工作过程

5.1进行注水泥作业时，由于浮箍6、浮鞋2内压力大于管外压力，管内压力会将浮球3顶开，水泥浆从套管内流到套管环空。 

5.2注水泥作业结束后，井口释放压力，浮球3在弹簧的作用下会关闭，使得套管外的水泥浆不会回流到套管内。 

5.3防脱式浮箍浮鞋连接在套管下部下入井筒，下入过程与常规井一致，浮箍6和浮鞋2上侧翼与水泥紧密固定在一起，能够有效防止浮箍、浮鞋本体倒转，浮球3处于关闭状态。

六、取得的成果、达到的水平及创新点

6.1提出了完整的防脱式浮箍、浮鞋的设计方案，达到现场防脱效果。

6.2获得实用新型专利授权，厂家可根据需求可以进行批量生产。

6.3浮箍、浮鞋侧翼能够起到扶正作用，使下部套管居中，提高固井质量。

七、结论

7.1钻井用防脱式浮箍、浮鞋设计方案科学，合理。

7.2钻井用防脱式浮箍、浮鞋免去了焊巴掌时间，提高了下套管时效。

7.3钻打浮箍浮鞋时，有效防止其整体倒转，造成部分脱扣或整体脱落。

7.4、钻井用防脱式浮箍、浮鞋侧翼起支撑作用，能有效防止套管鞋附近水泥环脱落问题。

参考文献：

[1] 窦开宇. 固井用浮箍浮鞋的开发与展望[J].大庆:工业技术,2011.37（1）

[2] 赵金洲，张桂林.钻井工程技术于册.中国石化出版社.2010.12