尾管及双级固井技术

尾管及双级固井技术前言尾管固井、双级固井较常规固井而言属于特殊固井工艺技术，它们均是依靠专用的井下工具附件，通过特殊的施工工艺达到固井的目的。

尾管主要是指其顶部低于井口的套管柱，它的管柱主体包括套管（筛管）部分和钻杆等下入工具部分，它的完井方式为射孔完成和筛管完成。

1、尾管分类1）按应用目的分类①中间尾管（又称技术尾管或钻井尾管）这类尾管常用于深井。

它的目的同中间套管一样，主要用以封隔漏失、封隔高低压地层、封隔不稳定地层（坍塌、塑性等），保证钻井顺利，如果下部再下尾管时它也起生产套管的作用。

②生产尾管（油层尾管）用以封隔油气层，建立油气生产通道，可以节省套管，减轻钻机负荷，降低套管的钢级、壁厚和螺纹等级要求。

③保护性尾管（短回接尾管）可以将原有尾管回接到井内任何位置，它主要起修复保护作用。

④回接尾管通过回接装置将原尾管回接并延伸到井口，它在修复、保护原有套管的基础上，为井内提供一层全新的套管柱，提高套管的防腐、耐压能力。

2）按悬挂器类型分类尾管悬挂器是将尾管下入井内，座挂在上层套管下部的预定位置上，并能完成固井施工作业的特殊固井井下工具。

尾管固井作业的顺利、成功与否，在很大程度上取决于尾管悬挂器设计和使用的科学性、合理性和可靠性。

具体的要求是：下得去、挂得住、倒得开、可回接，并具有满足施工的流通通道。

根据尾管悬挂器设计原理、工具结构和座挂原理的不同，它又可以分为机械式和液动式两种，而目前常用的是液压式这种悬挂器主要是依靠专门的结构附件，通过井内蹩压来实现尾管座挂，可用于任何井型（直井、定向井）。

2、液压悬挂器主要结构及附件1)悬挂器主要由两部分组成：悬挂器本体和送入工具本体：锥体、液压缸、活塞、剪切销钉、推进杆、卡瓦、回接筒、扶正块等。

如果是双液缸的，卡瓦分上卡瓦和下卡瓦等，只能一次性使用。

送入工具：提升短节、变扣接头、倒扣螺母、中心管等组成，可以回收，检修后可重复使用。

2) 配套使用的附件:浮鞋、浮箍、球座短节、大小胶塞及铜球3)悬挂器主要规格：φ339.7mm×φ244.5mmφ244.5mm×φ177.8mm/139.7mm、φ177.8mm×φ127mm/114.3mm3、液压式悬挂器的使用原理（以DYX-A型为例）投球蹩压后，压力通过液体压进流孔作用于活塞上，当液体压力增至11-12Mpa时，剪断液压缸销钉，液压推动活塞上行，活塞带动推杆及卡瓦上升至锥体，使尾管卡紧并固定在上层套管上，实现座挂。

当一次座挂不成时，可以重新座挂，否则就要将尾管下入至井底，进行固井。

4、性能特点①液压控制实施座挂，可用于多种井况。

②胶塞球座均设计锁紧装置，碰压可防止回移，且具有良好的可钻性。

③密封总成利用“W”形多组合密封，双向密封性能好。

④悬挂器上下均配有扶正环，可以保证扶正效果。

又可以保护液缸、卡瓦不受损伤。

⑤倒扣操作方便可靠，无需找中和点，只要将钻具下压5-10吨，然后正转即可倒扣。

5、尾管悬挂器使用操作要点尾管悬挂器要在厂家服务人员的指导下进行使用和操作，但必要的技术要求和工作程序我们应该掌握。

①要根据上层套管和本次尾管固井的技术要求，对悬挂器进行选型，规格、尺寸、作用方式、额定负荷以及其他附件。

②固井前，要共同对悬挂器、送入工具及其它附件进行清点、检查、验收等。

③现场组装工具要按使用说明和有关技术要求执行。

④认真计算钻杆回缩距，留好口袋，对所有入井管柱逐一通径，不准遗漏。

⑤下钻通井，井筒必须畅通干净，泥浆性能符合要求，循环压力正常，起钻时，钻具在悬挂器位置时应认真称重。

⑥下尾管，连接浮鞋浮箍后应做循环顶通试验。

下入尾管时，要求五根一灌，十根灌满。

下入钻具时，一柱一灌，十柱灌满，下放速度不大于18m/min，要求下放匀速，不能猛刹或开泵过猛。

下悬挂器时，严禁在其液缸处打大钳。

尾管下完后要认真称重。

⑦下完钻具后，应先开泵循环，调整泥浆，然后再实施座挂。

⑧投球速度一般按90-100m/min计算，铜球的直径不可混用φ177.8mm/139.7mm/127mm/114.3mm分别为φ45/42/36/36mm，铜球到达球座后，开泵蹩压，压力最大不大于12Mpa，然后缓慢下放钻具，当下放距离基本等于回缩距，大钩净悬重等于送入钻具时，说明座挂成功。

⑨下压钻具5-10吨，继续蹩压至17Mpa，蹩掉球座芯子，压力下降后，开泵循环泥浆。

⑩停泵后，正转倒扣，累计有效倒扣圈数不少于20圈，然后将钻具提至中和点后再上提1.5-1.8m，若此时大钩悬重等于上部钻具加游车重量之和，表明扣已倒开。

然后将钻具回放倒扣前位置，下压5-10吨，循环泥浆，准备固井。

6、尾管固井特点：（1）泵压高，施工困难，由于悬挂器的结构设计所至，它的流道截面积较重合段已有大幅度下降，而且座挂后流道截面积还要下降许多。

例如φ244.5mm×φ139.7mm 悬挂器座挂后，流道截面积仅31cm2，下降41.5%，只相当φ6.28mm的通径，环容只有3.1l/m，只是重合段环容的12%，若和裸眼段环容相比则下降的更多。

这样一来，固井中此处必然产生大量压耗，导致泵压猛增。

（2）对井眼及泥浆性能要求高，如果泥浆性能不好，井眼不干净，更容易在此处形成桥堵蹩高压，导致固井复杂和失败，因此对泥浆性能粘切、含砂、防钙侵要求较高，在小排量循环的条件下，对井眼净化要求高。

（3）对水泥浆性能要求高一般水泥浆失水维持在250ml以内就可以固井，而尾管固井失水必须小于50ml。

尾管固井除正常施工所需的稠化时间外，还要考虑循环洗井及相关工作所需的稠化时间，安全时间也较一般井长，而且还要考虑喇叭口处的抗压强度，析水及体系稳定性，水泥浆抗污染程度等。

（4）压力高，作业时间长，对施工要求严格这主要指尾管固井要求设备能力强，工具可靠，计量准确，指挥得力。

7、固井设计由于尾管固井的特点，决定了固井设计的技术要求高。

（1）管串：浮鞋+套管+双浮箍+套管+碰压球座+套管串+悬挂器+送入工具+钻杆。

（2）井眼条件和泥浆性能：上窜、漏失（3）水泥浆性能及试验G级水泥+降失水剂+ +增强剂+微膨胀剂+调凝剂+分散剂等，也要根据井温加入热稳定材料，根据压力条件加入减轻材料。

稠化曲线要有较短的直角时间。

（4）排量选择：尾管固井中，不可一味机械的追求大排量紊流固井，这方面教训太多了，应该引起足够的重视，要根据环容，悬挂器类型，实测泵压去合理选择调整固井排量。

尤其是在小间隙尾管中，只能采用小排量或塞流固井技术。

（5）水泥浆量及密度控制一般常规的水泥附加量为20-40%，而尾管井的水泥附加量一般为10%左右，最多也不超过15%，这主要是防止过多的水泥浆返出，在洗井时容易发生事故。

另外领浆的密度要求可以低于设计平均密度0.3g/cm3，也是基于安全方面的考虑。

（6）居中度：裸眼段尾管居中和一般井的要求没有大的差别。

但是悬挂器上下必须居中，所以建议此处使用刚性或双弓扶正器。

（7）入井液的组合选择尾管固井压力较高，所以就有必要认真设计入井液的密度、数量等。

当其它条件确定后，最有效的降压方法就是配置重泥浆。

另外为防止焊钻具，要通过设计和施工在多余水泥浆上下均用清水和泥浆有效隔开。

（8）固井碰压保证管外封固，不替空是所有井应遵循的基本原则，这一点在尾管固井中具有更加现实的意义，所以尾管固井时不追求一味的碰压。

（9）水泥浆留样尾管固井中，因为采取的洗井方式有关，有的时候井内留有水泥塞。

由于上部温度低，也可能由于密度低和混浆，过去曾发生过探塞时焊钻具。

为此固井时要取水泥浆样品，保存养护，为后续探塞钻塞作业提供指导。

（10）由于尾管固井工艺复杂，施工要求高，风险大，所以在设计中应对可能发生的紧急危险情况制定预案以防不测。

a、悬挂器座挂失败，应将管柱下入井底，充分循环后再固井。

b、注前置液时，压力异常增高，要果断停止施工，分析原因处理好之后再施工。

c、注替时压力异常，以及漏失，应降低排量，继续施工。

d、浮箍浮鞋失灵时，在最多三次试放无效的前提下，迅速起钻，循环。

e、循环洗井时井漏或蹩压，要立即降低排量进行洗井，若无效，可以从截流管汇处反循环洗井尽量减小损失。

和尾管固井相比简单，但其注意事项：（1）悬挂器与回接装置为同一厂家的产品，要求配套。

（2）原有悬挂器回接筒必须完好无损。

（3）回接前要对回接筒进行铣锥清洗和修整。

（4）校核好回接筒深度，调整好井口高度，方可下套管。

（5）回接管柱下部加入适量刚性扶正器，确保套管居中，顺利下入。

（6）插入后，进行密封试压试验3-5Mpa，确认插入后，上提循环正常后方可固井。

上提时其导向头不能提出回接筒。

（7）碰压后，下放管柱并下压1/3套管重量，座死回接插头。

尾管回接固井中，曾发生过中途蹩高压，灌香肠事故。

分析原因可能是管柱内由于水泥浆柱重量使管柱伸长，回接插头循环孔关闭所至。

所以应急的方法是蹩压上提，压力下降后再继续施工。

双级固井技术所谓双级固井工艺技术是指通过一种特殊固井工具-分级箍及其各种配套的塞子，来实现将较长的水泥封固井段分成两段进行封固。

1、分级固井工艺技术的应用范围（1）一次注水泥封固段太长，压差过高，一般注水泥设备难以满足施工要求。

（2）低压易漏失井固井时，由于一次封固段太长，压差过高，容易引起固井漏失。

（3）一次封固段太长，上下温度太大，水泥浆性能无法保证固井要求。

（4）油气分布不均，不连续且中间间隔距离太长时。

（5）其它特殊情况。

2、双级注水泥方式选择双级固井的注水泥方式一般有三种，可根据工程、地质和封固要求进行选择。

（1）非连续式：也叫正规式双级固井。

它适用油气层间隔大，地层压力系数较低，井斜角较小和环空水泥不连续封固。

这是目前应用最多的一种双级固井方式，它的实际应用情况已不局限于上述范围。

（2）连续式：封固较长，压力较低，水泥连续封固。

（3）连续打开式3、分级箍的规格类型目前常用的分级箍其规格尺寸有φ244.5mm，φ177.8mm，φ139.7mm，127mm。

类型分为机械式和液压式两种，它们的主要区别在于：（1）机械式：用于直井或井斜角小于25度的井，依靠重力塞打开循环孔进行二级固井，其打开压力较低。

（2）液压式：用于任何井型，可以不用重力塞而直接蹩压，打开循环孔进行二级固井，其打开压力较高。

4、分级箍的工作原理（以正规式双级固井为例）水泥头装有一级碰压塞，所有的固井程序同常规井相同。

如果是机械式的分级箍，当一级碰压后打开水泥头投放重力塞，以1m/s速度计算重力塞到达分级箍位置后，开泵蹩压5-7Mpa，将分级箍下内套销钉剪断，下内套下行露出循环孔，循环出多余水泥浆，准备二级固井。

二级固井的工序基本同常规固井最主要的区别在于碰压后还要进行蹩压，依靠关闭塞剪断上内套销钉，上内套下行关闭循环孔，实现套管可靠密封。