李国锋　徐　鑫　赵　勇　陈　勇（胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营　257017）

水平井固井液压式套管扶正器的改进与应用

李国锋徐鑫赵勇陈勇
（胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营257017）

针对水平井液压式套管扶正器在应用过程中发现的扶正片撑开后影响环空过流面积、活塞二次运动导致密封失效等问题，对液压扶正器的结构进行了改进，并进行了相关的地面实验。为了完善套管居中井下配置工具，研制了与液压扶正器配套使用的球座，液压扶正器下到位后，先投球打开液压扶正器，再进行循环作业，可充分清洗井眼，提高固井质量。改进后的液压扶正器在非常规水平井中应用了4井次，平均每口井应用32只，固井及压裂过程均未出现密封失效现象，固井质量良好，表明改进后的液压扶正器更适应于非常规水平井固井作业。

水平井；固井；液压扶正器；结构改进

在水平井固井施工中，常规的扶正器存在诸多问题，不能起到有效居中套管的作用，从而影响了水平段的固井质量。针对这一问题，胜利钻井院研制了液压式套管扶正器提高水平段的套管居中度，来达到提高水平井固井质量的目的［1］。目前，该扶正器已在胜利油田和江苏油田进行了60余口井的现场应用，其中非常规井8口，取得了良好的应用效果，验证了液压式套管扶正器对提高水平井固井质量的显著作用。但在应用过程中，也发现了早先研制的液压扶正器结构上存在的一些问题，针对这些问题，对液压扶正器做了一系列的改进，并研制了配套球座，完善了套管居中井下配套工具。

1　液压式套管扶正器存在的问题

液压扶正器主要由中心管、液缸、活塞、止退环、扶正片、扶正块等组成（图1）［1］。其工作原理是工具下入到位后打压，液压力推动活塞运动，从而推起扶正片，将套管抬起居中。工具上设有止退结构，防止扶正片回弹，保证扶正效果。

图1　液压式套管扶正器

在前期应用的过程中，发现该工具结构存在以下问题。

（1）扶正片撑开时影响环空过流面积，不利在有掉块的水平井中应用。为提高液压式套管扶正器的支撑力和居中能力，最初设计的液压扶正器的扶正片为36片。以Ø139.7 mm型液压扶正器为例，其撑开后的最大外径能达到330 mm，撑开后各扶正片之间的间隙为20 mm，然而Ø215.9 mm钻头打的井径一般在225～255 mm之间，在这种井径的限制下，扶正片撑不到最大位置，此时扶正片之间的间隙在10 mm以内，若用在有掉块的水平段，掉块会在扶正器的位置堆积，有堵住环空的风险。

（2）压裂作业时，活塞有二次运动风险，可能会导致密封失效。在低渗透水平井的应用中，一般要进行压裂作业，然而并不是在固井结束后马上压裂，基本要等上1～2个月的时间。这段时间内，液压扶正器浸泡在井内液体当中，活塞运动区域有可能发生生锈或者是杂质沉积的情况。而液压扶正器由于受到井径以及固井施工压力的限制，固井结束后并没有膨胀到最大外径，活塞还剩余一段行程，压裂作业试压时由于压力较高，活塞在高压的作用下会再次运动，在密封圈经过生锈或者杂质沉积的区域，有可能发生划伤失效的情况，造成工具的密封失效，从而影响压裂施工。

2　液压扶正器的改进

2.1结构改进

2.1.1改变扶正片结构为使液压扶正器撑开后不影响环空的过流面积，将以前的36片扶正片换下，采用6片式扶正片结构，扶正片采用超强弹簧钢制成，扶正力强且变形均匀（图2），Ø139.7 mm型液压扶正器打开后最大外径由330 mm改为260 mm，满足Ø215.9 mm钻头所钻井径要求，且保证扶正器打开时扶正片能撑到最大位置，利于套管居中。

图2　改进后的扶正器扶正片

2.1.2增加关闭套结构为了避免后期高压作业过程中，高压致使活塞再次运动导致的密封圈密封性能失效问题，在液缸中增加了关闭套结构。液压扶正器胀封完成后，压力继续升高至18 MPa，关闭套向右运动，关闭进液孔（如图3所示），保证压裂受到高压时，活塞不会产生二次运动。进液孔关闭套结构中采用止退结构，确保进液孔永久关闭。

图3　关闭套内部结构

2.2改进后室内实验情况

2.2.1套管居中实验将改进后的液压扶正器连接到套管上，每2根套管连接1套液压扶正器，然后对管串打压，当压力升至14 MPa时，液压扶正器全部打开，平躺在地上的套管被抬高了48 mm，居中效果如图4所示。扶正片打开外径为260 mm，且变形均匀。结果表明，改进后的液压扶正器在14 MPa时可以抬起两根套管且扶正片变形均匀，达到了预期的效果。

图4　套管居中实验

2.2.2进液孔关闭情况实验将改进后的液压扶正器进行打压实验。压力升到14 MPa时弹簧片全部撑开到位，压力升到18 MPa时关闭套关闭，液缸内压力降到1 MPa；继续升压到80 MPa，稳压5 min，压力不降，液缸内压力不变。泄压后再次升压到80 MPa，稳压5 min，压力不降，液缸压力仍不变。实验结束后泄压，在液缸位置开槽，检查关闭套关闭情况，如图5所示，关闭套已完全关闭。该项实验说明液压扶正器进液孔关闭可靠。

图5　实验后液缸开槽观察进液孔关闭情况

2.2.3高温耐压实验将3套液压扶正器先后置于胜利钻井院完井实验室高温高压模拟井筒中，井筒内温度分别升高到80 ℃、100 ℃、125 ℃，保持30 min，然后分别打压到80 MPa，稳压5 min，压力不降，液缸内压力无变化，表明液压扶正器密封结构在125 ℃、80 MPa条件下性能可靠。

2.3改进后的技术参数

改进后的液压扶正器技术参数如表1所示。

表1　液压扶正器技术参数

3　配套球座的研制

3.1结构及工作原理

应用液压扶正器时，若在碰压的时候打开液压扶正器，循环过程中，套管紧贴下井壁，容易造成循环不干净，影响固井质量。为了更好地提高长水平段水平井的固井质量，就需在固井之前提前打开液压扶正器，所以需要研究一种球座，在下入过程中，是中通的，管串下到位以后，投球，打压胀开液压扶正器，继续打压，球座可以憋通进行循环作业，将井眼冲洗干净，固井时可提高固井质量。

根据这一要求，研制了与液压扶正器配套使用的球座，结构如图6所示。使用时将球座连接在浮箍上部，管串下到位后，投球憋压至14 MPa，打开液压扶正器使套管居中，继续升压至20 MP，剪钉4或者剪钉5剪断，内球座下落到挡板上，建立循环，随后即可进行循环固井作业。

3.2结构特点及技术参数

（1）未投球前，球座中通，若下入过程遇阻，可开泵循环，利于管柱安全下入；

图6　配套球座结构

（2）设计了两级球座，且剪钉剪断压力设置一致，增加了打开球座的安全系数，提高了施工的安全性；

（3）使用时连接到浮箍的上端，不影响固井作业；

（4）与液压扶正器配合，管串下到位后，先胀开液压扶正器居中套管，再进行循环固井作业，可充分清洗井眼，提高固井质量。技术参数见表2。

表2　配套球座技术参数

4　套管居中工具完井工艺

（1）按设计要求连接套管组合，配套球座连接在浮箍上端，严格控制下放速度，每下入30根套管至少灌浆一次，保证完井管串的顺利下入［2］。

（2）下完套管后，循环1周到2周将井底沉砂清洗干净。

（3）投球至配套球座上，憋压14 MPa，稳压3 min打开所有液压扶正器居中水平段套管，继续升压至18 MPa，关闭液压扶正器液缸进液孔。

（4）继续升压至20 MPa，憋通球座，建立循环进行固井作业。

5　现场应用

盐227井组是胜利油田首个探索工厂化运作模式的非常规重点建设项目。改进后的液压扶正器先后在该井组进行了4口井的现场应用，应用结果表明，使用液压扶正器后，不会影响完井管串的下入摩阻（如表3所示），确保了完井管串安全到位。水平段的固井质量得到了非常明显的改善，总体固井质量优良。压裂施工前，试压70 MPa，均未发生密封失效现象，后期压裂施工安全顺利。

表3　改进后液压扶正器在非常规井的应用情况

6　结论

（1）改进后的液压扶正器扶正力强，扶正片变形均匀，能更好地扶正套管，且撑开后过流面积大，利于固井施工安全。

（2）液压扶正器通过结构改进，杜绝了活塞二次运动的风险，保证了液压扶正器的耐压性能，利于在压裂井中应用，提高了液压扶正器的应用范围。

（3）与配套球座配合使用，固井前提前打开液压扶正器，居中套管，循环时充分地冲洗井眼，提高固井质量。

［1］徐鑫，魏新芳，王书峰.水平井固井液压扶正器的研究与应用［J］.石油钻采工艺，2012，34（2）：102-103.

［2］彭志刚，魏新芳，徐鑫，等.水平井及大位移井液压扶正器的研制与应用［J］.石油与化工设备，2012，15（8）：11-13.

［3］张明昌.固井工艺技术［M］.北京：中国石化出版社，2007.

［4］杨启贞.在水平井、大位移井中选用合适的套管扶正器［J］.石油钻采工艺，2000，22（4）：37-39.

［5］付建红，黄贵生，杨志彬，等. 水平井套管扶正器合理安放位置计算［J］.西南石油大学学报：自然科学版，2008，30 （6）：89-91.

［6］魏涛.油气井固井质量测井评价［M］.北京：石油工业出版社，2010.

［7］张国仿.提高水平井固井质量工艺技术［J］.江汉石油职工大学学报，2002（3）：60-62.

［8］刘瑞文.现代完井技术［M］.北京：石油工业出版社，2010.

［9］舒中选，陈德东，郑严，等.常用套管扶正器扶正力及其变形关系的探讨［J］.石油钻探技术，2003，31 （5）：82-84.

［10］王春浦，李秀竹，王丰君，等.101.6 mm套管液压扶正器的研制与应用［J］.石油机械，2004，32（9）：53-54.

（修改稿收到日期2015-06-17）

〔编辑朱伟〕

长庆油田再添2个千吨级作业区

2015年7月12日，长庆华庆油田乔河作业区日产原油1 110 t。继6月16日地处甘宁交界演武油田方山作业区日产突破千吨后，6月26日，位于陕西吴起和甘肃华池交界的华庆油田乔河作业区，日产再破千吨。长庆油田新添2个千吨级作业区。

油气当量跨上5 000万t的长庆油田，坚持“持续勘探，寻找新区”和“坚持技术创新提高单井产量”2个不动摇，夯实油田稳产上产基础。3年前，原油日产在百余吨低位运行的方山作业区，从发现演224区块开始，对演武地区的油藏物性再认识、再分析、再勘探，连获50多口高产井，发现了10个滚动扩边区，以及镇180区、镇191区、镇429区、演116区等多个优质区块，共落实产能15万t，2年多时间产量增长10多倍。

华庆油田是长庆第一个实施超低渗油藏规模开发的油田。2009年开始，在乔河地区的油田开发中，华庆油田坚持“地下创新提单产，地面挖潜降成本”理念，做好水文章，改造好油藏，实施水平井开发，全面进行油田生产指挥信息化改造，在建成中国石油首个水平井规模开发示范区的同时，建成了长庆油田首个智能化油田。特别是乔河作业区，以使用长庆第1台增压橇、建成长庆第1座数字化增压站为契机，将信息化改造和精细化管理相结合，保证原油产量稳步提升，实现了超低渗油藏高效开发。

（供稿石艺）

The improvement and application of hydraulic casing centralizer for well cementating in horizontal wells

LI Guofeng, XU Xin, ZHAO Yong, CHEN Yong
（Drilling Technology Research Institute, Shengli Petroleum Engineering Co. Ltd., Dongying 257017, China）

The structure of hydraulic centralizer is improved, and relevant ground experiments are carried out in regard of the problems of influence on annular open area after bows are opened, sealing failure due to secondary piston motion during application of hydraulic casing centralizer in horizontal wells. A ball seat supporting the hydraulic centralizer is developed. After a hydraulic centralizer is lowered in position, a ball is put in position to start up the hydraulic centralizer before cycle operation. In this way, boreholes can be cleaned thoroughly, well cementation quality is enhanced, and casing centralization process is improved. The improved hydraulic centralizer is applied to unconventional horizontal wells for 4 well times, with 32 hydraulic centralizers applied to each well in average, and well cementation and fracturing processes are both free of sealing failure. Well cementation is in sound quality, indicating that the improved hydraulic centralizer is more suitable for well cementation for unconventional horizontal wells.

horizontal well; well cementating; hydraulic centralizer; structure improvement

TE925+.2

B

1000 – 7393（ 2015 ） 04 – 0054 – 04

10.13639/j.odpt.2015.04.015

国家科技重大专项“低渗油气田完井关键技术”（编号：2011ZX05022-006）部分研究成果。

李国锋，1982年生。2007年毕业于中国石油大学（华东）机械设计及其自动化专业，现从事石油完井工具开发与配套工艺研究工作，工程师。电话：13562262324。E-mail：41931517@qq.com。

引用格式：李国锋，徐鑫，赵勇，等.水平井固井液压式套管扶正器的改进与应用［J］.石油钻采工艺，2015，37（4）：54-57.