摘 要：新改进的水平井工具，具有结构简单，使用方便，维修保养容易等特点，在未来水平井作业中发展潜力巨大，为该产品产业化，改进目前遇到的技术难点有着重要意义。

关键词：水平井工具；外殼；定位卡；公接头；下转换接头

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.104

一种新型水平井工具在研制过程中遇到以下技术难点：（1）外壳连接强度低，提高安全性低；（2）定位卡：结构复杂，定位更困难、不准确；（3）公接头固定器：无定位键槽，定位不可靠；（4）下转换接头：需改进定位键方式，使用定位更准确。（5）公母接头：无法承受140Mpa、175℃高温高压。现需针对这些技术难点给出相应的改进方案并分析此新型水平井工具创新点。

1 外壳改进

将原设计两体改为一体，增加连接强度，提高安全性。原设计为两体，主要是加工工艺不能满足，加工难度大，无法解决。经过技术攻关，解决了一体加工问题，目前加工工艺已经满足要求。

2 定位卡改进

将定位卡设计成总成结构，由本体、卡子、预紧弹簧、主销及限位销组成。总成安装在工具外壳的内台阶处，由两只内六角圆柱头螺钉固定。其优点为：（1）不用在工具外壳上加工定位卡安装槽，降低了加工难度。由于减少了该处材料的切削，提高了工具外壳的强度；

（2）由于是内台阶，螺钉孔由密封圈密封，阻断了该处的泥浆通道，防止循环和对接时该处泥浆短路，提高了循环清洗效果，有助于提高对接成功率。

3 公接头固定器改进

公接头固定器结构改进，公接头固定器与湿接头采用螺纹固定，是连接公湿接头及井下仪器的关键部件，由公接头、公接头固定器、滑套、回位弹簧组成。其优点为：1）取消了稳定翼，将湿接头稳定翼改在工具外壳上固定，降低了公接头固定器的加工难度；2）增加了滑套及回位弹簧，起到单向阀的作用。滑套是常闭状态，关闭工具外壳上的主循环孔，可以有效防止外部较大尺寸杂质进入工具内部。而内部产生的体积较大的杂质可以通过滑套开启主循环孔排出，保证了循环清洗效果，能够有效提高对接成功率。

4 下转换接头改进

下转换接头是连接公湿接头和井下仪器的关键部件，同时配备承压插针，防止泥浆泄漏时进入仪器，提高了仪器的安全性，由外壳、承压插针、5700快速螺母、3700连接套组成。其优点为：（1）与公接头固定器之间连接采用5700快速螺母形式，连接方式简单、快捷，而且可以互换使用5700仪器的快速螺母；（2）与仪器的连接采用3700连接套，连接方便，零件可与3700仪器互换；（3）内部采用承压插针，为仪器的安全提供双保险。

5 公母接头改进

公母接头设计特点为：（1）压力平衡式设计，可耐压140Mpa；（2）固定方式采用螺纹固定，安装方便，固定可靠；（3）长度小，对减小水平井工具长度；（4）公、母接头的平衡短节相同，可互换使用，减少了配件数量。

耐压的解决：由于采用了硅油平衡式结构，导致湿接头各部件与井底泥浆之间没有相对压力，湿接头的耐压性能取决于7芯承压插头的耐压性能，而7芯承压插头的制造工艺及检验流程保证了其耐压性能。以下是7芯承压插头的工艺流程：（1）车间加工→半成品→32MPa气密试验→插针拉力试验→出厂检验。（2）140MPA压力测试装置→成品。需要说明的是32MPa气密试验---保证产品没有裂纹及其他缺陷，能够实现密封，插针拉力试验---保证插针能够承受140MPA压力差产生的推力；出厂检验---140MPA压力测试，装置保压8小时，保证每件承压插头检验合格。

耐温的解决：湿接头的金属材料主要是17-4PH沉淀不锈钢、QBe2铍青铜及304不锈钢，耐温都高于175℃，其耐温性能主要取决于橡胶件及塑料件。该型湿接头采用了氟橡胶及PEEK，保证了耐温性能。

6 创新点分析

（1）工具本体：采用集固定、对接、导向、定位等功能于一体的结构。该工具本体改进了原有工具的内锥面设计，而是采用倒角设计，内孔直径从两端由外到内逐渐减小，机械加工简便。

（2）定位机构：摒弃了原来的张力环设计，而是由螺旋弹簧和定位卡组成，弹簧产生初始的预紧力，定位卡则起定位作用。

特点： 1）结构简单，机械加工简便；2）没有应力集中，使用寿命长；

3）定位卡受力时有“抱紧”趋势，可以杜绝误动作--由于泥浆压力差而中途顶开湿接头，需重新把管串提到直井段对接。

（3）导向机构：设计了三个均匀分布的轴向槽，集导向、居中、泥浆循环功能于一身。在湿接头对接后，沿轴向的三个槽身使得湿接头的上下连通，避免了湿接头因为压力差而脱开的可能，减少了工程事故的发生。同时测井过程中不用停下来灌泥浆，大大降低了现场作业的劳动强度和钻机占用时间。

（4）结构简洁：Easy PCL由51类标准部件构成，部件种类及数量较原有水平井测井系统（近70类部件）有明显的减少。

（5）性能优良：最大外径94mm，长度1617mm。可用于4-1/8″裸眼井和4-1/2″套管井（国内首创）。

（6）操作简便：各总成的连接采用快速接头，现场连接速度快； 工具本身没有需要保养的地方，只需清洗干净即可投入下次作业。

参考文献：

[1]许建国，王峰，刘长宇.水平井滑套分压工艺技术及现场应用[J].钻采工艺，2008，31（增）：54-561.

[2]岳前升.东方1-1气田水平井钻井液技术[J].天然气工业，2005（12）：19-20.

作者简介：张登鸣（1987-），男，黑龙江海林人，本科，初级职称，从事石油行业。