王強(qiáng)軍， 孫耀龍， 張想， 張強(qiáng)

（長(zhǎng)江大學(xué)，湖北荊州434023）

1 引言

目前對(duì)于稠油油層開(kāi)采，國(guó)內(nèi)通常采用熱蒸汽吞吐技術(shù)，即先向井下稠油層注入高溫水蒸汽，然后保溫一定的時(shí)間，降低稠油黏度值后再進(jìn)行開(kāi)采。由于熱蒸汽會(huì)使套管受熱膨脹，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，對(duì)此油田一般使用預(yù)應(yīng)力固井來(lái)解決套管因受過(guò)大的熱應(yīng)力而被壓壞的問(wèn)題［1］。預(yù)應(yīng)力固井技術(shù)是指在固井作業(yè)中注水泥前或注水泥后，通過(guò)地錨在井下固定住套管的下端，然后對(duì)套管上端進(jìn)行提拉，使井內(nèi)套管形成一定的預(yù)拉力，減小套管因受熱而產(chǎn)生熱應(yīng)力造成的伸長(zhǎng)，降低套管的損壞機(jī)率［2］。

目前，國(guó)內(nèi)外已投入使用，技術(shù)比較成熟的地錨有DM型系列地錨和組合式套管預(yù)應(yīng)力地錨。隨著裸眼完井工藝的發(fā)展，相關(guān)技術(shù)要求地錨可以被鉆穿，本文通過(guò)查閱相關(guān)資料，列舉了幾種可鉆性地錨方案，如推桿式地錨、炸開(kāi)式地錨、可復(fù)位滑塊地錨等等。

2 地錨方案對(duì)比

2.1 DM型系列地錨結(jié)構(gòu)方案

2.1.1 工作原理

如圖1所示，地錨裝于套管底端，隨著套管一起下入井內(nèi)，然后注水泥及替漿作業(yè)。首先使地錨位于錨定位置，當(dāng)滑塊機(jī)構(gòu)5受到一定壓力，即可以推動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)7，然后張開(kāi)錨爪9，當(dāng)錨爪掛住地層后，通過(guò)提拉套管使錨爪完全張開(kāi)，實(shí)現(xiàn)地錨與地層錨定。然后即可給套管施加預(yù)應(yīng)力，達(dá)到預(yù)應(yīng)力固井的目的［3］。

圖1 DM型預(yù)應(yīng)力固井地錨方案示意圖

2.1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

DM型預(yù)應(yīng)力固井地錨的上、下端均設(shè)計(jì)為長(zhǎng)圓扣或偏梯扣，方便與套管連接；并且該地錨配備4種不同結(jié)構(gòu)的錨爪和連桿機(jī)構(gòu)可以適用于不同硬度的地層；地錨結(jié)構(gòu)緊湊、短小輕便，搬運(yùn)安裝方便。

2.2 組合式套管預(yù)應(yīng)力地錨結(jié)構(gòu)方案

2.2.1 工作原理

圖2 組合式套管預(yù)應(yīng)力地錨結(jié)構(gòu)方案示意圖

地錨在下放過(guò)程中，鉆井液通過(guò)浮箍實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌鉆井液的功能。如圖2所示，當(dāng)?shù)劐^下到井內(nèi)預(yù)定位置時(shí)，從井口投球，當(dāng)球自由下落到球座2，憋壓到一定值后，活塞銷(xiāo)釘6將被剪斷?；钊w8下行，錨爪9脹開(kāi)并掛住地層，通過(guò)提拉套管使錨抓完全張開(kāi)，達(dá)到錨定套管底端的目的，然后即可施加預(yù)應(yīng)力；當(dāng)憋壓逐漸增大到設(shè)定值時(shí)，托藍(lán)關(guān)閉套銷(xiāo)釘3（球座—托藍(lán)關(guān)閉套剪切銷(xiāo)釘）外側(cè)將被剪斷，托藍(lán)關(guān)閉套7下行，這時(shí)將關(guān)閉自動(dòng)灌鉆井液旁通孔，再憋壓到另一設(shè)定值時(shí)，球座剪切銷(xiāo)釘3內(nèi)側(cè)被剪斷，當(dāng)球與球座一起下落到托藍(lán)4上時(shí)，鉆井液就可通過(guò)回壓閥進(jìn)行循環(huán)，從而恢復(fù)浮箍功能［4］。

2.2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

地錨的啟動(dòng)通過(guò)投球憋壓，脹開(kāi)錨爪，保證了準(zhǔn)確定位;采用3只錨爪均勻分布，有利于套管居中，實(shí)現(xiàn)地錨、浮箍、引鞋一體化，可自動(dòng)灌鉆井液，提高固井質(zhì)量。

相對(duì)于現(xiàn)有地錨方案，可轉(zhuǎn)型地錨通過(guò)巧妙地設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作方式，使固井后地錨內(nèi)部無(wú)高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，完善了裸眼完井工藝，并且為以后的老井加深提供一種新途徑。

2.3 推桿式地錨結(jié)構(gòu)方案

2.3.1 工作原理

如圖3所示，推桿式地錨是一種通過(guò)高壓液體沖壓節(jié)流環(huán)2而使錨爪打開(kāi)的一種地錨結(jié)構(gòu)方案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可采用多級(jí)連接方式。節(jié)流環(huán)2對(duì)高壓泥漿進(jìn)行節(jié)流，將產(chǎn)生一定的壓力作用在連桿4上，而連桿4、連桿5、錨爪7和地錨本體1組成四桿機(jī)構(gòu)。錨爪作為四桿機(jī)構(gòu)中的搖桿，將受到一定的力矩而張開(kāi)一定的角度。與此同時(shí)，將套管整體上拉，錨爪銷(xiāo)亦受到向上的拉力，錨爪逐漸張開(kāi)并吃入巖層。

圖3 推桿式地錨結(jié)構(gòu)方案示意圖

2.3.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

地錨結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，成本低廉；地錨固定后，中心騰空，方便第二次下鉆頭，具有可鉆性；但是單級(jí)使用時(shí)強(qiáng)度不夠，為提高地貌強(qiáng)度，可以嘗試多級(jí)對(duì)接；地錨不能復(fù)位，不能矯正位置；密封性要求較高。

2.4 炸開(kāi)式地錨結(jié)構(gòu)方案

1）工作原理。如圖4所示，節(jié)流活塞是由三個(gè)環(huán)套在一起的節(jié)流塊2組合而成的。節(jié)流塊通過(guò)連桿4與錨爪5相連。當(dāng)?shù)劐^未工作時(shí)，節(jié)流孔收攏在一起；當(dāng)啟動(dòng)地錨時(shí)，通過(guò)調(diào)控鉆井液流量，改變節(jié)流活塞的上下壓差，從而推動(dòng)節(jié)流塊2的方式，推開(kāi)錨爪5。在推動(dòng)節(jié)流環(huán)2的同時(shí)，節(jié)流環(huán)本身也逐漸炸開(kāi)，當(dāng)錨爪5到達(dá)極限位置時(shí)，節(jié)流塊2正好分散在壁厚之中。使地錨中間處于空狀態(tài)，便于下放鉆頭。

圖4 炸開(kāi)式地錨結(jié)構(gòu)方案示意圖

2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。地錨的壁厚有限，所以在僅有壁厚空間中設(shè)計(jì)錨爪的結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度不容易達(dá)到要求，因而采用多級(jí)連套的方式，增加錨爪的整體受力強(qiáng)度。地錨本體強(qiáng)度不均勻，中部連接強(qiáng)度可能不能達(dá)到要求。由于結(jié)構(gòu)限制，該方案的地錨在張開(kāi)時(shí)不能保證三個(gè)錨爪同時(shí)撐開(kāi)，可能導(dǎo)致地錨傾斜，并且地錨張開(kāi)后不可復(fù)位。

2.5 節(jié)流式地錨結(jié)構(gòu)方案

2.5.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

節(jié)流式地錨的的特點(diǎn)是錨爪機(jī)構(gòu)中有兩個(gè)滑動(dòng)副，減少了銷(xiāo)釘?shù)臄?shù)量，增加了錨爪機(jī)體的空間，從而使錨爪3具有較高強(qiáng)度，可單級(jí)承受套管的預(yù)應(yīng)力，不需要多級(jí)對(duì)接。同時(shí)在地錨本體1上開(kāi)有導(dǎo)向槽，使節(jié)流活塞6只有一個(gè)自由度，能準(zhǔn)確穩(wěn)定地推開(kāi)錨爪機(jī)構(gòu)。如圖5所示，在錨爪3尾端加有啟動(dòng)裝置，當(dāng)錨爪機(jī)構(gòu)向外移動(dòng)式，啟動(dòng)裝置與地錨本體相作用，能準(zhǔn)確地張開(kāi)錨爪，同時(shí)錨爪和錨爪基體有段弧線始終相接觸，具有一定的密封性能，可維持一定的內(nèi)外壓差，在錨爪機(jī)構(gòu)中裝有復(fù)位彈簧，當(dāng)?shù)劐^內(nèi)流體壓力變小時(shí)，靠彈簧的彈力可使錨爪自動(dòng)復(fù)位至原始位置，此功能用于地錨固定未達(dá)到預(yù)期效果且需要重新定位的時(shí)候，此結(jié)構(gòu)方案在密封和復(fù)位以及可靠性方面有較大的改善，但是加工難度有所提高，且其密封面不是規(guī)則形狀，很難達(dá)到預(yù)期效果。

圖5 節(jié)流式地錨方案示意圖

2.6 可復(fù)位滑塊地錨結(jié)構(gòu)方案

1）工作原理。如圖6所示，當(dāng)液體通過(guò)節(jié)流口套2時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的壓差，從而推動(dòng)內(nèi)滑套8向下移動(dòng)。再通過(guò)滑塊5、外滑套4、連桿9的相互作用。從而帶動(dòng)錨爪10撐開(kāi)。在地錨下放到預(yù)定位置進(jìn)行錨固時(shí)，由于地層較軟或井徑過(guò)大等原因而錨爪未吃入地層時(shí)，可以通過(guò)復(fù)位彈簧6，克服錨爪10、連桿9、外滑套4、滑塊5和內(nèi)滑套8的自身的重力，從而恢復(fù)到初始收縮狀態(tài)，收縮過(guò)程與地錨撐開(kāi)的過(guò)程相反。在重新找到合適的新位置后再進(jìn)行錨固。

2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。該地錨設(shè)計(jì)為可鉆型，地錨中間是空心結(jié)構(gòu)，可以再次下鉆。該地錨可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)連套使用。根據(jù)地層的軟硬程度選擇不同的級(jí)數(shù)來(lái)提高固井成功率。該地錨設(shè)計(jì)有復(fù)位彈簧，可提高地錨的固井成功率。在地層較軟或井徑較大的位置，地錨未勾住地層的情況下，可以通過(guò)復(fù)位彈簧收回錨爪，重新固井。該地錨設(shè)計(jì)通流槽，增大泥漿回流通道的空間。

圖6 滑塊式地錨結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)多年實(shí)踐和改進(jìn)，現(xiàn)有的地錨（如DM型預(yù)應(yīng)力固井套管地錨和組合式套管預(yù)應(yīng)力地錨）提高了地錨的可靠性，簡(jiǎn)化了地錨的操作；但在結(jié)構(gòu)上都是不可鉆型的，即地錨內(nèi)部有鋼鐵等高強(qiáng)度材料，固井后很難再鉆穿，只能作為最后一趟下套管作業(yè)。而可鉆性地錨方案給以后的老井加深提供了一種新途徑，并且完善了裸眼完井工藝。本文通過(guò)對(duì)六種地錨結(jié)構(gòu)方案的對(duì)比分析，認(rèn)為可復(fù)位式滑塊地錨結(jié)構(gòu)方案具有一定的可行性，在滿足地錨基本功能的同時(shí)，不但可鉆并且能復(fù)位，還有良好的密封性能，具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ梢詾榻窈罂赊D(zhuǎn)型地錨的研究提供參考。

［參考文獻(xiàn)］

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