摘要：本文通过总结分析常规的刮管工具在水平井刮管中存的问题，研制一种针对套管水平井的井壁刮削特殊工具，达到高效快捷处理套管水平段各类障碍物的目的，并在地面和现场试验取得了良好的效果，具有极大的推广应用前景。
关键词：套管；水平井；刮管；工具
前言
针对文卫区气藏勘探开发，特别是文明寨区块水平井的开发过程中，由于水平井井筒的特殊性，造成水平井水平段套管内的井筒条件不理想，特别是水平段套管内固体附着物（泥饼、沉砂、水泥块等）的清理技术及工具仍未能很好解决，水平段套管内的固体障碍物的清理不理想，导致在后期通井和下入工具时发生遇阻和遇卡并反复整改井筒，严重影响施工时效。需要针对套管水平井水平段刮管效果不理想，影响后期完井工具的可靠性降低的问题，进行水平井套管刮管工具进行设计研发和制造，以提高套管水平井水平段的刮管的成功率，达到提高施工时效，提高后期完井工具的成功率。
1 文卫套管水平井刮管工具的现状及现场应用情况调研
1.1文卫套管水平井冲沙刮管工具的现状
从2016年开始，文明寨油气田尝试在文卫地区进行水平井勘探开发，通过多年的探索，到2017年，文卫水平开钻井位达到高峰，完钻水平井10多口。而现场应用的套管水平井刮管工具基本为直井用的常规刮管工具，没有进行大的改进和新的设计应用。
1.2文卫套管水平井冲沙刮管工具使用情况
由于水平井所具有的水平段长、下入管柱偏心、沙粒容易沉积在大斜度井段及水平井段等特点，使得传统刮削方式已不能达到水平井作业施工要求。使用传统刮管工具处理井筒后，在下入完井工具请期间，经常造成遇阻、遇卡、工具下送不到位及工具坐封失败等情况。造成需重复做井筒准备工作或造成井下复杂情况，严重影响生产节点，及提高了施工费用
1.3 套管水平井冲砂刮管作业难点分析
在文卫地区，与直井相比水平井套管内冲砂存在以下困难：①在水平段返液垂直上升速度低，沙粒在大斜度段碰撞管壁降低上升力，容易沿井筒沉积，再次形成砂床造成刮削器下放困难；②刮削器在起下过程沿套管底部刮削，存在顶部刮削不到位情况。由于没有适合于套管水平井的刮管工具，套管水平井在井筒准备阶段作业时间较长，且经常导致测试、完井工具作业失败，造成作业成本的增加和时效的降低。因此，需要研发一种适应水平井段的刮管工具，为井筒准备时提交清洁合格井筒，降低井下复杂情况，可以提高井筒准备时的生产时效，对提高生产效率，降低生产成本有极大好处
2套管水平井刮削工具的设计
2.1套管水平井刮管工具
2.1.1套管水平井刮管工具设计思路
针对文明寨套管水平井使用常规刮管工具水平段刮削范围不均匀，造成后期下放大直径工具遇阻、遇卡等效果不佳的情况，需要设计一种新型滚珠扶正刮管器，由刮管器本体、滚珠扶正器和刮管器组成，其他部件包括刮片、弹簧，内六角螺钉、滚珠、滚珠套等。刮管器安装在本体两端，扶正器安装在本体中间位置，上接头为母接头，下接头为公接头，按照连接不同管串要求，可加工成油管扣和钻杆扣。滚珠和滚珠套安装在本体中部位置，组成滚珠扶正器，刮片和弹簧安装在两端，组成刮管器。设计图见1。
图1 水平井套管刮削器结构示意图
1本体 2滚珠套 3滚珠 4压板 5刮刀 6螺钉 7弹簧
2.1.2套管水平井刮管工具结构及工作原理
新型水平井套管刮削器为弹簧式。主要由壳体（本体）、滚珠、滚珠套，刀片，刀片压板、螺钉、弹簧等零件组成。壳体承装全部零件。上下端为API接头螺纹。在直径中段是用于限定刮削器位置的滚珠机构。在上、下两段有两排交错的弹簧刮削机构。刀片一面为圆弧形的表面，其上有螺旋形的沟槽和条形刀片，两端有锥形体，可使刀片顺利通过每个套管接箍。锥形体端部的两端耳板借助压板限定了刮削器在自由状态的尺寸。刀片的底面有三个安装弹簧的盲孔，受压缩的螺旋弹簧提供刮削器刮刀径向压力。壳体大方形槽内的刀片组装后应能在槽内上、下自由窜动。壳体内部有水眼，用以循环泥浆。
将刮管管串与刮管工具对接，将刮管工具下到套管水平井水平段，螺旋扶正本体在套管之中，从而使刮管工具水平段居中。在刮管作业过程中，依靠均匀分布起支撑作用的滑动滚珠限定刮削器与套管内部环空基本均匀一致，所有的刮刀弹簧均被压缩，而刀片由于弹簧的反作用力紧贴在套管的内壁上，避免了工具因自身及管串的自重向下沉，保持工具在套管中居中，从而使刮片能对水平段套管内上壁杂质进行有效清除，未下步起下大直径工具准备了合格的井筒。
3套管水平井刮管工具的地面试验
3.1刮管工具的地面试验
地面试验配套材料及设备：新型5寸套管水平井刮管工具一套、5寸套管短节一根、地面固定装置。
试验方式：将刮管工具平放送于水平放置的套管之中，反复抽送刮管器，观察刮管器的套管上壁的接触情况。
3.2地面试验结果
刮管工具地面试验：普通刮管工具送入套管之中，平放，可以明显看到因刮起管工具自重的原因，套管内壁与刮管工具的上部的明显的间隙。而水平井刮管器因为滚珠扶正的支撑作用，刮管器能与套管内壁上部很好吻合，能对套管上壁进行很好的清理。
工具地面试验取得成功。
3.3现场试验结果
2017年，陆续将新研制的旋流冲砂工具和刮管器在明392井（作业层段2438-2477米）等几口水平井进行了现场入井试验，以检验工具效能。
通过现场试验，新型工具在以上几口水平井均能够顺利下入水平井段内，在不影响施工工序和新增设备的情况下，对井筒内部的泥浆沉淀、砂屑和固井残留物进行有效清扫。刮管作业后，水平井测试、完井工具均能一次性下入作业成功，较好的解决了水平井段井筒清洁不彻底的问题，有效提高了工具作业成功率，提升了生产效率。
工具现场试验取得成功。
4 结论及建议
1、研究了文卫套管水平井刮管工具现场应用现状。分析现有工具在现场应用中存在的问题，为水平井井下作业工具改进提供了基础数据。
2、根据套管水平井的沉砂原理及套管上泥饼等障碍物的生成机理，提出了套管水平井的刮管工具的设计思路，并依据设计思路进行了工具设计和研发。
3、通过设计改良定型，完成了新型工具的试制工作。
4、通过地面和入井试验，证明新型工具在套管水平井段清障效果理想，达到预期目的，建议改良定型后可批量加工并投入后续使用。
参考文献：
[1] 张好林 李根生 黄中伟 田守嶒 . 水平井冲砂洗井技术进展评述.石油机械 .2014，3
[2] 甘宇明. 关于一体化通井技术的研究与应用 工业技术.2012，NO19
作者简介：晁岳昌 1986年1月 大专2008年毕业于中央广播电视大学 从事 井下作业 高级技师 研究方向设计理论及新型实用型工具。
论文作者:晁岳昌,田保磊,张玉川,黄军高
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/9/11
标签：套管论文; 水平论文; 工具论文; 井筒论文; 滚珠论文; 作业论文; 弹簧论文; 《基层建设》2019年第16期论文;