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深水\超深水尾管难悬挂?哈利伯顿双重密封双保险!

深水\超深水尾管悬挂遇难题?哈利伯顿双重密封双保险!
近年来,随着实体膨胀管技术的发展,国外的可膨胀尾管悬挂器技术日趋成熟,取得了显著的经济效益。本文详细介绍了哈里伯顿公司的VersaFlex XtremeGrip膨胀式尾管悬挂系统的的基本结构、工作原理及现场应用情况,分析了其特征和优势。让我们来一起探秘这个先进设备吧!

来自 | Halliburton
编译 | 姚园

套管加重以后,重型尾管在深水、超深水钻井中的悬挂坐放问题就面临着两个亟待解决的挑战:其一是加重之后套管的本体重量增加;其二是高温条件下的尾管悬挂问题。在常规钻探过程中,尾管的悬挂坐放可以完全依靠高弹性体的密封作用。而在深水或超深水钻探过程中,针对上述两大挑战,就需要对常规尾管悬挂系统进行改进,并要求固井作业具备整体密封的能力。

哈里伯顿公司尾管悬挂器的全球市场推广人员James Williford表示,哈利伯顿公司的VersaFlex XtremeGrip可膨胀尾管悬挂器在膨胀管体的外部安装了多组合成橡胶单元,这些合成橡胶膨胀可以对套管柱提供动态密封和用于悬挂尾管的箍紧力。

Williford还说道:“常规情况下,我们利用高弹性体进行密封,并承担尾管悬挂系统的总重量。而我们公司通过设备改良,将其转变为金属与金属封接来承担悬重,并利用高弹性体密封组件来实现二次密封。”

VersaFlex可膨胀尾管悬挂器系统

哈利伯顿公司研发的VersaFlex XtremeGrip可膨胀尾管悬挂系统主要应用于颇具挑战性的深水和高温环境下的钻完井作业。该系统是常规VersaFlex系统的升级版,其高性能、先进性的金属密封技术将金属-金属的封接密封和橡胶组的高弹性体密封有机结合在一起,弥补了常规密封技术的缺陷,大大提升了系统的可靠性。VersaFlex XtremeGrip系统旨在降低作业风险,保证其在高温环境下的悬重负载能力。该系统增强了作业的安全性与成功率。

VersaFlex XtremeGrip悬挂器和送入工具形成了一个内部封闭系统,一方面能够简化下井工具结构,另一方面可以减少固井作业过程中的水泥漏失量。该悬挂器具备边冲边下功能,在固井前或过程中允许尾管转动和往复运动。注水泥和替浆结束后,坐挂膨胀尾管悬挂器。悬挂器的作用是提供双向负载能力,并形成一个气密性的尾管顶部密封,避免了坐放后尾管顶部的挤压作业。

该系统的气密性达到了ISO 14310 V0标准的要求,且气密装置可在高于177°C的高温环境下提供增强化的悬重负载能力。

该系统的结构剖面是特殊设计的挤压型环状箍套,它可以在各级尺寸的套管及高温环境下完成金属-金属封接,并提供充分的双向锚定能力。它的简洁化的结构设计为流体提供了平滑的流动通道和足够的旁流面积,这有利于在系统坐放过程中的各个阶段中降低当量循环密度(ECD)。

VersaFlex XtremeGrip系统结构特征

  1. 简单实用的结构设计;
  2. 实现了金属-金属封接与橡胶组弹性密封两种密封形式的结合;
  3. 系统的弹性密封材料可任意选配;
  4. 360°全方位液压驱动,自适应密封;
  5. 特殊设计的挤压型环状箍套;
  6. 整体式的上部锚定回接连接座;
  7. 独立组件,具备独立的任务和功能;
  8. 系统的气密性符合ISO-14310 V0标准;
  9. 可应用于高温地层环境,测试最高温度可达302°C;
  10. 结构设计中减少了螺纹连接的数量。

挤压型环状箍套膨胀后与套管紧接,形成金属与金属的密封,并将悬挂器锚定在套管上。膨胀管体外部安装的多组合成橡胶形成的第二道密封圈可以防止膨胀管对套管产生损坏,因此,尾管悬挂器的环状箍套膨胀至紧贴上一级套管内壁的过程中不会对套管造成损坏。此外,该环状箍套也有助于保障其锚定负载能力以及密封性能。

VersaFlex XtremeGrip系统技术优势

  1. 在高温地层环境下仍可保持超强的悬挂负载能力;
  2. 适用于加重套管的完井作业;
  3. 适用于油井、气井以及地热井;
  4. 可降低当量循环密度并提高流速;
  5. 最小化的流体漏失通道;
  6. 结构设计简洁,故障率低;
  7. 是一种高可靠性的工程解决方案。

应用案例分析

截至目前,哈利伯顿VersaFlex XtremeGrip可膨胀尾管悬挂器系统已成功应用于挪威、安哥拉、马来西亚与墨西哥湾等诸多深水项目中。

背景与挑战

不久前,墨西哥湾某一深水项目运营商刚刚完成一口深水井的钻探作业,该井使用10-1/8 in寸的主套管,开窗深度为7379.2米,下部侧钻裸眼井段尺寸为8 1/2 in×9 7/8 in,井筒轨迹最终延伸至8534.4米。10-1/8 in主套管井斜角为34°,裸眼段最大井斜角为59°。

尾管悬挂器需负载长达1219.2米的7-3/4 in的生产尾管,水泥返至尾管环空顶部以隔离地层砂,利用尾管上部的锚定密封结构来悬挂尾管,达到了传统设备无法企及的效果。

解决方案

由于套管壁较厚且重达81 lb/ft,传统的VersaFlex尾管悬挂系统不再适用,需要改良升级版的VersaFlex XtremeGrip系统“披挂上阵”。用特殊设计的挤压型环状箍套取代了传统的密封锚定弹性体,这些环状箍套类似于传统弹性体的肋状突起,膨胀后可与套管壁形成金属-金属的封接,并且在高温环境下亦能表现出优良性能。该系统的问世,成功解决了厚壁套管的尾管系统悬挂难题。

应用结果

在大斜度深井中尾管悬挂器负载长达1219.2米的生产尾管,最大井斜角为59°。哈里伯顿开展注水泥固井作业,与地层进行隔离,坐放尾管悬挂系统。真实的地层压力与数模工程师预测值基本一致,在该压力下悬挂器进行了顺利膨胀。新型VersaFlex XtremeGrip膨胀式尾管悬挂系统的应用获得了圆满成功,同时,这也是VersaFlex XtremeGrip膨胀式尾管悬挂系统在墨西哥湾深水项目中的首次成功应用。深水项目运营商继而与哈里伯顿公司签订了更多针对该系统的订单,欲将其广泛应用于未来的钻探作业。

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。

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