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深水顶部驱动固井水泥头技术现状分析

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：杨东

[导读] 摘要：本文阐述了加强深水顶部驱动固井水泥头技术的重要性，对深水顶部驱动固井水泥头技术现状进行说明，做出深水顶部驱动固井水泥头技术现状解决方案，希望对我国深水顶部驱动固井水泥头技术的发展有所帮助。

        中海油田服务股份有限公司 518000
        摘要：本文阐述了加强深水顶部驱动固井水泥头技术的重要性，对深水顶部驱动固井水泥头技术现状进行说明，做出深水顶部驱动固井水泥头技术现状解决方案，希望对我国深水顶部驱动固井水泥头技术的发展有所帮助。
        关键词：深水顶部；驱动固井；水泥头技术
        一、加强深水顶部驱动固井水泥头技术的重要性
        随着我国经济社会的不断发展和进步，深水固井施工作业所涉及到的固井工具附件、适用范围、工程计算、作业前准备、难点及技术措施、施工程序、课堂练习、案例分析、参考标准等内容。掌握深水固井所用到的固井工具，材料，体系，固井的工程计算、技术措施、施工程序等，以及在复杂情况下的应急处理，学员学习完成后能够独立进行深水固井工具的检查、操作，较全面地了解和掌握深水固井技术，以提高学员深水固井能力。根据2002年在巴西召开的世界石油大会报道，油气勘探开发通常按水深加以区别：水深400m以内为常规水，400m～1500m为深水，超过1500m为超深水。目前按我们定义水深大于500m的井才称之为深水井。中国南海油气资源约在230亿至300亿吨之间，天然气约为16万亿立方米，占中国油气总量的三分之一，其中70%蕴藏于深海区域，天然气水合物资源量约800亿吨油当量。目前COSL拥有深水钻井平台4个，自营最深的水深到达2438m，2018年预计在南海东部钻一口水深达2570m超深水井。中海油981平台作业水深最深达3050m，全球作业水深最深的钻井平台“蓝鲸1号”可达3658m。
        随着海洋钻井技术向深水、超深水发展，固井管柱越来越长、工作压力越来越高、操作难度越来越大、作业时安全隐患越来越多。为提高固井质量和作业自动化，旋转尾管固井技术和水泥头远程控制技术得到广泛应用，这些对深水固井作业装备的产品性能、工作可靠性、安全性、自动化水平提出了更高要求。近几年研发了各具特点的深水远程控制固井水泥头，产品可实现自动化固井，解决了海洋深水及复杂地质环境中的固井难题，提高固井效率与质量，降低开发成本和人工操作风险。
        二、深水顶部驱动固井水泥头技术现状
        2014年油服成功实践了水深1300m现场固井作业解决了，深水固井技术“有”和“没有”的难题。全液体添加剂、深水水泥头、深水固井循环温度预测。需解决的问题：水下释放塞系统、防水合物固井安全技术。深水远程控制固井水泥头通常指通过气控、液控、电控等方式进行远程或无线控制，水泥头通过顶驱带动旋转实现旋转固井，能够自动完成投胶塞、投坐封球功能的高端固井装备。水泥头本体采用双通流道及旋转阀结构，工作时将胶塞预装在本体内（本体偏心深孔制造工艺难度大），胶塞在旋转阀顺序开启后，在流体作用下依次释放；自动投球机构最大规格为76.2m'm；具有多重胶塞指示保障措施，可靠性高；动力采用便携式气源，系统整体现场安装简便，无过多管线连接，减少爬高坠落风险，降低劳动强度；全程无线远程逻辑控制，确保旋转机构正确进行胶塞和投球投放，所有控制信息可记录并可以下载以进行操作分析。工作结束后，可对工具内部进行残液冲洗。根据需要可增减旋转阀和投胶塞模块，现场适应性强。工作时将胶塞和投球预装在本体内，装胶塞和投球无需拆卸任何部件，制造工艺性好；具有胶塞指示机构，动作可靠；全程可以采用手动操作进行固井作业，或加装远程逻辑控制系统后，能够控制旋转机构进行胶塞和投球投放。
        1.在提高固井质量方面。产品均可实现不停转工作，且均可上提下放管柱，满足复杂井段套管送入和旋转固井工艺，可大幅提高固井质量。
        2.在产品结构和工作原理方面。主要包括旋转注入机构、投胶塞和转动阀机构、胶塞指示机构，都是通过操作控制面板，实现胶塞顺序投放。但在本体流道结构方面，主要包括采用中心通道加环空通道机构和采用双通流道结构２种型式，前者制造工艺性好，结构紧凑，后者制造要求高，本体尺寸较大。
        3.在安全和时效方面。围绕减少钻井时间，节约作业成本，深水顶部驱动固井水泥头均具有远程控制能力，操作者可远离防爆１区操作。远程控制箱与水泥头之间或为无线信号传输，或为有线传输。

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在固井结束后，启动清洗功能，对工具内部进行清洗保养。
        4.在产品配套方面。随着海洋深井、大位移井套管柱的安全、快速下入和固井问题日益凸显。国外油服公司除依靠深水固井水泥头以外，还结合顶驱套管送入工具、随钻扩眼器、动力套管鞋等产品组合，通过提供“井身建立—套管作业—水泥浆注入”一整套解决方案，获取巨大收益。
        三、深水顶部驱动固井水泥头技术的措施
        1、结合我国深水固井作业实际需求，在充分研究国外先进技术的同时，采用集成创新方式，合理定位产品性能和产品特性，抓紧研制具有自主知识产权的高效安全固井作业保障装备，打破国外垄断，实现海洋深井、大位移井固井作业提效降本、延长井筒寿命的目的，进而提升油服公司国际化竞争实力。
        2、从顶部驱动旋转方式、投放胶塞方式、控制系统等方面进行优化设计，加强便携式电气控技术在控制环节应用，实现胶塞投放固井管线等无线控制，简化水泥头机械结构。在满足胶塞机械指示同时，研究灯光、声音等在固井工具中指示应用，提高操作舒适性及安全性。
        3、围绕套管送入及固井自动化、一体化技术方向发展，开展专业间技术合作，拓展深水固井水泥头的配套能力，从套管自动送入、固井自动化、固井泥浆体系等方面进行综合研究，不断提高深水固井设计。连接送入套管串的钻杆（钻杆通过送入工具与套管连接），提供装钻杆胶塞组机构、旋转装置和泵送流体通道。
        4、应按“三压稳”固井前的压稳。常规油气井井内泥浆密度应不低于该井段最大地层孔隙压力，固井前循环结束时气测值应小于3%，对于高压油气井、高压低渗井等特殊井况的，控制油气上窜速度小于10m/h；固井过程中压稳，环空静液柱压力与环空流动阻力之和应小于地层破裂压力，环空静液柱压力应大于地层孔隙压力。候凝过程中水泥浆失重时的井内液柱压力应满足地层压稳要求，否则应环空加压候凝固井质量和效率。
        5、深水顶部驱动固井水泥头具有高耐压、高承载及高承扭特点。建议根据我国深水固井作业实际需求，合理定位产品性能和产品特性，从产品功能实现、远程控制技术、固井自动化和一体化技术等方向，加快深水顶部驱动固井水泥头研制。井眼准备、水泥浆返高、水泥浆体系、水泥浆性能、温度的确定、浆柱结构、附件选择、下套管要求、循环要求、固井要求与其他要求（浅层流、水合物、产层、套管涨损等）。一般来说，提高固井顶替效率的办法有两种，一种是高速紊流顶替，另一种是塞流壁面剪切应力。还有一些国外公司采用高速层流进行顶替，需要的前置液的量都比较多，接触时间比较长。
        四、总结
        在我国经济快速发展的同时，深水顶部驱动固井水泥头技术有了很大的提升。深水顶部驱动固井水泥头技术要在保证建筑施工进度和质量的前提下，缩短建筑工程施工周期，助力我国建筑工程施工管理的发展。随着我国城市化进程的不断加快，深水顶部驱动固井水泥头技术行业质量得到极大关注，深水顶部驱动固井水泥头技术为在市场中占据重要的位置，需要不断加强深水顶部驱动固井水泥头技术管理水平，设置专门的监督管理环节，定期对建筑工程施工人员进行定期培训，树立企业负责任的形象和口碑。
        参考文献：
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        [5]周坚，吴洪波，孙万兴，刘振通，向荣.固井水泥头安全检测技术研究与运用[J].中国石油和化工标准与质量，2013，33（14）：18.