唐文强 徐军明
西安石竹能源科技有限公司 陕西 西安 710000
摘要：本文针对水平井测井技术的现状，结合国内外的优缺点，设计研发出一款具有单元化、模块化、集成化性质的安全可靠的湿接头对接系统，经过对水平井对接工具的研究，简化了原棒式工具间繁琐的连接环节；提高了对接成功率，为下一步开发性能更加优越的水平井工具及石油测井仪器积累了宝贵的技术经验和研发方向。
关键词：水平井工具；棒式
1技术背景现状
水平井测井技术的关键是水平井工具，最初的水平井工具是上世纪80年代初国外设计出来的保护套式，目的就是用来帮助客户获得由于不良井眼影响、常规测井无法实现的油井地层信息。随着客户对水平井测井技术的熟悉和认可程度的增加，他们要求得到更多的服务。从而使得当初的保护套式水平井测井技术逐渐演化成为目前使用最普遍的非保护套式（或称湿接头式）水平井测井技术。这种湿接头式水平井测井技术可使用常规电缆测井中使用的任何仪器。目前，在水平井测井过程中大多采用湿接头式。这种形式主要是成本低、操作方便、安全可靠。
2国内同行现状分析
水平井对接工具对接技术国内也同样分为两大类：棒式和针式湿接头。
以天擎科技为代表的主要是仿制法国万奇的棒式湿接头。
以胜滨科技为代表的主要是防止哈里伯顿的针式湿接头。
3本项目技术的关键性分析
综合国内外的优缺点，设计研发出一款具有单元化、模块化、集成化性质的安全可靠的湿接头对接系统。
主要包含单元有辅助工具（揉性、旋转、偏心、张力短节）、湿接头公头总成、湿接头泵下枪总成、钻具与测井仪器串连接专用短节、带有密封盒的旁通短节。
将带有湿接头公头的仪器串用专用短节连接到钻具底部，把钻具下到待测层段的上部，将穿有电缆的旁通短节拧到钻具上，电缆上带有加重杆和湿接头母头的泵下枪 ，靠重力或泵压使湿接头公母头完成机械和电器密封连接。电缆与钻具同步起下，从而实现下测或上测。
4项目实施方案
4.1项目的目标和主要内容
随着石油资源的不断减少、而需求的不断增长，深入挖潜，开发复杂井、大斜度井、定向井和水平井，越来越普遍，逐步变为常规勘探和采油方式，相应的水平井类设备也成为必备的常用工具，而目前国内类似的可靠、方便、耐用的仪器还很少，因而研发出一款单元化、模块化、集成化安全可靠的湿接头对接系统具有广阔的应用前景和经济效益。
通过对哈里伯顿、阿特拉斯等多家水平井工具的关键部位进行分析，结合多家工具优点，拟从以下几个方面对该产品进行优化设计。
1）简化工具间繁琐的连接环节。
2）改变公母枪锁定结构，确保了公、母枪对接后的可靠锁定。
3）对接枪可根据对接角度不同，任意组装以及软硬串联方式，可以满足较大斜度及水平角度对接。
4）钻井液双循环系统可实现纵、横向排泄，同时也改变了钻井液排泄孔径，使井内大颗粒杂质不能进入，从而提高了对接成功率。
4.2项目的技术方案
随着技术进步，我国钻井井眼轨迹控制技术日益提高，大位移定向井、开窗侧钻井和水平井的钻井方案得到了广泛应用。湿接头对接技术在水平井测井及时中的具有操作简单、成本低、可靠性高等特点。
常规测井是将测井仪器串连接在电缆头上，将测井仪器串下入井内，利用仪器重力下放和上提进行地质资料录取，这种测井方法可以在井斜为50°之内的井内进行测量。由于钻井的提速和钻井液的改变，井内常出现台阶、缩径、井壁塌方等给常规测井带来困难，测井仪器遇阻、遇卡严重，造成井队多次通井，钻井生产成本提高，测井设备损耗严重，地层地质资料无法取全、取准。对于井斜大于50°的定向井和水平井，下井仪器串将无法依靠重力到达预期测量位置，成为测井行业中的一道急需解决的难题。
本技术所研究的利用湿接头钻具输送测井仪器的工艺方法是解决此类问题的有效方法之一，可提高测井成功率，缩短钻井周期。
结合现有的国内外湿接头对接工具，首先考虑到安全可靠的多次对接，要能适应各种复杂环境井况、高温175℃和高压140Mpa以上的要求。准备湿接头的核心部分采用轴向排列的七个导电环的棒式结构，并且采用完全液压平衡模式。并且需要结合针式湿接头的单元化、模块化思路使得仪器的方便操作、维护、搬运。
4.3棒式水平井工具主要研究的内容
棒式水平井工具主要研究旁通总成、公头外壳总成、公头总成、母枪总成、柔性、加重杆总成等内容：
4.3.1旁通总成
旁通短节的电缆密封装置由防喷螺丝和防喷胶套组成。使用时，将测井电缆穿入电缆通道，将防喷胶套顺测井电缆装入电缆通道孔，用防喷螺丝将防喷胶套填充在旁通密封槽和电缆的间隙内，从而达到密封效果。
4.3.2公头外壳总成
公头外壳总成主要由公头外壳本体、筛眼扶正筒、钻井液循环筛板、保护帽等组成，结构简单、维修保养方便，主要用于钻具与工具间的转换、钻井液循环、泵下枪扶正对接。
4.3.3公头总成
公头总成主要由下接头、公头压座、公接头总成、锁定钩、定位块和泥浆循环套等组成。整体装配紧凑，使用、保养、运输便利。
4.3.4母枪总成
母枪总成主要由导电装置、平衡系统、承压块、弱点总成、仪器壳体等组成，其和柔性、塔形加重杆和冲击加重杆配合使用，可根据对接角度任意连接，能用于水平井段（即90°及以上）对接。
4.3.5加重杆总成和柔性
加重杆总成分为开放式塔形加重杆和开放式冲击加重杆2种，可根据对接角度任意连接，能用于水平井段（90°）对接，也可根据现场井况适当增减加重杆的数量。
为了有效的防止脱枪，母枪总成在使用时需增加柔性，减小仪器的刚性。
4.3.6连接方式
公头总成与公头外壳之间采用圆键连接，相比螺纹连接的形式，
拆装更加方便，快捷。
4.4拟解决的关键问题
4.4.1仪器的耐温耐压和绝缘问题
针对井下高温高压下的绝缘问题，经过反复多次试验形成了创新的绝缘材料工艺配方和绝缘插针和绝缘胶套的制作工艺。
专门进行了高压接插针绝缘材料和绝缘胶套材料试验研究，插针材料采用专用配方的改性PEEK材料，插针模压温度350度，压力2T；胶套采用特殊配方的氟橡胶，专门设计研制了专用模具，通过200℃、140Mpa高温高压检测，实现了预期的技术指标要求。
在湿接头的公枪和母枪内部采用液压平衡原原理来保证仪器在175℃和140Mpa的长期使用。结构上采用皮囊包裹液压油形式，皮囊将仪器外部压力引入使得仪器的内部和外压力相等；材料上采用耐温效果和强度更好的氟橡胶密封元件；在仪器内部注满绝缘性能优越的200#硅油。
4.4.2公接头总成的导电装置
公接 头总成导电装置主要由内、外导电环（各7个）、绝缘环（8个）、中心杆、导向头等组成，导电性部分外导电环直径为16mm，基体材料采用耐磨性好导电性的材料。
选择耐磨型号的材料主要因是湿接头需要经常多次对接，如果磨损将会影响仪器在井下的密封效果，会导致高温高压的井液（泥浆）进入导电环的接触部分，轻则导致绝缘下降，影响信号的传输导致测井作业不能顺利进行造成返工给测井公司在甲方面前造成恶略影向。重则导致仪器的供电线路短路，烧毁仪器串中的电子线路，造成测井事故，造成巨大的损失。
同时该材料又要具有良好的导电性能原因是，井下信号的传输都是比较微弱的信号，如果自身的导电性能不好，会影响仪器串的正通讯、控制、信号传输使得测井数据的获取不够准确，不能有效准确的评价地层结构。导电环的表面进行镀金处理，金的抗氧化性能优于其他金属，不会因为时间推移和随着井下温度增高而导致当点性能下降。从而保证仪器的证工作，使得测井作业可以顺利完成。
4.4.3母枪总成的导电装置
母枪总成的导电装置主要由母导电环（7个）、母绝缘环（8个）、导电簧片（7个），平衡簧片（7个）密封胶套等组成；母枪的导电簧片基体材料采用性能优越弹性材料，使得母枪与公枪在井下对接后能够充分接触，并且不会因为对此对接挤压而无法恢复原始状态，在导电环的表面进行了镀金处理，充分的防止了表层氧化，从而使得湿接头在井下对接后能够接触良好。
5结论
经过对水平井对接工具的研究，简化了原棒式工具间繁琐的连接环节；缩短了工具有效长度，使其运输更加便利；减轻了整体重量和人工劳动强度；改变了锁定部位，提高了对接后的锁定可靠性；改变了钻井液循环排泄方式，提高了对接成功率。为下一步开发性能更加优越的水平井工具及石油测井仪器积累了宝贵的技术经验和研发方向，组建全国范围的销售网络，实现产品大批量销售。