攻关在险峰——工程院工具研发中心为固井作业顺利实施提供保障

□ 马兰荣

经过刻苦攻关，在短短5年的时间内，工程院工具研发中心先后研制成功了内嵌卡瓦旋转尾管悬挂器、超高压封隔式尾管悬挂器等新型固完井工具。

建院以来，工程院工具研发中心以科技发展规划为指引，以中国石化石油现场需求为导向，借助工程院钻完井工艺研究、现场技术支持及产品制造等一体化平台，致力于先进固完井工具的研发，先后开展一系列科技攻关项目的研究工作，为现场复杂井况下固井作业的顺利实施提供了保障，为非常规油气藏的储层改造提供了有力的技术支撑。

着力打造高端产品

高性能尾管悬挂器复杂井显身手。针对现场特殊井、复杂井的需求，进行了尾管悬挂器的特殊功能技术研究，研发了同时具有旋转、封隔、液压丢手及顶部防砂等多种功能的高性能尾管悬挂器，应对井眼轨迹复杂、地层易掉块坍塌等复杂井况，解决了尾管下入阻力大和固井质量差的难题。该型多功能尾管悬挂器在与国外知名大公司的竞争中力克群雄，顺利中标中海油涠洲6-12油田项目，在该油田A3S井等4口海洋井进行成功应用，现场应用中各项技术指标均达到国际先进水平。该型尾管悬挂器的研制成功在我国高端尾管固井工具的研发方面实现了重大突破。

□ 现场安装内嵌卡瓦旋转悬挂器。

内嵌卡瓦旋转悬挂器家族发展壮大。相继开发了一系列内嵌式尾管悬挂器，成功解决了悬挂机构高承载、大过流技术难题，承载能力较常规工具提高1.5倍以上，过流面积提高30%以上。在塔河油田的应用，解决了该地区深井超深井尾管长、悬挂负荷重、循环泵压高等技术难题，被列为塔河油田外围探井、重点井、复杂井的指定工具。系列内嵌卡瓦悬挂器自研制以来在现场推广应用120多套，坐挂成功率达100%。旋转尾管悬挂器的技术优势在现场应用中得以彰显，并得到了客户的认可。在常规规格系列的基础上，又开发7-5/8″×5-1/2″封隔式旋转尾管悬挂器及具有双防功能的7″×5″（4-1/2″）旋转尾管悬挂器的研制工作。小尺寸系列旋转尾管悬挂器的研制完善了产品规格系列，壮大了旋转悬挂器家族。

牵制短节解决短尾管固井难题。常规尾管悬挂器技术日益成熟，但是在一些特殊井使用中还存在尾管坐挂力不足等风险，为此，中心开展了牵制短节的研制工作，开发了三种规格系列的产品，现场成功应用多口井，成功克服下入深、摩阻大、尾管轻等作业难题，将尾管牢牢锁定在原有位置，保证固井后送入工具的顺利丢手。牵制短节的研制，不仅消除了短尾管固井隐患，还为筛管完井作业提供了一种更加可靠的技术方案。

水泥头设计体现人性化、智能化。水泥头是应用于常规套管固井、尾管固井及双级固井中的重点井口设备，它安装在井口，在进行一些复杂井的施工时，经常存在水泥头安装位置过高、顶替压力过大等现象，增加现场作业风险。为保证高压作业的安全可靠，在旋转水泥头的基础上，工具研发中心开发了无线远程控制水泥系统，通过操控室内的操作台、采用无线远程控制方式来完成固井施工作业，可实现连续注水泥器作业，节省作业时间，降低施工成本。

助力非常规油气开发

水平井裸眼封隔多级滑套分段压裂工具实现国产化。经过3年多的刻苦攻关，中心成功研制适用于水平井储层改造用的各种分段压裂工具。为提升多级滑套球座的耐冲蚀性、可钻性及高承压能力，经多方面攻关，使球座与低密度憋压球的密封承压能力达到70兆帕以上，满足了水平井分段压裂的需求，使施工效率成倍提高。压裂工具先后在华北分公司红河及鄂尔多斯地区的10口油气井共计100多段中进行压裂施工，滑套打开成功率均达100%，最高施工压力达64兆帕，主要技术指标达到国际先进水平。国产分段压裂工具的成功研制，打破了国外技术垄断，使得国外公司的同类产品价格下降30%以上。

一球多级、可反复开关全通径技术使得多级滑套工具功能更上一层楼。中心在常规多级滑套分段压裂工具的基础上，开展了一球打开多级滑套工具及工艺技术研究，设计裸眼和固井完井条件下的一球多级分段压裂施工工艺管柱，可实现12段，每段5簇共计60簇的分段改造压裂能力。此外，增加开关装置，实现滑套的可开关功能；优化球座及低密度球的结构及设计参数，通过球座材料优选及可钻性试验，实现球座高承压及钻后大通径功能，功能的完善和性能指标的提高使得多级滑套分段压裂工具及配套技术日趋成熟。

引入RFD技术实现分段压裂滑套的智能控制。采用储能囊作为动力源，通过投RFID标签方式，将命令信息传递到井下，控制器输出控制信号给电磁换向阀，控制液压管路中液压油的流向，进而实现活塞芯轴的往复式运动，从而完成滑套的打开与关闭动作。完成了智能可开关滑套的结构设计及样机的试制，密封能力可达到50兆帕；在1米/秒的排量下，能够顺利接收到标签的信号并由液控系统驱动滑套的开启和关闭。

□ 工具中心员工集体研究。

遇油遇水自膨胀封隔器技术得到推广应用。为实现遇油遇水自膨胀封隔器高压封隔性能，中心研制100多个吸油及吸水特种橡胶配方，制定封隔器成型工艺，研究封隔器的性能影响因素，成功研制了4种规格系列的封隔器产品。橡胶吸油、吸水后的膨胀率达到6倍以上，膨胀后的封压能力达到10兆帕/米，性能指标达到国际先进水平，形成具有自主知识产权的自膨胀封隔器技术。目前，遇油遇水封隔器销售60多套，并分别在华北的HH37957井、HH36P107井及海外区块等进行成功应用。

套管固井滑套分段压裂工具整装待发。针对不同地区的井况、分段压裂工艺及设备状况，中心开发了机械开关式固井滑套及投球式固井滑套工具，可通过开关工具或投球方式打开固井滑套，完成样机单元试验。为验证固井滑套的耐冲蚀能力，模拟了现场工况，开展滑套、开关工具及球座的大排量冲蚀试验，在平均排量6.2立方米/分钟、平均砂比24.6%的工况下循环52小时，折合加砂量4759立方米的环境下耐冲蚀性能评价，验证了工具可靠性。在中国海油进行大斜度井整机入井试验，试验表明，采用连续油管和常规油管分别连接开关工具管柱入井，成功进行了滑套打开、关闭试验。