摘要
井下套管閥是實現全過程欠平衡作業的關鍵技術裝備。美國Weatherford公司及國內新疆鑽井院研製的套管閥分別在國際、國內處於領先地位。該技術使欠平衡起下管串作業變得更加快速、安全、高效。如能按本文預測的發展方向進一步優化，該技術將具有更爲廣闊的應用前景。
主題詞：井下套管閥 全過程欠平衡 應用前景 發展方向
井下隔離法全過程欠平衡鑽井技術是目前最實用、最安全的一項新技術。井下套管閥採用井下隔離法實現全過程欠平衡作業，降低帶壓強行起下鑽作業風險，是實現全過程欠平衡的必備技術裝備之一。本文作者透過長期研究，總結了套管閥技術的特點並提出了對發展方向的認識。
1 井下套管閥的國內外現狀
1.1 國外Weatherford的DDV套管閥起步較早，應用較多，國際領先
井下套管閥技術是上世紀90年代中後期出現的一項新技術，針對該項新技術，國外很多公司都展開了相應的研究工作，先後研究開發出雙液壓管線控制、單液壓管線控制、鑽柱卡環操控、鑽柱變徑控制等結構的井下控制閥。經過現場應用對比，最終美國Weatherford公司研製成功的雙液壓管線控制井下套管閥在技術性能及應用方面顯示出優越性並逐漸成熟起來，自2001年以來，該公司生產的井下套管閥已在美國、加拿大、東南亞等許多油田使用了100多隻，取得了良好的應用效果。據統計美國Weatherford的DDV套管閥前後共展開了將近7年的工作，在經過“設計-加工-試驗-優化設計-試驗”其間進行了3-4改進才獲得了今天這樣良好的性能。
Weatherford公司套管閥主要由井筒壓力密封部件閥板和主體以及開關控制筒等組成。目前已經形成了7″和9 5/8″井下套管閥系列及應用於全過程欠平衡鑽井的配套專用工具，其中7″套管閥最高密封壓力達70 Mpa， 9 5/8″套管閥密封壓力達到35Mpa，額定溫度均爲150℃，最大下深達3000多米。
2003年國內首次在新疆夏72井引進應用了Weatherford公司9 5/8″井下套管閥，下深411米，歷時61天，完成15次不壓井起下鑽及帶壓測井作業，應用效果良好。透過初步統計，截至目前，該公司的套管閥在世界範圍內共下井二百多套，我國購進了數十套，各大油田基本都有應用。
國外其它公司包括斯倫貝謝、哈里伯頓都有成型的套管閥，但其技術指標稍低於Weatherford公司的DDV，這一點在國外市場的佔有量上就可充分體現。
1.2 國內新疆鑽井院研究起步較早，多次現場試驗
伴隨套管閥在夏72井的成功應用，新疆鑽井院同步進行了套管閥技術的調研和研製工作，先後投入400多萬，於2004年科研攻關取得了突破性進展， 2004年10月在夏202井對自行研製的9 5/8″套管閥進行了現場試驗，該套管閥安裝於距離井口400米處，液壓控制系統最大壓力20MPa，工作壓力小於15MPa，在井下經過了7次順利開關。由於氣侵井下產生了9.3MPa的壓力，透過正向壓力平衡後，成功開啓。套管閥的各項技術性能得到了初步的檢驗。
截至目前新疆鑽井院已形成應用於全過程欠平衡作業的7″和9 5/8″套管閥系列裝備，密封壓力等級達到Weatherford公司井下套管閥技術指標。目前新疆套管閥已累計下井試驗十幾套，其現場試驗次數在國內處於絕對領先水平。目前新疆已研發出第二代帶傳感器的套管閥並也投入了現場試驗。
1.3 國內其它油田基本無現場應用
由於套管閥內部結構複雜，運動部件較多。存在設計難度大，加工難度大，試驗失敗率高等特點，要想有所突破，必然經過多口井的試驗摸索-積累過程，如果不能堅持進行多次試驗，該技術裝備必然會被荒廢。據瞭解，國內其它起步較早的油田（包括：北京、勝利等）現場試驗次數極少，可以說基本處於調試或停滯階段。
2 井下套管閥技術特點
井下套管閥整套系統包括：井下閥板、井下閥體、地面液壓系統、控制線、管線卡子。其中，井下閥體內部承託的井下閥板爲整套系統的核心部件。固井時井下閥體隨套管一同下入預定深度。使用時，地面操作人員透過控制地面液壓系統從而遠程控制井下閥板的開關。圖1爲井下閥體裝配圖。
圖1 井下閥體裝配圖
目前國外Weatherford公司的井下DDV套管閥在世界範圍內應用較多，套管閥能夠實現欠平衡鑽井快速、安全、高效的起下管串作業，取代不壓井起下鑽裝置，徹底消除壓井對地層的傷害。同時，套管閥技術也存在一些不足。具體總結如下：
隔離裝置位於井下，與井口隔離裝置相比，更爲安全、高效。但遠程控制難度
較大；
內部結構複雜，運動精密，具有較高的密封性和運動穩定性。但也具有較高的
作業成本。
一旦密封實效，內部具有應急裝置，套管閥仍具有可控性。提高安全係數的同
時，也提高了整體作業成本。
由於安裝、控制程序複雜，地面配套部件較多。配套部件的成本甚至超過了井
下工具的成本。
9 5/8″套管閥的最大額定壓力爲35MPa，如預測的井下儲層壓力差過35MPa，閥
門關閉時間過長則存在使用風險。
6）由於氣相與液相的流動特點不同，目前的套管閥只是針對液相流動密封進行設
計，雖然在地面試驗中也能實現封氣體，但在井下的氣、不規則固相顆粒高速流衝擊作用下套管閥很難保證實現穩定多次的開關密封作業。
7）套管閥在井下400-3000米的環境下工作，在一定溫度壓力下，同時需要與泥漿、
岩屑顆粒接觸，因此它的使用壽命十分有限，密封效果逐漸下降一般開關十幾次後就不能保證良好密封。
8）目前國際上較爲流行套管閥爲一次性投入使用產品，使得套管閥的作業成本難以大幅下降。
3 應用前景及發展方向預測
套管閥是全過程欠平衡作業關鍵裝備。隨着欠平衡技術的發展，該技術裝備的應用規模將進一步擴大。較高的作業成本成爲制約該裝備發展的關鍵因素。如果能透過技術變革降低作業成本，套管閥的.競爭力將大幅提高。
下面列出了預測的套管閥發展方向：
1）閥體及控制線可回收式井下套管閥。如能實現閥體及控制線的回收，每口井的
綜合作業成本將下降20萬以上。
2）雙重密封的井下套管閥。針對於特別重要的井，可以考慮研製井下閥體自帶雙重密封保險裝置的套管閥，保證即使出現閥體故障，仍能維持數次開關的一種保險機構。
3）專用於密封氣體介質的井下套管閥
針對於氣體鑽井，應研製一種專用於氣體開啟儲層使用的密封氣體的套管閥。同時該套管閥也具備密封液相的能力，但是一般不推薦使用。
4）精簡型套管閥。針對於一般的使用需求，簡化內部結構，設計一種零件較少、機構簡單的套管閥。每口井的投入成本達到原有成本的一半。
5）集成更多功能的井下套管閥（例如集成井下氣體成分檢測裝置）。在略微提高成本的前提下，增加套管閥的附屬功能，提高該裝備的競爭力。
上面介紹的發展方向預測基於現場需求和目前新技術的發展綜合得來。但要想將預測成爲現實，需要研發人員大膽的嘗試設計和不斷的試驗摸索。
4 結論和認識
1) 採用套管閥的井下隔離技術是實現全過程欠平衡鑽井最爲簡捷、安全的技術，國外較爲成熟，國內需對該技術進行更深入的研究。
2) 井下套管閥技術具有鮮明的優點，但目前在技術的應用範疇、技術保險功能、工作壽命等方面仍存在一定的問題。
3）目前氣體鑽井開啟儲層迫切需要一種既能密封氣相又能密封液相的井下套管閥，應用領域迫切需要這種成熟產品的出現。但是要想在短期之內真正形成性能優越的該類產品，難度很大。
4）隨着欠平衡技術的發展，套管閥的應用規模將進一步擴大。
5）提高作業安全性、提高工具穩定性、降低作業成本，是套管閥技術的核心競爭力。
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