我國尾管懸掛器技術發展探討

朱玉磊

摘 ?要：尾管懸掛器主要是用來懸掛尾管并將其和上層套管連接起來的裝置，將其應用在石油鉆井中，可以有效減少套管多層重疊，節省套管的使用，提升工作效率。文章主要回顧了我國尾管懸掛器技術的發展歷史，并分析了當前存在的問題以及未來的發展方向，以期為尾管懸掛器的發展提供依據。

關鍵詞：國內;尾管懸掛器;石油鉆井;深井

中圖分類號：TE925.2 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）20-0149-02

Abstract： The liner hanger is mainly used to hang the liner and connect it with the upper casing. When it is used in oil drilling， it can effectively reduce the multi-overlap of casing， save the use of casing and improve the working efficiency. This paper mainly reviews the development history of tail pipe hanger technology in China， and analyzes the current problems and future development trend， in order to provide basis for the development of tail pipe hanger.

Keywords： domestic; liner hanger; oil drilling; deep well

1 尾管懸掛器技術概述

尾管懸掛器技術主要應用在石油鉆井中，當一口油井根據周圍地質設計要求鉆達目的層和設計井深之后，需要下入套管才能完成井下作業[1]。不同的井其井身結構也不一樣，需要根據其鉆探目的和周圍的地質環境條件設計合理的井身結構。不僅包括井下入套管的層次，還要包括井下各個油管的直徑和下放深度。一個好的井身結構一方面要滿足安全鉆井的原則和各種石油開采工藝的要求，另一方面，還要能夠節省施工材料，例如水泥、鋼材，進一步節約成本。要實現上述目的，最好的辦法就是采用尾管固井，這一技術是通過尾管懸掛器將尾管下放進井內，座掛在上層管套下部的實現預測好的位置上，從而較好地完成尾管注水泥固井作業的一種技術[2]。

尾管懸掛器技術適用于對井深要求較高的施工中，可以有效減小鉆機承擔的壓力，降低循環泵壓。同時，利用尾管懸掛器還可以進一步簡化井口的施工，降低注水時的壓力，確保施工的安全性。尾管懸掛器技術可以保證尾管的挺直度，提高注水泥封固質量，為以后的作業奠定較好的基礎。總之，尾管懸掛器技術是一個成本低，技術難度較高、風險較大的、對質量要求較高的固井技術。

2 尾管懸掛器發展現狀

當前，我國尾管懸掛器已經從開始的學習外國經驗發展到自主研發的階段。總結多年來的發展歷程，可以歸納為以下幾個階段：（1）上世紀七八十年代其發展的初始階段[3]。那時，我國剛剛開始了解這一設備，并逐漸將其應用于國內油田開發中。一些一般性的尾管懸掛器被應用在鉆井技術中并取得了較好的成果。隨著這一設備的成功應用，越來越多的地區開始研發這一設備，我國也出臺了相關的使用標準，為尾管懸掛器的使用設計等提供了依據。但是由于當時技術方面的缺乏，尾管懸掛器的懸掛、抗溫等性能都受到一定程度的限制，坐掛成功率也不太高，其應用也沒有很廣泛。（2）在九十年代進入發展中期階段，在這一時期，我國的自主研發能力逐漸加強，尾管懸掛器質量和性能都逐漸趨于穩定，各種規格和型號都逐漸完整，也可以實現無負荷倒扣，回接裝置也變得更加穩定可靠[4]。（3）二十一世紀是尾管懸掛器的快速發展時期，國內各個機構也加強了對尾管懸掛器技術的研究和開發，加大了技術方面的投入。同時，隨著國內一些新材料技術和裝備制造技術的出現，一些新的具有自主知識產權的新型尾管懸掛器機刷先后被研發出來。綜合來看，我國尾管懸掛器從一開始的單一使用逐漸變得豐富，從原有的普通單一的液壓式、機械式尾管懸掛器發展到今天的多功能組合式尾管懸掛器，其應用效果也越來越好。

3 尾管懸掛器技術的應用與發展方向

當前，按照做掛方式對我國的尾管懸掛器進行分類，包括以下幾種：機械式尾管懸掛器、液壓式尾管懸掛器、液壓-機械式尾管懸掛器。其中，液壓式尾管懸掛器是目前見過比較多的，并且使用情況也相對穩定的系統。按照錐體結構對尾管懸掛器進行分類，可以分為單液尾管懸掛器、雙錐單液尾管懸掛器、雙錐雙液尾管懸掛器[5]。第一種尾管懸掛器經常用于小型井眼側鉆開窗，以Φ139.7mm×Φ88.9mm的型號為主，并且已經被廣泛應用于渤海鉆探大港板塊等項目，取得了較好的效果。第二種尾管懸掛器的規格以Φ339.7mm×Φ273.1mm為主，這種規格的尾管懸掛器在塔河油田的使用較多，并且成功率接近百分之百。第三種尾管懸掛器應用范圍最廣泛，適用所有井型規格，其使用效率和使用質量都比較好，是當前被廣泛應用的一類產品。近幾年，隨著科學技術的發展，我國還自主研發出了特殊扣尾管懸掛器。這種懸掛器中使用了氣密封特殊螺紋技術，這種技術在螺紋公扣的前部和母扣的后半部分安裝了密封的錐面和端面，在光滑的金屬表面過盈而達到密封的效果，從而使得尾管懸掛器和套管一樣有著相同的密封性[6]。這種懸掛器在我國國內油田中已經被廣泛使用，并取得了較好的效果。一些此類規格的尾管懸掛器甚至被用在一些難度較大的重點井中，并且在國外也實現了較為廣泛的使用。此外，針對可膨脹尾管懸掛器的研究也逐漸深入，和常規的尾管懸掛器相比，可膨脹尾管懸掛器具有較多的優勢，這種懸掛器可以連接尾管上，工作人員在地面進行操作實現液壓或機械作用，使得膨脹管沿徑向膨脹的一種尾管懸掛器。這種尾管懸掛器主要是通過膨脹的作用使得管和外層管套貼合，在摩擦力的作用進行尾管懸掛，同時實現較好的密封效果。可膨脹尾管懸掛器能夠應用于深井、大位移和水平井的尾管下入等作業情景，其應用前景十分廣泛。

綜合來看，我國的尾管懸掛器技術已經能夠完全滿足“掛得住，倒得開，封得嚴、提得出”的基本技術要求，在面對一些井下情況復雜的情形時也能實現較好的使用，可以較好地提高固井質量。

雖然我國的尾管懸掛器技術已經趨于成熟，但是隨著井下開采力度的加大，尤其是針對一些深井超深井鉆井來說，還面臨著以下挑戰：（1）深井井下溫度過高，針對一些深井來說，井底溫度較高，有的甚至高達三百度，這就對尾管懸掛器抗溫耐壓性能提出了較高的要求。（2）地質情況復雜，及非常規井身結構井較多[7]。在國內許多地區海相層鉆井的各項壓力指標都不相同，一些深井周圍環境的不確定因素較多。一個井縱向可能有多個壓力體系，而壓力窗口比較小，很容易發生噴、漏等事故。（3）尾管較長，承重較大。大多地區的尾管直徑為Φ273.1、Φ244.5，其重量超過二百噸。例如，塔河油田的尾管直徑經常大于1700-2000m，這就要求尾管懸掛器必須具有較好的懸掛能力。（4）水平井較多，存在較大的作業風險。水平井尾管固井比較困難，需要借助推力和旋轉力才能使尾管到位，同時還存在投球不容易到位、卡瓦容易受損等問題。

因此，在未來的尾管懸掛技術中要側重于研發懸掛負荷大、耐高溫、功能全面的尾管懸掛器，這就需要從以下幾個方面開展重點研究：

（1）提高尾管懸掛器耐溫耐壓能力。尾管懸掛器的抗溫能力的高低在于其密封元件抗溫能力的高低，而對于密封元件來說，其關鍵又是送入工具的密封套。在實際的工作中，密封元件的密封套要在溫度較高的條件下承受長時間的旋轉往返運動。我國常用的丁腈橡膠耐高溫能力為一百二十度，和國外的密封元件相比還有較大的差距。對此，國內應該選取特殊材料制的橡膠件，增強密封套的耐溫能力。

（2）確保足夠的過流面積。尾管懸掛器一定要有足夠的過流面積，這是施工安全與否的基本保證。如果過流面積過小，就會導致漏失、水泥返高不夠等事故的發生。當前，我國尾管懸掛器本身過流面積就比套管環空要小，此外，由于坐掛后要進行卡瓦的運移，這就會導致過流面積進一步減小，這加大了尾管作業風險。要解決上述問題，可以從以下幾個方面對尾管懸掛器進行改進：首先，將錐體和卡瓦設計成不完全接觸的形式，確保在坐掛之后這兩者之間還有循環通道。其次，還可以將本體外直徑和管套的外直徑設計成相同的數值，省去液缸，而卡瓦靠本體上幾個獨立的小活塞機構激發。通過上述方式，可以進一步增大過流面積，減少事故的發生，同時還可以適應不同的井身結構，使鉆井向廣度發展。

（3）解決水平井適應性問題。針對這類問題，我國研發了送球器，這雖然是一個較高的創新，但是在使用中還存在一定的局限性，應該進一步拓寬思路，例如將憋壓式裝置設計在送入工具上，又或者是將卡瓦設計成內藏式，也就是將卡瓦固定在本體凹槽內部，在下鉆過程中本體外徑明顯大于卡瓦的外徑。此外，還可以增加活塞的面積，增強卡瓦的推動力，避免坐掛時管壁對卡瓦作業產生影響。

4 結束語

綜上所述，本文主要探討了尾管懸掛器的發展歷史，當前面臨的挑戰及未來的發展方向。尾管懸掛器作為石油鉆井的一個重要工具，已在國內實現了廣泛的使用，但是當前還面臨著抗溫耐壓性能有待提高、尾管長、懸掛負荷較大等問題。針對上述問題不僅要從關鍵技術方面進行改進，更要由點及面，提升尾管懸掛器的綜合技術性能，才能保證鉆井作業的順利開展。

參考文獻：

[1]張冠林，徐星，趙聰，等.國內外高溫高壓尾管懸掛器技術新進展[J].斷塊油氣田，2020，27（01）：113-116+130.

[2]張新亮，朱永靖，鄭杜建.尾管懸掛器在南堡油田定向井中的應用分析[J].現代制造技術與裝備，2019（11）：134-137+139.

[3]馬開華，谷磊，葉海超.深層油氣勘探開發需求與尾管懸掛器技術進步[J].石油鉆探技術，2019，47（03）：34-40.

[4]肖勇，李丹陽，牛閣，等.新型尾管懸掛器在塔里木油田的適應性研究應用[J].鉆采工藝，2018，41（02）：30-32.

[5]楊睿，羅亮，沈春林，等.膨脹尾管懸掛器在哈國熱德拜油田水平井的應用[J].新疆石油天然氣，2014，10（04）：87-89+92+6.

[6]姚輝前，馬蘭榮，郭朝輝，等.可膨脹尾管懸掛器關鍵技術[J].石油機械，2010，38（01）：73-76.

[7]馬開華.關于國內尾管懸掛器技術發展問題的思考[J].石油鉆采工藝，2008，30（06）：108-112.