298.450mm套管坐掛244.475mm懸掛器技術研究與應用

袁偉楠 張作偉 孫軼杰

中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司 天津 300451

隨著渤海油田勘探開發進一步向深層、超深層開展，井身結構更加復雜，井身結構中有尾管的井越來越多，尾管則通過尾管懸掛器掛在上層套管內壁上。應用尾管懸掛器可以有效減小鉆機在下入套管過程中承受的載荷，降低循環過程中的泵壓，還可以節省施工材料降低施工成本，如固井添加劑、鋼材、水泥等材料[1-2]。同時，使用尾管懸掛器能夠減少井口的施工程序，降低風險，保障施工安全。尾管懸掛器能夠有效保證尾管的居中程度，提高固井質量，為后續作業奠定較好的基礎[3]。

1 尾管懸掛器技術特點

尾管懸掛器具有懸掛載荷大、環空流道大、坐掛方式對上層套管損害較小的特點。封隔器一般使用金屬附著橡膠設計或整體式膠筒設計，能夠提高循環排量，增加坐封的穩定性，降低提前坐封風險。膠筒基本都采用了耐高溫的四丙氟橡膠或氫化丁腈橡膠，能夠有效的降低坐封承受的壓力，耐久性及耐溫好[3]。送入工具是尾管懸掛器總成的核心部件，其性能決定了尾管懸掛器抗扭、抗壓、抗拉、可否劃眼、脫手的成功率。送入工具通常由提升短節、防砂帽、坐封器、液壓或機械脫手工具、中心管、膠塞適配器、密封補芯等部件組成。防砂帽分為兩類，一類是浮式防砂帽型，另一類是帶有流道常規型。常規防帽中的流道連通回接筒內外，使得管內外壓力平衡，降低在井下的回接筒被靜液柱壓力擠毀的概率。在尾管懸掛器下入之前，將回接筒內灌滿液體（絲扣油或淡水），防止泥漿中的固相顆粒進入回接筒中造成送入工具損壞。防砂帽與回接筒有固定機構，在試脫手過程防砂帽不脫離回接筒防止泥漿中的巖屑進入回接筒，固井結束后可以回收防砂帽[3-4]。

2 威德福尾管懸掛器

威德福尾管懸掛器具有防提前坐掛功能，在尾管下入過程中卡瓦受外力作用下也不會提前坐掛。懸掛器中心軸帶有軸承裝置，坐掛后可以進行旋轉，能夠實現旋轉固井，提高尾管的固井質量。封隔器使用機械坐封，一體式的膠筒，在漲封過程中不會損壞膠筒；并且具有彈簧儲能機構，可將坐封下壓力儲存，以便持續對膠筒施加壓力。封隔器和機械送入工具配合使用能夠防止提前坐封，防砂帽或回接筒在外力的作用下，防提前坐封裝置能夠將外力傳遞到封隔器本體，防止膠筒提前漲封損壞膠筒，在送入工具脫手后能夠解除坐封鎖定裝置。

機械式送入工具具有“液鎖”保護裝置，降低送入工具提前脫手的可能性，當脫手時，通過泥漿泵打壓后即可解除“液鎖”保護裝置然后正轉即實現脫手。該工具結構內有閥座，當尾管短路或球座刺漏等無法憋壓情況下，還可通過鋼絲投閥作業進入內部閥座進行打壓解除液鎖”保護裝置，從而能夠順利脫手。液壓式送入工具通過憋壓實現脫手，并帶有機械應急脫手裝置。在憋壓脫手無效或管柱無法憋壓的異常情況下，該裝置進行下壓、反轉機械方式進行脫手，提高了脫手成功概率。尾管懸掛器入井前需要往回接筒內灌滿淡水，防砂帽具有密封性，防止井內泥漿、巖屑進入回接筒內，通過防砂帽的上下移動調節回接筒內外壓力保持內外壓力平衡；當浮式防砂帽在井內被巖屑埋死的情況下，過提鉆柱打開管柱的循環孔，實現短路循環；浮式防砂帽上部具有螺旋刀翼，短路循環時通過倒滑眼以此來清除浮式防砂帽的巖屑，能夠快速回收送入工具。

3 斯倫貝謝尾管懸掛器

斯倫貝謝的懸掛器、封隔器與威德福結構類似，機械送入工具、液壓送入工具結構原理相類似。但斯倫貝謝的液壓送入工具的機械應急脫手方式存在差異，當管柱反轉一定圈數后還需要下壓一定噸位，剪切軸向的銷釘后才能夠實現脫手，該裝置能夠降低尾管懸掛器提前脫手的概率；與威德福工具相比多了一個閥座，在憋不起壓力的情況下還能夠投閥進行憋壓脫手。密封補芯扶正塊通過使用6塊環繞的方式，增加了與中心管的接觸面積，防止在高壓作用下密封補芯抱死中心管。

斯倫貝謝采用棘爪與回接筒連接固定防砂帽，具有流道連接內外空間，使的回接筒內外壓力平衡。在尾管下入、試脫手過程中防砂帽始終在回接筒內，降低巖屑進入回接筒內的概率。當坐封封隔器、回收送入工具時，通過管柱壓縮防砂帽內部的彈簧就能夠使棘爪收縮，回收防砂帽。

4 貝克休斯尾管懸掛器

貝克休斯尾管懸掛器、封隔器、液壓脫手工具的結構，如圖1所示。懸掛器采用了錐體與卡瓦的復合設計，使得其懸掛載荷增加，受力分布更加均勻，降低上層套管損傷程度。封隔器改變了傳統的膠筒膨脹坐封設計，改為軟金屬硫化橡膠膨脹坐封。其設計抗沖蝕能力增加，承壓能力增加，不易損壞。坐封器具有坐封是否成功的指示功能，其原理是坐封器上安裝有一組與封隔器同樣的剪切銷釘，但坐封器上的銷釘數量比封隔器的多一顆，通過出井檢查坐封器的銷釘剪切情況能夠判斷封隔器是否坐封成功，并且坐封器上的銷釘被剪切后可建立短路循環，對是否坐封提供參考依據[5-7]。

圖1 尾管懸掛器附件示意圖

5 現場施工工藝

5.1 井況概述

渤海某井的四開井眼采用非標井身結構：266.7mm×483.36m和215.9mm×27.74m的裸眼井，在298.45mm、60 lbs套管內進行244.475mm尾管懸掛器+177.8mm、29 lbs尾管坐掛及尾管固井作業。該井選用非標尺寸的貝克休斯尾管懸掛器。

貝克休斯使用HRD-E型送入工具，RS型密封補芯，SOLO膠塞系統，篩網式垃圾帽，304.8mm回接筒，INLine 型尾管懸掛封隔器，TY II 型膠塞球座如圖1所示。

5.2 操作步驟

（1）尾管下入：按照預定管串（送入工具+回接筒+封隔器+懸掛器+底部變扣+244.475mm無接箍短套管+244.475mm&177.8mm變扣+尾管串+球座+尾管+浮箍+尾管+浮箍+尾管+可劃眼浮鞋）送入至設計位置。

（2）循環：開泵頂通，控制循環壓力使其不超過尾管懸掛器坐掛壓力12MPa，逐步提高排量至固井設計排量，循環時間至少1個遲到時間。

（3）投球坐掛：循環結束后，卸頂驅，投一個44.5mm的銅球，接頂驅，上提管串處于拉伸狀態，開泵，以正常排量送球，期間注意觀察泵壓表，壓力上升立即停泵。球入座后，緩慢增起壓到3.5MPa，固井泵打3.45MPa背壓后倒通。繼續用固井泵加壓至18.6MPa并穩壓5分鐘。帶壓下放40T重量，觀察泵壓不超過20.6MPa，對照計算的鉆具伸縮距，確認懸掛器坐掛。坐掛成功后繼續加壓至23.5MPa，穩壓5分鐘，泄壓至零，保持泄壓閥敞開，緩慢上提鉆具至脫手懸重并繼續上提1m，最大上提距離不超過1.5m確認懸重不再增加，工具脫手成功。確認丟手后，下壓至驗掛時的下壓懸重，關閉泄壓閥，用固井泵打壓剪切球座，壓力為26MPa左右。如未剪切，以1.38MPa壓力梯度增加，直到剪斷球座為止，檢查返出，重新建立循環。

（4）固井頂替：循環結束后，卸開頂驅，接水泥頭（提前安裝鉆桿膠塞）、固井管線，試壓。如表1所示，按照設計固井泵替完水泥漿后，釋放鉆桿膠塞，固井泵替尾水。在鉆桿膠塞到達尾管膠塞前2m3，降低泵速到0.6m3/min，觀察尾管膠塞的釋放壓力，尾管膠塞釋放壓力設定為13.4MPa。尾管膠塞釋放后，提高泵速繼續頂替。如果未觀察到大小膠塞嚙合壓力，在設計大小膠塞嚙合泵效之后2m3，恢復正常泵速繼續頂替。在到達計算的頂替量前按照設計，降低泵速到0.3～0.5m3/min，觀察碰壓，碰壓壓力上升3～5MPa即可。碰壓后，穩壓5min，記錄壓力，放壓并檢查回流。

表1 封固地層深度和水泥密度及附加量

（5）坐封尾管頂部封隔器：迅速卸掉水泥頭，連接頂驅；提活鉆具后繼續緩慢上提鉆具3.7m（漲封擋塊到回接筒頂部3.2m+安全距離0.5m），將封隔器坐封工具提到回接筒頂部以上，緩慢旋轉下壓40t鉆具重量坐封封隔器，期間注意觀察懸重表確認封隔器銷釘剪斷，下壓到位后，保持鉆具下壓重量至少3分鐘。施工正常結束，未發生漏失和憋堵，固井質量良好，如圖2所示。

圖2 SBT固井質量

6 結論與建議

1）貝克休斯懸掛器的其懸掛載荷大，上層套管受力分布均勻，對上層套管傷害小。

2）尾管固井是一項風險高、技術復雜、施工難度大、質量要求高的特殊作業。尾管固井能節省大量套管和固井成本并有效地縮短鉆井周期，可帶來巨大的經濟效益。

3）渤海首次成功在2 9 8.4 5 m m 套管坐掛244.475mm懸掛器，套管與懸掛器間隙較小，存在坐掛不成功，固井憋壓等問題，作業風險高，通過階段性提排量方式充分清潔井眼，坐掛成功，固井作業順利完成。