298.450mm套管坐挂244.475mm悬挂器技术研究与应用.pdf

101 技术研究2023年第10期随着渤海油田勘探开发进一步向深层、超深层开展，井身结构更加复杂，井身结构中有尾管的井越来越多，尾管则通过尾管悬挂器挂在上层套管内壁上。应用尾管悬挂器可以有效减小钻机在下入套管过程中承受的载荷，降低循环过程中的泵压，还可以节省施工材料降低施工成本，如固井添加剂、钢材、水泥等材料1-2。同时，使用尾管悬挂器能够减少井口的施工程序，降低风险，保障施工安全。尾管悬挂器能够有效保证尾管的居中程度，提高固井质量，为后续作业奠定较好的基础3。1 尾管悬挂器技术特点尾管悬挂器具有悬挂载荷大、环空流道大、坐挂方式对上层套管损害较小的特点。封隔器一般使用金属附着橡胶设计或整体式胶筒设计，能够提高循环排量，增加坐封的稳定性，降低提前坐封风险。胶筒基本都采用了耐高温的四丙氟橡胶或氢化丁腈橡胶，能够有效的降低坐封承受的压力，耐久性及耐温好3。送入工具是尾管悬挂器总成的核心部件，其性能决定了尾管悬挂器抗扭、抗压、抗拉、可否划眼、脱手的成功率。送入工具通常由提升短节、防砂帽、坐封器、液压或机械脱手工具、中心管、胶塞适配器、密封补芯等部件组成。防砂帽分为两类，一类是浮式防砂帽型，另一类是带有流道常规型。常规防帽中的流道连通回接筒内外，使得管内外压力平衡，降低在井下的回接筒被静液柱压力挤毁的概率。在尾管悬挂器下入之前，将回接筒内灌满液体（丝扣油或淡水），防止泥浆中的固相颗粒进入回接筒中造成送入工具损坏。防砂帽与回接筒有固定机构，在试脱手过程防砂帽不脱离回接筒防止泥浆中的岩屑进入回接筒，固井结束后可以回收防砂帽3-4。2 威德福尾管悬挂器威德福尾管悬挂器具有防提前坐挂功能，在尾管下入过程中卡瓦受外力作用下也不会提前坐挂。悬挂器中心轴带有轴承装置，坐挂后可以进行旋转，能够实现旋转固井，提高尾管的固井质量。封隔器使用机械坐封，一体式的胶筒，在涨封过程中不会损坏胶筒；并且具有弹簧储能机构，可将坐封下压力储存，以便持续对胶筒施加压力。封隔器和机械送入工具配合使用能够防止提前坐封，防砂帽或回接筒在外力的作用下，防提前坐封装置能够将外力传递到封隔器本体，防止胶筒提前涨封损坏胶筒，在送入工具脱手后能够解除坐封锁定装置。机械式送入工具具有“液锁”保护装置，降低送入工具提前脱手的可能性，当脱手时，通过泥浆泵打压后即可解除“液锁”保护装置然后正转即实现脱手。该工具结构内有阀座，当尾管短路或球座刺漏等无法憋压情况下，还可通过钢丝投阀作业进入内部阀座进行打压解除液锁”保护298.450mm套管坐挂244.475mm悬挂器技术研究与应用袁伟楠 张作伟 孙轶杰中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300451摘要：随着渤海的油气勘探开发不断向深层、低压低渗透、非常规资源等难开采地层延伸，尾管井的数量不断增长，对尾管悬挂器的性能要求也越来越高。基于此，介绍了尾管悬挂器技术、贝克休斯悬挂器的结构与技术特点、贝克休斯悬挂器现场应用，以期为尾管悬挂器的发展及小间隙坐挂悬挂器提供依据。关键词：石油钻井 尾管 尾管悬挂器R e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f 2 4 4.4 7 5 mm h a n g e r t e c h n o l o g y f o r 2 9 8.4 5 0 mm c a s i n g s e t t i n gY u a n We i n a n，Z h a n g Z u o w e i，S u n Y i j i eCNOOC Energy Development Co.，Ltd.Engineering Technology Branch，Tianjin 300451Abstract：As the oil and gas exploration and development in the Bohai Sea continues to extend to the deep，low pressure，low permeability，unconventional resources and other difficult to exploit reserves，the number of liner wells continues to grow，and the performance requirements for liner hanger are also increasingly high.This paper introduces the liner hanger technology，development status，structure and technical characteristics of Baker Hughes hanger，on-site small clearance setting hanger，and qualified cementing quality，It provides a basis for the development of tail pipe hanger and the small clearance mount hanger.Keywords：Oil Drilling；Liner；Liner Hnger技术研究 102 2023年第10期装置，从而能够顺利脱手。液压式送入工具通过憋压实现脱手，并带有机械应急脱手装置。在憋压脱手无效或管柱无法憋压的异常情况下，该装置进行下压、反转机械方式进行脱手，提高了脱手成功概率。尾管悬挂器入井前需要往回接筒内灌满淡水，防砂帽具有密封性，防止井内泥浆、岩屑进入回接筒内，通过防砂帽的上下移动调节回接筒内外压力保持内外压力平衡；当浮式防砂帽在井内被岩屑埋死的情况下，过提钻柱打开管柱的循环孔，实现短路循环；浮式防砂帽上部具有螺旋刀翼，短路循环时通过倒滑眼以此来清除浮式防砂帽的岩屑，能够快速回收送入工具5。3 斯伦贝谢尾管悬挂器斯伦贝谢的悬挂器、封隔器与威德福结构类似，机械送入工具、液压送入工具结构原理相类似。但斯伦贝谢的液压送入工具的机械应急脱手方式存在差异，当管柱反转一定圈数后还需要下压一定吨位，剪切轴向的销钉后才能够实现脱手，该装置能够降低尾管悬挂器提前脱手的概率；与威德福工具相比多了一个阀座，在憋不起压力的情况下还能够投阀进行憋压脱手。密封补芯扶正块通过使用6块环绕的方式，增加了与中心管的接触面积，防止在高压作用下密封补芯抱死中心管。斯伦贝谢采用棘爪与回接筒连接固定防砂帽，具有流道连接内外空间，使的回接筒内外压力平衡。在尾管下入、试脱手过程中防砂帽始终在回接筒内，降低岩屑进入回接筒内的概率。当坐封封隔器、回收送入工具时，通过管柱压缩防砂帽内部的弹簧就能够使棘爪收缩，回收防砂帽6。4 贝克休斯尾管悬挂器贝克休斯尾管悬挂器、封隔器、液压脱手工具的结构，如图1所示。悬挂器采用了锥体与卡瓦的复合设计，使得其悬挂载荷增加，受力分布更加均匀，降低上层套管损伤程度。封隔器改变了传统的胶筒膨胀坐封设计，改为软金属硫化橡胶膨胀坐封。其设计抗冲蚀能力增加，承压能力增加，不易损坏。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装有一组与封隔器同样的剪切销钉，但坐封器上的销钉数量比封隔器的多一颗，通过出井检查坐封器的销钉剪切情况能够判断封隔器是否坐封成功，并且坐封器上的销钉被剪切后可建立短路循环，对是否坐封提供参考依据6-9。5 现场施工工艺5.1 井况概述渤海某井的四开井眼采用非标井身结构：266.7mm483.36m和215.9mm27.74m的裸眼井，在298.45mm、60lbs套管内进行244.475mm尾管悬挂器+177.8mm、29lbs尾管坐挂及尾管固井作业。该井选用非标尺寸的贝克休斯尾管悬挂器。贝克休斯使用HRD-E型送入工具，RS型密封补芯，SOLO胶塞系统，筛网式垃圾帽，304.8mm回接筒，INLine型尾管悬挂封隔器，TYII型胶塞球座如图1所示。5.2 操作步骤（1）尾管下入：按照预定管串（送入工具+回接筒+封隔器+悬挂器+底部变扣+244.475mm无接箍短套管+244.475mm&177.8mm变扣+尾管串+球座+尾管+浮箍+尾管+浮箍+尾管+可划眼浮鞋）送入至设计位置。（2）循环：开泵顶通，控制循环压力使其不超过尾管悬挂器坐挂压力12MPa，逐步提高排量至固井设计排量，循环时间至少1个迟到时间。（3）投球坐挂：循环结束后，卸顶驱，投一个44.5mm的铜球，接顶驱，上提管串处于拉伸状态，开泵，以正常排量送球，期间注意观察泵压表，压力上升立即停泵。球入座后，缓慢增起压到3.5MPa，固井泵打3.45MPa背压后倒通。继续用固井泵加压至18.6MPa并稳压5分钟。带压下放40T重量，观察泵压不超过20.6MPa，对照计算的钻具伸缩距，确认悬挂器坐挂。坐挂成功后继续加压至23.5MPa，稳压5分钟，泄压至零，保持泄压阀敞开，缓慢上提钻具至脱手悬重并继续上提1m，图1 尾管悬挂器附件示意图 103 技术研究2023年第10期最大上提距离不超过1.5m确认悬重不再增加，工具脱手成功。确认丢手后，下压至验挂时的下压悬重，关闭泄压阀，用固井泵打压剪切球座，压力为26MPa左右。如未剪切，以1.38MPa压力梯度增加，直到剪断球座为止，检查返出，重新建立循环。（4）固井顶替：循环结束后，卸开顶驱，接水泥头（提前安装钻杆胶塞）、固井管线，试压。如表1所示，按照设计固井泵替完水泥浆后，释放钻杆胶塞，固井泵替尾水。在钻杆胶塞到达尾管胶塞前2m3，降低泵速到0.6m3/min，观察尾管胶塞的释放压力，尾管胶塞释放压力设定为13.4MPa。尾管胶塞释放后，提高泵速继续顶替。如果未观察到大小胶塞啮合压力，在设计大小胶塞啮合泵效之后2m3，恢复正常泵速继续顶替。在到达计算的顶替量前按照设计，降低泵速到0.30.5m3/min，观察碰压，碰压压力上升35MPa即可。碰压后，稳压5min，记录压力，放压并检查回流。表1 封固地层深度和水泥密度及附加量项目封固段位置/m水泥浆密度/裸眼附加量,底部深度顶部深度（gcm-3）%领浆3592.503492.501.800.00缓凝尾浆4083.003592.501.90100.00速凝尾浆4314.004083.001.90100.00管内泥塞4314.004282.611.900.00（5）坐封尾管顶部封隔器：迅速卸掉水泥头，连接顶驱；提活钻具后继续缓慢上提钻具3.7m（涨封挡块到回接筒顶部3.2m+安全距离0.5m），将封隔器坐封工具提到回接筒顶部以上，缓慢旋转下压40t钻具重量坐封封隔器，期间注意观察悬重表确认封隔器销钉剪断，下压到位后，保持钻具下压重量至少3分钟。施工正常结束，未发生漏失和憋堵，固井质量良好，如图2所示。图2 SBT固井质量6 结论与建议1）贝克休斯悬挂器的其悬挂载荷大，上层套管受力分布均匀，对上层套管伤害小。2）尾管固井是一项风险高、技术复杂、施工难度大、质量要求高的特殊作业。尾管固井能节省大量套管和固井成本并有效地缩短钻井周期，可带来巨大的经济效益。3）渤海首次成功在298.45mm套管坐挂244.475mm悬挂器，套管与悬挂器间隙较小，存在坐挂不成功，固井憋压等问题，作业风险高，通过阶段性提排量方式充分清洁井眼，坐挂成功，固井作业顺利完成。参考文献1 于明武，雷万征，乔维鹤，等.国外尾管悬挂器技术现状 J.机械工程师，2020（10）：3.2 朱玉磊.我国尾管悬挂器技术发展探讨 J.科技创新与应用，2020（20）：2.3 马开华.关于国内尾管悬挂器技术发展问题的思考 J.石油钻采工艺，2008，30（06）：108-112.4 李丹阳，王斌，牛阁.塔里木油田尾管悬挂器国产化及其应用实践 J.石油管材与仪器，2022，8（6）：5.5 张冠林,徐星,赵聪,等.国内外高温高压尾管悬挂器技术新进展 J.断块油气田,2020,27（1）：5.6 马开华，谷磊，叶海超.深层油气勘探开发需求与尾管悬挂器技术进步 J.石油钻探技术,2019，47（3）:34-40.7 张冠林，徐星，赵聪，等.国内外高温高压尾管悬挂器技术新进展 J.断块油气田，2020，27（1）：5.8 马开华，谷磊，叶海超.深层油气勘探开发需求与尾管悬挂器技术进步 J.石油钻探技术，2019，47（3）：34-40.9 叶周明，刘小刚，马英文，等.尾管悬挂器在三维定向井中的应用分析 J.石油矿场机械，2017，46（3）：4.