我國(guó)尾管懸掛器技術(shù)發(fā)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(yīng)用在石油鉆井中，可以有效減少套管多層重疊，節(jié)省套管的使用，提升工作效率。文章主要回顧了我國(guó)尾管懸掛器技術(shù)的發(fā)展歷史，并分析了當(dāng)前存在的問題以及未來的發(fā)展方向，以期為尾管懸掛器的發(fā)展提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：國(guó)內(nèi);尾管懸掛器;石油鉆井;深井

中圖分類號(hào)：TE925.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(shù)概述

尾管懸掛器技術(shù)主要應(yīng)用在石油鉆井中，當(dāng)一口油井根據(jù)周圍地質(zhì)設(shè)計(jì)要求鉆達(dá)目的層和設(shè)計(jì)井深之后，需要下入套管才能完成井下作業(yè)[1]。不同的井其井身結(jié)構(gòu)也不一樣，需要根據(jù)其鉆探目的和周圍的地質(zhì)環(huán)境條件設(shè)計(jì)合理的井身結(jié)構(gòu)。不僅包括井下入套管的層次，還要包括井下各個(gè)油管的直徑和下放深度。一個(gè)好的井身結(jié)構(gòu)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(jié)省施工材料，例如水泥、鋼材，進(jìn)一步節(jié)約成本。要實(shí)現(xiàn)上述目的，最好的辦法就是采用尾管固井，這一技術(shù)是通過尾管懸掛器將尾管下放進(jìn)井內(nèi)，座掛在上層管套下部的實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)好的位置上，從而較好地完成尾管注水泥固井作業(yè)的一種技術(shù)[2]。

尾管懸掛器技術(shù)適用于對(duì)井深要求較高的施工中，可以有效減小鉆機(jī)承擔(dān)的壓力，降低循環(huán)泵壓。同時(shí)，利用尾管懸掛器還可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化井口的施工，降低注水時(shí)的壓力，確保施工的安全性。尾管懸掛器技術(shù)可以保證尾管的挺直度，提高注水泥封固質(zhì)量，為以后的作業(yè)奠定較好的基礎(chǔ)?？傊补軕覓炱骷夹g(shù)是一個(gè)成本低，技術(shù)難度較高、風(fēng)險(xiǎn)較大的、對(duì)質(zhì)量要求較高的固井技術(shù)。

2 尾管懸掛器發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國(guó)尾管懸掛器已經(jīng)從開始的學(xué)習(xí)外國(guó)經(jīng)驗(yàn)發(fā)展到自主研發(fā)的階段?？偨Y(jié)多年來的發(fā)展歷程，可以歸納為以下幾個(gè)階段：（1）上世紀(jì)七八十年代其發(fā)展的初始階段[3]。那時(shí)，我國(guó)剛剛開始了解這一設(shè)備，并逐漸將其應(yīng)用于國(guó)內(nèi)油田開發(fā)中。一些一般性的尾管懸掛器被應(yīng)用在鉆井技術(shù)中并取得了較好的成果。隨著這一設(shè)備的成功應(yīng)用，越來越多的地區(qū)開始研發(fā)這一設(shè)備，我國(guó)也出臺(tái)了相關(guān)的使用標(biāo)準(zhǔn)，為尾管懸掛器的使用設(shè)計(jì)等提供了依據(jù)。但是由于當(dāng)時(shí)技術(shù)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(yīng)用也沒有很廣泛。（2）在九十年代進(jìn)入發(fā)展中期階段，在這一時(shí)期，我國(guó)的自主研發(fā)能力逐漸加強(qiáng)，尾管懸掛器質(zhì)量和性能都逐漸趨于穩(wěn)定，各種規(guī)格和型號(hào)都逐漸完整，也可以實(shí)現(xiàn)無負(fù)荷倒扣，回接裝置也變得更加穩(wěn)定可靠[4]。（3）二十一世紀(jì)是尾管懸掛器的快速發(fā)展時(shí)期，國(guó)內(nèi)各個(gè)機(jī)構(gòu)也加強(qiáng)了對(duì)尾管懸掛器技術(shù)的研究和開發(fā)，加大了技術(shù)方面的投入。同時(shí)，隨著國(guó)內(nèi)一些新材料技術(shù)和裝備制造技術(shù)的出現(xiàn)，一些新的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型尾管懸掛器機(jī)刷先后被研發(fā)出來。綜合來看，我國(guó)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(jī)械式尾管懸掛器發(fā)展到今天的多功能組合式尾管懸掛器，其應(yīng)用效果也越來越好。

3 尾管懸掛器技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展方向

當(dāng)前，按照做掛方式對(duì)我國(guó)的尾管懸掛器進(jìn)行分類，包括以下幾種：機(jī)械式尾管懸掛器、液壓式尾管懸掛器、液壓-機(jī)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(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)。按照錐體結(jié)構(gòu)對(duì)尾管懸掛器進(jìn)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(jīng)常用于小型井眼側(cè)鉆開窗，以Φ139.7mm×Φ88.9mm的型號(hào)為主，并且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于渤海鉆探大港板塊等項(xiàng)目，取得了較好的效果。第二種尾管懸掛器的規(guī)格以Φ339.7mm×Φ273.1mm為主，這種規(guī)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(yīng)用范圍最廣泛，適用所有井型規(guī)格，其使用效率和使用質(zhì)量都比較好，是當(dāng)前被廣泛應(yīng)用的一類產(chǎn)品。近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)還自主研發(fā)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(shù)，這種技術(shù)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(dá)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(guó)國(guó)內(nèi)油田中已經(jīng)被廣泛使用，并取得了較好的效果。一些此類規(guī)格的尾管懸掛器甚至被用在一些難度較大的重點(diǎn)井中，并且在國(guó)外也實(shí)現(xiàn)了較為廣泛的使用。此外，針對(duì)可膨脹尾管懸掛器的研究也逐漸深入，和常規(guī)的尾管懸掛器相比，可膨脹尾管懸掛器具有較多的優(yōu)勢(shì)，這種懸掛器可以連接尾管上，工作人員在地面進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)液壓或機(jī)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(jìn)行尾管懸掛，同時(shí)實(shí)現(xiàn)較好的密封效果?？膳蛎浳补軕覓炱髂軌驊?yīng)用于深井、大位移和水平井的尾管下入等作業(yè)情景，其應(yīng)用前景十分廣泛。

綜合來看，我國(guó)的尾管懸掛器技術(shù)已經(jīng)能夠完全滿足“掛得住，倒得開，封得嚴(yán)、提得出”的基本技術(shù)要求，在面對(duì)一些井下情況復(fù)雜的情形時(shí)也能實(shí)現(xiàn)較好的使用，可以較好地提高固井質(zhì)量。

雖然我國(guó)的尾管懸掛器技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，但是隨著井下開采力度的加大，尤其是針對(duì)一些深井超深井鉆井來說，還面臨著以下挑戰(zhàn)：（1）深井井下溫度過高，針對(duì)一些深井來說，井底溫度較高，有的甚至高達(dá)三百度，這就對(duì)尾管懸掛器抗溫耐壓性能提出了較高的要求。（2）地質(zhì)情況復(fù)雜，及非常規(guī)井身結(jié)構(gòu)井較多[7]。在國(guó)內(nèi)許多地區(qū)海相層鉆井的各項(xiàng)壓力指標(biāo)都不相同，一些深井周圍環(huán)境的不確定因素較多。一個(gè)井縱向可能有多個(gè)壓力體系，而壓力窗口比較小，很容易發(fā)生噴、漏等事故。（3）尾管較長(zhǎng)，承重較大。大多地區(qū)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(jīng)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(yè)風(fēng)險(xiǎn)。水平井尾管固井比較困難，需要借助推力和旋轉(zhuǎn)力才能使尾管到位，同時(shí)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(shù)中要側(cè)重于研發(fā)懸掛負(fù)荷大、耐高溫、功能全面的尾管懸掛器，這就需要從以下幾個(gè)方面開展重點(diǎn)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(duì)于密封元件來說，其關(guān)鍵又是送入工具的密封套。在實(shí)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(zhǎng)時(shí)間的旋轉(zhuǎn)往返運(yùn)動(dòng)。我國(guó)常用的丁腈橡膠耐高溫能力為一百二十度，和國(guó)外的密封元件相比還有較大的差距。對(duì)此，國(guó)內(nèi)應(yīng)該選取特殊材料制的橡膠件，增強(qiáng)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(huì)導(dǎo)致漏失、水泥返高不夠等事故的發(fā)生。當(dāng)前，我國(guó)尾管懸掛器本身過流面積就比套管環(huán)空要小，此外，由于坐掛后要進(jìn)行卡瓦的運(yùn)移，這就會(huì)導(dǎo)致過流面積進(jìn)一步減小，這加大了尾管作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。要解決上述問題，可以從以下幾個(gè)方面對(duì)尾管懸掛器進(jìn)行改進(jìn)：首先，將錐體和卡瓦設(shè)計(jì)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(huán)通道。其次，還可以將本體外直徑和管套的外直徑設(shè)計(jì)成相同的數(shù)值，省去液缸，而卡瓦靠本體上幾個(gè)獨(dú)立的小活塞機(jī)構(gòu)激發(fā)。通過上述方式，可以進(jìn)一步增大過流面積，減少事故的發(fā)生，同時(shí)還可以適應(yīng)不同的井身結(jié)構(gòu)，使鉆井向廣度發(fā)展。

（3）解決水平井適應(yīng)性問題。針對(duì)這類問題，我國(guó)研發(fā)了送球器，這雖然是一個(gè)較高的創(chuàng)新，但是在使用中還存在一定的局限性，應(yīng)該進(jìn)一步拓寬思路，例如將憋壓式裝置設(shè)計(jì)在送入工具上，又或者是將卡瓦設(shè)計(jì)成內(nèi)藏式，也就是將卡瓦固定在本體凹槽內(nèi)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(qiáng)卡瓦的推動(dòng)力，避免坐掛時(shí)管壁對(duì)卡瓦作業(yè)產(chǎn)生影響。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文主要探討了尾管懸掛器的發(fā)展歷史，當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)及未來的發(fā)展方向。尾管懸掛器作為石油鉆井的一個(gè)重要工具，已在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了廣泛的使用，但是當(dāng)前還面臨著抗溫耐壓性能有待提高、尾管長(zhǎng)、懸掛負(fù)荷較大等問題。針對(duì)上述問題不僅要從關(guān)鍵技術(shù)方面進(jìn)行改進(jìn)，更要由點(diǎn)及面，提升尾管懸掛器的綜合技術(shù)性能，才能保證鉆井作業(yè)的順利開展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張冠林，徐星，趙聰，等.國(guó)內(nèi)外高溫高壓尾管懸掛器技術(shù)新進(jìn)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(yīng)用分析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)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(fā)需求與尾管懸掛器技術(shù)進(jìn)步[J].石油鉆探技術(shù)，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(yīng)性研究應(yīng)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(guó)熱德拜油田水平井的應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)[J].石油機(jī)械，2010，38（01）：73-76.

[7]馬開華.關(guān)于國(guó)內(nèi)尾管懸掛器技術(shù)發(fā)展問題的思考[J].石油鉆采工藝，2008，30（06）：108-112.