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国内尾管悬挂器技术进展趋势

第5期

国内尾管悬挂器技术进展趋势

董照远,李敬元

(燕山大学石油工程研究所, 河北 秦皇岛 066004)

[摘 要] 尾管悬挂器是实施尾管固井技术的关键装置,在尾管固井中具有重要作用。随着国内市场需求的增加和技术的进步,新型尾管悬挂器不断地研制和开发生产。本文介绍了我国尾管悬挂器的发展历程及近年来各科研院所研制的尾管悬挂器产品,分析了国内尾管悬挂器面临的问题及发展趋势。[关键词] 尾管悬挂器;国内技术;发展趋势

作者简介:董照远(1981—),男,燕山大学油气田开发工程专

业硕士研究生。

尾管悬挂器是用来悬挂尾管并将尾管与上层套管相连接的装置,它通过送入工具将尾管送入井下,由地面仪器控制,把尾管坐挂在井下数千米深的位置,并完成注水泥作业和封固尾管。悬挂器是实施尾管固井技术的关键装置,在尾管固井中占有非常重要的位置。

早在20世纪20年代,美国德克萨斯州钢铁厂成功研制和应用了机械式尾管悬挂器,经过多年不断的努力,尾管悬挂器设计和制造技术已取得重大突破,国外已相继研制出了封隔式尾管悬挂器、旋转式尾管悬挂器、内藏卡瓦式尾管悬挂器、液压丢手式尾管悬挂器、可膨胀尾管悬挂器等多种形式、不同规格的尾管悬挂器[1]。我国是从上世纪70年代末80年代初开展的尾管悬挂器研制工作。

1 国内尾管悬挂器技术进展

在引进消化吸收国外先进技术和成功经验的基础上,国内华北、四川等多家油田的科研机构相继开展了该技术的研究。

华北石油管理局钻井研究所研制了Фl77.8×Ф l27mm I 型机械式尾管悬挂器。

四川石油管理局井下作业处研制了Ф244.5×Ф l77.8mm 机械式尾管悬挂器。其研制和生产的CSX 型液压式尾管悬挂器结构简单,主要在四川油田内部应用。

中石化德州石油钻井工艺研究所从上世纪80年代中期开始进行深井尾管固井技术研究。研制和开发了SYX-l 型双锥和DYX-l 型单锥液压式尾管悬挂器。

随着对技术研发的加大投入和国内一些新材

料技术和装备制造技术的突破,一些具有自主知识产权的新型尾管悬挂器相继被研发出来[2-7]:(1)用于大斜度井及水平井的特殊尾管悬挂装置,该悬挂器的大小胶塞设有锁紧机构,注完水泥后可防止回压,且附件具有良好的可钻性;密封芯子能随送放工具提出井口;倒扣操作简便,找中和点方便。

(2)小尺寸液压尾管悬挂器,具有新的结构形式,它在径向只有本体—液缸两层排列,由液缸直接推动卡瓦上行实现坐挂。

(3)DYX-C 型液压尾管悬挂器,该悬挂器只有液缸—本体两层结构,减少了活塞,从而解决了悬挂器在井眼中上层套管内径较小时,尺寸无法排列的难题,而运动部件的减少有利于减小摩阻,增加坐挂的可靠性。

(4)大尺寸重负荷尾管悬挂器,SSX-A 型Φ339.7×Φ244.5mm 双锥双液缸液压尾管悬挂器,该悬挂器具有悬挂负荷大,倒扣丢手操作简单易行,密封机构可随送入工具一同提出,不需下钻钻除等特点,各项技术指标达到了国外同类产品水平。

(5)新型封隔式尾管悬挂器,如图1。该悬挂器具有悬挂、封隔两种功能,可有效解决因重叠段固井质量差而产生的密封不严问题。并能够承受较大的正负压差,防止油、气、水的窜流,特别适合气井尾管固井。同时也适用漏失井、水平井等的复杂井况,并可进行层段封隔。

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行业分析

石油与化工设备

2010年第13卷

图 1 封隔式尾管悬挂器 图 2 旋转尾管悬挂器

(6)防止CO 2、H 2S 气体腐蚀的特殊尾管悬挂器。

(7)旋转尾管悬挂器。图2为RDYX-C 液压旋转尾管悬挂器。胜利油田黄河固井公司采用中石化德州大陆架公司的旋转尾管悬挂器完成了尾管固井,质量优良,这是国产旋转尾管悬挂器在国内的首次应用。

石油勘探开发科学研究院廊坊分院研制开发了如下悬挂器[8-9]:

(1)随位自动脱挂尾管悬挂器。这种悬挂器具有随位悬挂、自动脱挂、上下活动和旋转套管、不钻水泥塞和可进行尾管回接等多种功能,还可用于大斜度井、水平井、小间隙井以及老井侧钻井;

(2)液压自动脱开式尾管悬挂器。该悬挂器通过液压使送入管柱与悬挂器的悬挂体自动脱开,实现了尾管碰压,避免了尾管固井中的倒扣和钻水泥塞作业,简化了尾管固井施工工艺。同时悬挂力强,在注水泥和替浆中可上下活动和旋转尾管,有利于提高尾管固井质量,不仅可用于普通井,而且可用于大斜度井、水平井、小间隙井、侧钻井以及分支井。

辽河石油勘探局工程技术研究院分别研制开发了如下悬挂器:

在微台肩悬挂器的基础上研制出了花键多级轴承承载式旋转尾管悬挂装置[10],解决了间隙小的尾管固井的技术难题;

复合胶塞液压自动脱挂尾管悬挂器[11]

。这种悬挂器采用液压剪销坐挂、自动脱挂,单向卡瓦支撑,双胶塞碰压顶替的工作方式,能有效地解

决深井、大斜度井尾管固井坐挂难、倒扣难和留水泥塞等技术难题。

中原油田采油工程技术研究院研制了回插式液压尾管悬挂器[12],该工具采用全新的液压、坐挂系统和复合胶塞系统,采用先注水泥浆,后坐挂,改变了先坐挂、后注水泥的传统固井工艺,使得小环空内的固井水泥浆得以重新均匀分布,固井质量大大提高。而且较机械式尾管悬挂器安全可靠,较其他液压悬挂器又省却了投球、传压等工艺步骤。

当前,国内尾管悬挂器技术已由过去的引进消化吸收阶段发展到以自主研发为主,型号已从过去简单的液压式、机械式发展到组合式、功能多样式,规格尺寸更加完善。

随着施工现场的需要和技术进步,更多新型尾管悬挂器不断涌现,如防止CO 2、H 2S 气体腐蚀的特殊尾管悬挂器以及水平井尾管悬挂完井系统等。这些特殊尾管悬挂器在国内陆地和海上油田的应用中,均取得了良好效果。

2 国内尾管悬挂器面临的问题和发展趋势

近年来,国内加大了深井、水平井钻井的力度,开展了复杂地质条件下深井钻井技术的攻关,深井钻井施工能力进一步加强。深井超深井钻井面临的一些问题使尾管悬挂器技术遇到了新的挑战[13-15]。

(1)尾管悬挂器密封元件的抗高温能力。深井井底温度高,胜科l 井完井井深7026m ,井底温度达235℃,是目前国内井底温度最高的井。高井温对尾管悬挂器的抗温性能特别是密封元件的抗温性能提出了新的要求。

(2)尾管悬挂器的结构设计。

国内许多地区地层结构复杂,海相地层钻井存在各项压力特性,横向可比性差。为此,许多地区采用了非常规井身结构来降低工程风险,尾管悬挂器结构要求必须与新的井身结构系列相匹配。

(3)尾管悬挂器的悬挂能力。

尾管长,尾管负荷大,尾管规格出现大型化。许多地区常常下入Ф273.1、Ф244.5尾管,悬重超2000 kN 。塔河油田Фl77.8尾管多数超过1700~2000m 。

(4)抗腐蚀的材料。

为预防H 2S 和CO 2对管材的腐蚀,国内自主研发了一些防腐性管材,并取得了一些成果。但对

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于H2S和CO2共存条件下的腐蚀,研究还不多。

(5)水平井、大位移井的适应性问题。

除要解决尾管的到位问题外,水平井、大位移井还要确保憋压球的到位和下钻过程中卡瓦—推杆不受损害。

(6)足够的过流面积。

尾管悬挂器必须具有足够的过流面积才能保证施工安全,否则,会引起漏失、水泥返高不够、环空气侵等复杂情况的发生。过流断面面积的增加不仅可避免复杂情况的发生,而且可适应不同的井身结构,有助于钻井向广度深度发展。

石油钻井技术的日益发展对完井技术要求越来越高,未来尾管悬挂器的要求是悬挂负荷更大、抗温能力更高、功能更多,能适应不同的井身结构和复杂的井内介质。尾管悬挂器在向多功能、智能化、安全性方向发展。

3 结论

国内特殊尾管悬挂器的研制与国外先进水平相比,还存在不少差距。今后几年国内应着重开发以下产品:

(1)液压丢手式尾管悬挂器。这种悬挂器下入过程中既可循环,又可正常转动,特别适合在水平井、大位移井中应用。

(2)可膨胀式尾管悬挂器。作为尾管固井、完井工艺中一项新型工具,可以解决常规悬挂器因其原理和结构特点带来的固井施工难题及重叠段固井质量差等问题,是下一代悬挂器研究的重点。

(3)多功能尾管悬挂器。这种悬挂器集液压丢手、可旋转、可坐封封隔器及多塞系统于一体。功能多,可靠性强,对改善固井质量十分有利。◆参考文献

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收稿日期:2010-04-07;修回日期:2010-04-23

编辑部尚存有少量2009年出版的《中国化工机械设备与动力技术精选》,该《精选》收录了近年来化工机械设备改造优秀论文及技术介绍34篇,国际大16开本,150克铜版纸精美印刷,页码96页,成本价每册50元(免费邮寄)。有需要者,请与编辑部联系。邮局汇款地址:北京市朝阳区安华里五区18楼207室,邮编:100011,户名:《石油和化工设备》杂志社有限公司。汇款请详细注明购《精选》以及册数,寄达地址及联系人,以便与您联系。

(本刊编辑部)

书 讯

国内尾管悬挂器技术进展趋势

作者:董照远, 李敬元

作者单位:燕山大学石油工程研究所,河北,秦皇岛,066004

刊名:

石油和化工设备

英文刊名:PETRO & CHEMICAL EQUIPMENT

年,卷(期):2010,31(5)

被引用次数:0次

参考文献(15条)

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