我国尾管悬挂器技术发展探讨

朱玉磊

摘  要：尾管悬挂器主要是用来悬挂尾管并将其和上层套管连接起来的装置，将其应用在石油钻井中，可以有效减少套管多层重叠，节省套管的使用，提升工作效率。文章主要回顾了我国尾管悬挂器技术的发展历史，并分析了当前存在的问题以及未来的发展方向，以期为尾管悬挂器的发展提供依据。

关键词：国内;尾管悬挂器;石油钻井;深井

中图分类号：TE925.2 文献标志码：A         文章编号：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 尾管悬挂器技术概述

尾管悬挂器技术主要应用在石油钻井中，当一口油井根据周围地质设计要求钻达目的层和设计井深之后，需要下入套管才能完成井下作业[1]。不同的井其井身结构也不一样，需要根据其钻探目的和周围的地质环境条件设计合理的井身结构。不仅包括井下入套管的层次，还要包括井下各个油管的直径和下放深度。一个好的井身结构一方面要满足安全钻井的原则和各种石油开采工艺的要求，另一方面，还要能够节省施工材料，例如水泥、钢材，进一步节约成本。要实现上述目的，最好的办法就是采用尾管固井，这一技术是通过尾管悬挂器将尾管下放进井内，座挂在上层管套下部的实现预测好的位置上，从而较好地完成尾管注水泥固井作业的一种技术[2]。

尾管悬挂器技术适用于对井深要求较高的施工中，可以有效减小钻机承担的压力，降低循环泵压。同时，利用尾管悬挂器还可以进一步简化井口的施工，降低注水时的压力，确保施工的安全性。尾管悬挂器技术可以保证尾管的挺直度，提高注水泥封固质量，为以后的作业奠定较好的基础。总之，尾管悬挂器技术是一个成本低，技术难度较高、风险较大的、对质量要求较高的固井技术。

2 尾管悬挂器发展现状

当前，我国尾管悬挂器已经从开始的学习外国经验发展到自主研发的阶段。总结多年来的发展历程，可以归纳为以下几个阶段：（1）上世纪七八十年代其发展的初始阶段[3]。那时，我国刚刚开始了解这一设备，并逐渐将其应用于国内油田开发中。一些一般性的尾管悬挂器被应用在钻井技术中并取得了较好的成果。随着这一设备的成功应用，越来越多的地区开始研发这一设备，我国也出台了相关的使用标准，为尾管悬挂器的使用设计等提供了依据。但是由于当时技术方面的缺乏，尾管悬挂器的悬挂、抗温等性能都受到一定程度的限制，坐挂成功率也不太高，其应用也没有很广泛。（2）在九十年代进入发展中期阶段，在这一时期，我国的自主研发能力逐渐加强，尾管悬挂器质量和性能都逐渐趋于稳定，各种规格和型号都逐渐完整，也可以实现无负荷倒扣，回接装置也变得更加稳定可靠[4]。（3）二十一世纪是尾管悬挂器的快速发展时期，国内各个机构也加强了对尾管悬挂器技术的研究和开发，加大了技术方面的投入。同时，随着国内一些新材料技术和装备制造技术的出现，一些新的具有自主知识产权的新型尾管懸挂器机刷先后被研发出来。综合来看，我国尾管悬挂器从一开始的单一使用逐渐变得丰富，从原有的普通单一的液压式、机械式尾管悬挂器发展到今天的多功能组合式尾管悬挂器，其应用效果也越来越好。

3 尾管悬挂器技术的应用与发展方向

当前，按照做挂方式对我国的尾管悬挂器进行分类，包括以下几种：机械式尾管悬挂器、液压式尾管悬挂器、液压-机械式尾管悬挂器。其中，液压式尾管悬挂器是目前见过比较多的，并且使用情况也相对稳定的系统。按照锥体结构对尾管悬挂器进行分类，可以分为单液尾管悬挂器、双锥单液尾管悬挂器、双锥双液尾管悬挂器[5]。第一种尾管悬挂器经常用于小型井眼侧钻开窗，以Φ139.7mm×Φ88.9mm的型号为主，并且已经被广泛应用于渤海钻探大港板块等项目，取得了较好的效果。第二种尾管悬挂器的规格以Φ339.7mm×Φ273.1mm为主，这种规格的尾管悬挂器在塔河油田的使用较多，并且成功率接近百分之百。第三种尾管悬挂器应用范围最广泛，适用所有井型规格，其使用效率和使用质量都比较好，是当前被广泛应用的一类产品。近几年，随着科学技术的发展，我国还自主研发出了特殊扣尾管悬挂器。这种悬挂器中使用了气密封特殊螺纹技术，这种技术在螺纹公扣的前部和母扣的后半部分安装了密封的锥面和端面，在光滑的金属表面过盈而达到密封的效果，从而使得尾管悬挂器和套管一样有着相同的密封性[6]。这种悬挂器在我国国内油田中已经被广泛使用，并取得了较好的效果。一些此类规格的尾管悬挂器甚至被用在一些难度较大的重点井中，并且在国外也实现了较为广泛的使用。此外，针对可膨胀尾管悬挂器的研究也逐渐深入，和常规的尾管悬挂器相比，可膨胀尾管悬挂器具有较多的优势，这种悬挂器可以连接尾管上，工作人员在地面进行操作实现液压或机械作用，使得膨胀管沿径向膨胀的一种尾管悬挂器。这种尾管悬挂器主要是通过膨胀的作用使得管和外层管套贴合，在摩擦力的作用进行尾管悬挂，同时实现较好的密封效果。可膨胀尾管悬挂器能够应用于深井、大位移和水平井的尾管下入等作业情景，其应用前景十分广泛。

综合来看，我国的尾管悬挂器技术已经能够完全满足“挂得住，倒得开，封得严、提得出”的基本技术要求，在面对一些井下情况复杂的情形时也能实现较好的使用，可以较好地提高固井质量。

虽然我国的尾管悬挂器技术已经趋于成熟，但是随着井下开采力度的加大，尤其是针对一些深井超深井钻井来说，还面临着以下挑战：（1）深井井下温度过高，针对一些深井来说，井底温度较高，有的甚至高达三百度，这就对尾管悬挂器抗温耐压性能提出了较高的要求。（2）地质情况复杂，及非常规井身结构井较多[7]。在国内许多地区海相层钻井的各项压力指标都不相同，一些深井周围环境的不确定因素较多。一个井纵向可能有多个压力体系，而压力窗口比较小，很容易发生喷、漏等事故。（3）尾管较长，承重较大。大多地区的尾管直径为Φ273.1、Φ244.5，其重量超过二百吨。例如，塔河油田的尾管直径经常大于1700-2000m，这就要求尾管悬挂器必须具有较好的悬挂能力。（4）水平井较多，存在较大的作业风险。水平井尾管固井比较困难，需要借助推力和旋转力才能使尾管到位，同时还存在投球不容易到位、卡瓦容易受损等问题。

因此，在未来的尾管悬挂技术中要侧重于研发悬挂负荷大、耐高温、功能全面的尾管悬挂器，这就需要从以下几个方面开展重点研究：

（1）提高尾管悬挂器耐温耐压能力。尾管悬挂器的抗温能力的高低在于其密封元件抗温能力的高低，而对于密封元件来说，其关键又是送入工具的密封套。在实际的工作中，密封元件的密封套要在温度较高的条件下承受长时间的旋转往返运动。我国常用的丁腈橡胶耐高温能力为一百二十度，和国外的密封元件相比还有较大的差距。对此，国内应该选取特殊材料制的橡胶件，增强密封套的耐温能力。

（2）确保足够的过流面积。尾管悬挂器一定要有足够的过流面积，这是施工安全与否的基本保证。如果过流面积过小，就会导致漏失、水泥返高不够等事故的发生。当前，我国尾管悬挂器本身过流面积就比套管环空要小，此外，由于坐挂后要进行卡瓦的运移，这就会导致过流面积进一步减小，这加大了尾管作业风险。要解决上述问题，可以从以下几个方面对尾管悬挂器进行改进：首先，将锥体和卡瓦设计成不完全接触的形式，确保在坐挂之后这两者之间还有循环通道。其次，还可以将本体外直径和管套的外直径设计成相同的数值，省去液缸，而卡瓦靠本體上几个独立的小活塞机构激发。通过上述方式，可以进一步增大过流面积，减少事故的发生，同时还可以适应不同的井身结构，使钻井向广度发展。

（3）解决水平井适应性问题。针对这类问题，我国研发了送球器，这虽然是一个较高的创新，但是在使用中还存在一定的局限性，应该进一步拓宽思路，例如将憋压式装置设计在送入工具上，又或者是将卡瓦设计成内藏式，也就是将卡瓦固定在本体凹槽内部，在下钻过程中本体外径明显大于卡瓦的外径。此外，还可以增加活塞的面积，增强卡瓦的推动力，避免坐挂时管壁对卡瓦作业产生影响。

4 结束语

综上所述，本文主要探讨了尾管悬挂器的发展历史，当前面临的挑战及未来的发展方向。尾管悬挂器作为石油钻井的一个重要工具，已在国内实现了广泛的使用，但是当前还面临着抗温耐压性能有待提高、尾管长、悬挂负荷较大等问题。针对上述问题不仅要从关键技术方面进行改进，更要由点及面，提升尾管悬挂器的综合技术性能，才能保证钻井作业的顺利开展。

参考文献：

[1]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（01）：113-116+130.

[2]张新亮，朱永靖，郑杜建.尾管悬挂器在南堡油田定向井中的应用分析[J].现代制造技术与装备，2019（11）：134-137+139.

[3]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（03）：34-40.

[4]肖勇，李丹阳，牛阁，等.新型尾管悬挂器在塔里木油田的适应性研究应用[J].钻采工艺，2018，41（02）：30-32.

[5]杨睿，罗亮，沈春林，等.膨胀尾管悬挂器在哈国热德拜油田水平井的应用[J].新疆石油天然气，2014，10（04）：87-89+92+6.

[6]姚辉前，马兰荣，郭朝辉，等.可膨胀尾管悬挂器关键技术[J].石油机械，2010，38（01）：73-76.

[7]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.