李丹阳，王 斌，牛 阁
(1.中国石油塔里木油田公司 新疆 库尔勒 841000；
2.中国石油川庆钻探工程有限公司井下作业公司 四川 成都 610213)
尾管悬挂器是尾管固井中使用的专用工具，其性能和质量对尾管固井质量有重要影响[1]。塔里木油田山前地区的井况特点是压力窗口窄[2]，对固井质量的要求很高，尾管控压固井在山前井应用普遍，但封隔式尾管悬挂器应用率较低。相较于普通尾管悬挂器，封隔式悬挂器能有效阻止地层流体在水泥浆候凝失重形成强度之前进入井筒造成井控风险，同时针对低压漏失地层也能防止井筒液体漏入地层造成液面下降诱发的井控风险[3]。但是，国内封隔式尾管悬挂器长期依赖进口，不仅价格昂贵，采购周期难以保证，而且相关技术难题也不能得到及时回应和解决，严重制约新井建产进度。
经调研，国内部分尾管悬挂器制造商已开展了封隔式尾管悬挂器的研发。以川庆钻探工程有限公司井下作业公司为例，该公司的177.8 mm封隔式尾管悬挂器在西南油气田所属井中已成功应用200余井次。由于塔里木油田井况不同于其他油田，这类工具是否适用需要开展进一步的工作。本文介绍了国产封隔式尾管悬挂器的结构设计优化、试用、评价及推广应用情况，为这类井下工具的国产化开发及应用提供借鉴。
1.1 塔里木山前开发井的井身结构特点
塔里木盆地山前井普遍存在超深、巨厚多套盐层、超高压、压力窗口窄、漏溢并存的特点，因而井身结构较为复杂。采用四开钻至目的层盐顶，之后下套管封固上部石膏及盐层，再采用五开实现目的层盐层专打的井深结构。一般采用Φ196.85 mm+Φ206.38 mm尾管封固目的层盐底，Φ139.7 mm尾管封固目的层，最后Φ206.38 mm+Φ196.85 mm套管回接到井口。
塔里木会战以来，油田公司山前井在尾管固井作业过程中一直使用非封隔式进口尾管悬挂器。对于目的层溢漏同存的压力窄窗口井，固井施工钻杆段要泵入一定量重浆，防止地层流体进入井筒。在起钻过程中需补充钻井液维持环空液柱压力平衡。补液过少会导致地层流体进入井筒，补液过多则发生漏失，易导致无上塞及后期喇叭口试压不合格的风险。在起钻结束、循环的过程中，也有发生漏失的风险。在候凝过程中水泥浆失重及形成强度之前，也易发生地层流体进入井筒造成井控风险。应用封隔式尾管悬挂器坐封胶筒以后，可有效避免井漏及以上井控风险[4]。
1.2 封隔式尾管悬挂器工作原理及设计优化
封隔式尾管悬挂器在固井施工完毕后，上提送入管柱，使回接筒内的坐封弹爪提出回接筒并张开，下放管柱将一定悬重通过坐封弹爪下压到回接筒，压缩胶筒实现坐封。
因悬挂器坐挂位置超深(≥7 000 m)、井斜大(≥45°)，可能存在较高摩阻，判断丢手存在一定的困难，故将中心管的长度从原来的2.8 m调整为3.5 m，增加了丢手的可靠性。同时回接筒长度从原来的1.8 m调整到2.9 m，避免在施工前提前将弹爪提出，也增加了后期回接插入的可靠性。弹爪下压剪断坐封剪钉，压缩胶筒实现上层套管与悬挂器之间的环间封隔。针对塔里木山前超深井的特点，将原有的2组封隔胶筒优化升级，增加一组硬质工程塑料保护套，优化材料硬度、贴合角度，增加封隔可靠性。封隔式尾管悬挂器结构优化如图1所示。
图1 封隔式尾管悬挂器结构优化示意图
1.3 封隔式尾管悬挂器较普通尾管悬挂器的优势
塔里木盆地库车山前库车坳陷克拉苏构造带储层埋藏较深，地层复杂，具有超深、超高压 、超高温等特点，目的层存在巨厚盐膏层且伴有高压盐水，同时也存在漏层，属于典型的喷漏同层的窄压力窗口，给固井工作带来极大的挑战。一旦固井井漏，环空无法完全被水泥浆填充满，造成重合部分的固井质量差，裸眼部分不能被有效封隔，有时因喇叭口形成压差，导致管内泄压后易形成微环隙，引发油气水窜。选择封隔式尾管悬挂器是提升重叠段封固质量的一种有效措施，封隔器坐封后，可将外层套管与尾管隔离，从而阻止油气水运移。
1.3.1 有效坐封应对地层流体进入井筒
采用普通尾管悬挂器，须配合控压固井。如果进行常规固井，固井结束至候凝过程中，悬挂器与上层套管无法实现封隔，无法防止地层流体进入井筒或井漏。一旦出现井漏固井质量难以保证，如果地层流体进入井筒，可能会诱发井控风险。使用控压固井，施工前需降低钻井液密度配合井口旋转控制头防止施工过程中井漏，停泵控制井口回压，防止地层流体进入井筒，施工后期打重浆方能起钻。施工需要各工种紧密配合，并且井控风险进一步加大。而使用封隔式尾管悬挂器则可采取常规固井方式，施工结束后坐封胶筒封隔裸眼地层和上层套管的环形空间，防止了井漏和地层流体进入井筒。
1.3.2 有效应对单流阀失效
施工结束后，如果单流阀失效，环空水泥浆会反流入套管内，造成环空漏封及高塞的风险。使用封隔式尾管悬挂器如果出现单流阀失效，则可使用吊环上提钻具及水泥头直接坐封胶筒，打断环空的流体进入套管内，防止环空水泥浆漏封。
1.3.3 排混浆可不受排量限制
碰压后，起钻到预定位置后须循环排混浆。使用普通尾管悬挂器，排混浆时根据设定的排量及重浆的高度，控制井口回压，排完混浆后憋压都难以达到设计要求。采用封隔式尾管悬挂器，不但后期排混浆不受排量限制，而且可以按照设计值憋压候凝。
1.3.4 降低后期气窜风险
使用普通尾管悬挂器，若后期出现气窜，只能采取喇叭口挤水泥及短回接的方式进行补救，不但难度大，而且不一定能成功。而使用封隔式尾管悬挂器，则可以大大降低后期气窜的风险。
1.3.5 节省钻水泥塞的时间
对于使用封隔式尾管悬挂器的井，在确保水泥浆返至喇叭口以上后，起钻坐封胶筒，试压合格后，即可拔出中心管直接循环排混浆。这样，完全可以控制水泥塞高度，从而节省钻水泥塞的时间。
1.4 国产封隔式尾管悬挂器在KS605井的应用
KS605井属于塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带克深区带克深6号构造，一开钻至194.25 m，下入508 mm导管固井；
二开钻至2 891.70 m，下入Φ365.13 mm+Φ374.65 mm表层套管固井；
三开钻至4 454.69 m；
四开钻至5 603 m，下入Φ196.85 mm+Φ206.38 mm技术套管固井；
五开目的层钻进，采用Φ168.3 mm钻头钻至5731m完钻，采用Φ139.7 mm+Φ145.5 mm复合尾管固井[5]。为了验证优化后的产品应用效果，本井采用国产Φ196.85 mm×139.7 mm封隔式尾管悬挂器进行试用和评价。固井完，拆水泥头,坐尾管悬挂器顶部封隔器。环空反打压10 MPa，稳压5 min不降，尾管悬挂器顶部封隔器坐封正常，封隔良好。反循环，排混浆。直接起钻，下钻铣上部尾管喇叭口，回接Φ196.85 mm套管，大大提高了时效，同时形成了一套使用封隔式尾管悬挂器的施工程序，见表1。
表1 KS605井施工程序
国产Φ196.85 mm×139.7 mm封隔式尾管悬挂器在KS605井试用成功后，证明国产封隔式尾管悬挂器完全满足塔里木山前井压力窄窗口井段尾管固井需要，并相继在16口井进行推广应用均取得成功。
基于国产封隔式尾管悬挂器的实际试用效果，塔里木油田尾管固井进一步实施国产化战略。随着台盆区富满区块开发的深入，产层埋藏深度均超过7 500 m,为应对钻井中可能存在的复杂情况，以及进一步改善钻井的水力条件和钻具的抗拉性能，一部分井率先优化井身结构，采用和塔里木山前井同样的非标井身结构及大尺寸钻具，增加了钻具的抗拉抗扭强度，增大了钻井排量并有效地降低了钻井泵压[6]。结合塔里木油田技术要求生产配套的大尺寸规格尾管悬挂器，满深2井非标井身结构如图2所示。
图2 满深2井非标井身结构示意图
满深2井完井采用了国产Φ273.05 mm×200.03 mm尾管悬挂器及附件，工具坐挂倒扣正常、施工顺利碰压，浮阀密封良好，取得了良好的使用效果。接下来，国产Φ273.05 mm×200.03 mm尾管悬挂器及附件在满深3井也试用成功。2021年以来，国产大尺寸悬挂器陆续在满深503H、满深502H等井推广应用成功。Φ273.05 mm×200.03 mm尾管悬挂器及附件如图3所示。
图3 Φ273.05 mm×200.03 mm尾管悬挂器及附件示意图
富满区块产层顶部井底静止温度均超过150 ℃，国产大尺寸非标尾管悬挂器配套的附件密封件均采用抗高温的氟橡胶，保证了工具的可靠性，较普通悬挂器相比，浮箍浮鞋、碰压器的密封件耐高温性能从150 ℃提高至200 ℃[7]。
通过对国产尾管悬挂器性能的针对性设计、单井试用、反复优化、大范围应用及全面评价，基本确认了国产尾管悬挂器质量的可靠性，形成了244.5 mm×177.8 mm等5种规格的塔里木油田国产尾管悬挂器技术规范。
2017年6月起，在台盆区3种井身结构中全面推广使用，实现油田台盆区尾管悬挂器完全国产化，2020年以来国产非标悬挂器也已在台盆区推广应用。
随着塔里木油田钻探程度的不断深入，地质条件越来越复杂，尾管悬挂器的使用数量也逐渐增多。采用国产尾管悬挂器逐步取代进口尾管悬挂器，基本解决了进口尾管悬挂器采购成本高昂、工具改进反应慢、供货周期长、库存压力大等难题。同等技术条件下进口、国产尾管悬挂器采购周期和采购费用对比分别见表2和表3。
表2 进口、国产尾管悬挂器采购周期对比
表3 进口尾管悬挂器与国产尾管悬挂器采购费用对比
截止2021年2月，塔里木油田共推广应用国产尾管悬挂器251套，成功率100%。进一步证明了国产尾管悬挂器完全可以满足塔里木油田复杂地质条件下尾管固井工艺的技术要求[8]，也为关键零部件国产化、提高企业经济效益提供了借鉴和参考。
1)封隔式尾管悬挂器从屏蔽套管环空压力传递入手，阻止了水泥浆漏失或反向流入套管内，从而保有环空水泥浆量，确保环空固井质量。成功坐封胶筒后，起钻大排量循环洗井时，不必担心造成环空漏失。既获得了干净的井筒，又有效保证了水泥塞高度，为后续钻水泥塞节省时间。
2)尾管悬挂器在塔里木油田台盆区已完全实现国产化。在相同技术参数条件下，比国外产品价格低且采购周期短，能满足塔里木油田的固井工艺技术要求。使用封隔式尾管悬挂器，对进一步提高油气井固井质量提供保障。
3)国产尾管悬挂器的主要制造商已具备工具研发设计、加工、组装、调试、上井技术服务的能力，可根据油田需求提供各种钢级、壁厚、扣型的悬挂器及回接工具。如有特殊要求，亦可根据油田要求快速更新设计，经工具方、油田相关部门四新论证并在现场试点应用以后即可推广使用，相对于国外厂家来说更有效率。
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