塔里木油田尾管懸掛器國產化及其應用實踐

李丹陽，王 斌，牛 閣

(1.中國石油塔里木油田公司 新疆 庫爾勒 841000； 2.中國石油川慶鉆探工程有限公司井下作業公司 四川 成都 610213)

0 引 言

尾管懸掛器是尾管固井中使用的專用工具，其性能和質量對尾管固井質量有重要影響[1]。塔里木油田山前地區的井況特點是壓力窗口窄[2]，對固井質量的要求很高，尾管控壓固井在山前井應用普遍，但封隔式尾管懸掛器應用率較低。相較于普通尾管懸掛器，封隔式懸掛器能有效阻止地層流體在水泥漿候凝失重形成強度之前進入井筒造成井控風險，同時針對低壓漏失地層也能防止井筒液體漏入地層造成液面下降誘發的井控風險[3]。但是，國內封隔式尾管懸掛器長期依賴進口，不僅價格昂貴，采購周期難以保證，而且相關技術難題也不能得到及時回應和解決，嚴重制約新井建產進度。

經調研，國內部分尾管懸掛器制造商已開展了封隔式尾管懸掛器的研發。以川慶鉆探工程有限公司井下作業公司為例，該公司的177.8 mm封隔式尾管懸掛器在西南油氣田所屬井中已成功應用200余井次。由于塔里木油田井況不同于其他油田，這類工具是否適用需要開展進一步的工作。本文介紹了國產封隔式尾管懸掛器的結構設計優化、試用、評價及推廣應用情況，為這類井下工具的國產化開發及應用提供借鑒。

1 封隔式尾管懸掛器國產化開發與評價

1.1 塔里木山前開發井的井身結構特點

塔里木盆地山前井普遍存在超深、巨厚多套鹽層、超高壓、壓力窗口窄、漏溢并存的特點，因而井身結構較為復雜。采用四開鉆至目的層鹽頂，之后下套管封固上部石膏及鹽層，再采用五開實現目的層鹽層專打的井深結構。一般采用Φ196.85 mm+Φ206.38 mm尾管封固目的層鹽底，Φ139.7 mm尾管封固目的層，最后Φ206.38 mm+Φ196.85 mm套管回接到井口。

塔里木會戰以來，油田公司山前井在尾管固井作業過程中一直使用非封隔式進口尾管懸掛器。對于目的層溢漏同存的壓力窄窗口井，固井施工鉆桿段要泵入一定量重漿，防止地層流體進入井筒。在起鉆過程中需補充鉆井液維持環空液柱壓力平衡。補液過少會導致地層流體進入井筒，補液過多則發生漏失，易導致無上塞及后期喇叭口試壓不合格的風險。在起鉆結束、循環的過程中，也有發生漏失的風險。在候凝過程中水泥漿失重及形成強度之前，也易發生地層流體進入井筒造成井控風險。應用封隔式尾管懸掛器坐封膠筒以后，可有效避免井漏及以上井控風險[4]。

1.2 封隔式尾管懸掛器工作原理及設計優化

封隔式尾管懸掛器在固井施工完畢后，上提送入管柱，使回接筒內的坐封彈爪提出回接筒并張開，下放管柱將一定懸重通過坐封彈爪下壓到回接筒，壓縮膠筒實現坐封。

因懸掛器坐掛位置超深(≥7 000 m)、井斜大(≥45°)，可能存在較高摩阻，判斷丟手存在一定的困難，故將中心管的長度從原來的2.8 m調整為3.5 m，增加了丟手的可靠性。同時回接筒長度從原來的1.8 m調整到2.9 m，避免在施工前提前將彈爪提出，也增加了后期回接插入的可靠性。彈爪下壓剪斷坐封剪釘，壓縮膠筒實現上層套管與懸掛器之間的環間封隔。針對塔里木山前超深井的特點，將原有的2組封隔膠筒優化升級，增加一組硬質工程塑料保護套，優化材料硬度、貼合角度，增加封隔可靠性。封隔式尾管懸掛器結構優化如圖1所示。

圖1 封隔式尾管懸掛器結構優化示意圖

1.3 封隔式尾管懸掛器較普通尾管懸掛器的優勢

塔里木盆地庫車山前庫車坳陷克拉蘇構造帶儲層埋藏較深，地層復雜，具有超深、超高壓 、超高溫等特點，目的層存在巨厚鹽膏層且伴有高壓鹽水，同時也存在漏層，屬于典型的噴漏同層的窄壓力窗口，給固井工作帶來極大的挑戰。一旦固井井漏，環空無法完全被水泥漿填充滿，造成重合部分的固井質量差，裸眼部分不能被有效封隔，有時因喇叭口形成壓差，導致管內泄壓后易形成微環隙，引發油氣水竄。選擇封隔式尾管懸掛器是提升重疊段封固質量的一種有效措施，封隔器坐封后，可將外層套管與尾管隔離，從而阻止油氣水運移。

1.3.1 有效坐封應對地層流體進入井筒

采用普通尾管懸掛器，須配合控壓固井。如果進行常規固井，固井結束至候凝過程中，懸掛器與上層套管無法實現封隔，無法防止地層流體進入井筒或井漏。一旦出現井漏固井質量難以保證，如果地層流體進入井筒，可能會誘發井控風險。使用控壓固井，施工前需降低鉆井液密度配合井口旋轉控制頭防止施工過程中井漏，停泵控制井口回壓，防止地層流體進入井筒，施工后期打重漿方能起鉆。施工需要各工種緊密配合，并且井控風險進一步加大。而使用封隔式尾管懸掛器則可采取常規固井方式，施工結束后坐封膠筒封隔裸眼地層和上層套管的環形空間，防止了井漏和地層流體進入井筒。

1.3.2 有效應對單流閥失效

施工結束后，如果單流閥失效，環空水泥漿會反流入套管內，造成環空漏封及高塞的風險。使用封隔式尾管懸掛器如果出現單流閥失效，則可使用吊環上提鉆具及水泥頭直接坐封膠筒，打斷環空的流體進入套管內，防止環空水泥漿漏封。

1.3.3 排混漿可不受排量限制

碰壓后，起鉆到預定位置后須循環排混漿。使用普通尾管懸掛器，排混漿時根據設定的排量及重漿的高度，控制井口回壓，排完混漿后憋壓都難以達到設計要求。采用封隔式尾管懸掛器，不但后期排混漿不受排量限制，而且可以按照設計值憋壓候凝。

1.3.4 降低后期氣竄風險

使用普通尾管懸掛器，若后期出現氣竄，只能采取喇叭口擠水泥及短回接的方式進行補救，不但難度大，而且不一定能成功。而使用封隔式尾管懸掛器，則可以大大降低后期氣竄的風險。

1.3.5 節省鉆水泥塞的時間

對于使用封隔式尾管懸掛器的井，在確保水泥漿返至喇叭口以上后，起鉆坐封膠筒，試壓合格后，即可拔出中心管直接循環排混漿。這樣，完全可以控制水泥塞高度，從而節省鉆水泥塞的時間。

1.4 國產封隔式尾管懸掛器在KS605井的應用

KS605井屬于塔里木盆地庫車坳陷克拉蘇構造帶克深區帶克深6號構造，一開鉆至194.25 m，下入508 mm導管固井；二開鉆至2 891.70 m，下入Φ365.13 mm+Φ374.65 mm表層套管固井；三開鉆至4 454.69 m；四開鉆至5 603 m，下入Φ196.85 mm+Φ206.38 mm技術套管固井；五開目的層鉆進，采用Φ168.3 mm鉆頭鉆至5731m完鉆，采用Φ139.7 mm+Φ145.5 mm復合尾管固井[5]。為了驗證優化后的產品應用效果，本井采用國產Φ196.85 mm×139.7 mm封隔式尾管懸掛器進行試用和評價。固井完，拆水泥頭,坐尾管懸掛器頂部封隔器。環空反打壓10 MPa，穩壓5 min不降，尾管懸掛器頂部封隔器坐封正常，封隔良好。反循環，排混漿。直接起鉆，下鉆銑上部尾管喇叭口，回接Φ196.85 mm套管，大大提高了時效，同時形成了一套使用封隔式尾管懸掛器的施工程序，見表1。

表1 KS605井施工程序

國產Φ196.85 mm×139.7 mm封隔式尾管懸掛器在KS605井試用成功后，證明國產封隔式尾管懸掛器完全滿足塔里木山前井壓力窄窗口井段尾管固井需要，并相繼在16口井進行推廣應用均取得成功。

2 國產大尺寸非標尾管懸掛器在臺盆區富滿區塊的應用

基于國產封隔式尾管懸掛器的實際試用效果，塔里木油田尾管固井進一步實施國產化戰略。隨著臺盆區富滿區塊開發的深入，產層埋藏深度均超過7 500 m,為應對鉆井中可能存在的復雜情況，以及進一步改善鉆井的水力條件和鉆具的抗拉性能，一部分井率先優化井身結構，采用和塔里木山前井同樣的非標井身結構及大尺寸鉆具，增加了鉆具的抗拉抗扭強度，增大了鉆井排量并有效地降低了鉆井泵壓[6]。結合塔里木油田技術要求生產配套的大尺寸規格尾管懸掛器，滿深2井非標井身結構如圖2所示。

圖2 滿深2井非標井身結構示意圖

滿深2井完井采用了國產Φ273.05 mm×200.03 mm尾管懸掛器及附件，工具坐掛倒扣正常、施工順利碰壓，浮閥密封良好，取得了良好的使用效果。接下來，國產Φ273.05 mm×200.03 mm尾管懸掛器及附件在滿深3井也試用成功。2021年以來，國產大尺寸懸掛器陸續在滿深503H、滿深502H等井推廣應用成功。Φ273.05 mm×200.03 mm尾管懸掛器及附件如圖3所示。

圖3 Φ273.05 mm×200.03 mm尾管懸掛器及附件示意圖

富滿區塊產層頂部井底靜止溫度均超過150 ℃，國產大尺寸非標尾管懸掛器配套的附件密封件均采用抗高溫的氟橡膠，保證了工具的可靠性，較普通懸掛器相比，浮箍浮鞋、碰壓器的密封件耐高溫性能從150 ℃提高至200 ℃[7]。

3 國產尾管懸掛器在塔里木油田的應用成效

通過對國產尾管懸掛器性能的針對性設計、單井試用、反復優化、大范圍應用及全面評價，基本確認了國產尾管懸掛器質量的可靠性，形成了244.5 mm×177.8 mm等5種規格的塔里木油田國產尾管懸掛器技術規范。

2017年6月起，在臺盆區3種井身結構中全面推廣使用，實現油田臺盆區尾管懸掛器完全國產化，2020年以來國產非標懸掛器也已在臺盆區推廣應用。

隨著塔里木油田鉆探程度的不斷深入，地質條件越來越復雜，尾管懸掛器的使用數量也逐漸增多。采用國產尾管懸掛器逐步取代進口尾管懸掛器，基本解決了進口尾管懸掛器采購成本高昂、工具改進反應慢、供貨周期長、庫存壓力大等難題。同等技術條件下進口、國產尾管懸掛器采購周期和采購費用對比分別見表2和表3。

表2 進口、國產尾管懸掛器采購周期對比

表3 進口尾管懸掛器與國產尾管懸掛器采購費用對比

截止2021年2月，塔里木油田共推廣應用國產尾管懸掛器251套，成功率100%。進一步證明了國產尾管懸掛器完全可以滿足塔里木油田復雜地質條件下尾管固井工藝的技術要求[8]，也為關鍵零部件國產化、提高企業經濟效益提供了借鑒和參考。

4 結束語

1)封隔式尾管懸掛器從屏蔽套管環空壓力傳遞入手，阻止了水泥漿漏失或反向流入套管內，從而保有環空水泥漿量，確保環空固井質量。成功坐封膠筒后，起鉆大排量循環洗井時，不必擔心造成環空漏失。既獲得了干凈的井筒，又有效保證了水泥塞高度，為后續鉆水泥塞節省時間。

2)尾管懸掛器在塔里木油田臺盆區已完全實現國產化。在相同技術參數條件下，比國外產品價格低且采購周期短，能滿足塔里木油田的固井工藝技術要求。使用封隔式尾管懸掛器，對進一步提高油氣井固井質量提供保障。

3)國產尾管懸掛器的主要制造商已具備工具研發設計、加工、組裝、調試、上井技術服務的能力，可根據油田需求提供各種鋼級、壁厚、扣型的懸掛器及回接工具。如有特殊要求，亦可根據油田要求快速更新設計，經工具方、油田相關部門四新論證并在現場試點應用以后即可推廣使用，相對于國外廠家來說更有效率。