摘　要：在尾管固井作業(yè)過程中，普通懸掛器需要后期鉆除上部水泥塞及其內部構件，容易造成喇叭口竄氣和固井質量變差。為此，開發(fā)了新型的封隔式免鉆尾管懸掛器，同時還設計了液壓坐封控制的封隔器、活動密封免鉆柔性密封盒、輔助承載倒扣機構。施工作業(yè)順序為：①將尾管管柱下入到設計位置，充分循環(huán)鉆井液后，投入憋壓球，待其入座后，憋壓剪斷懸掛控制銷釘，實現(xiàn)懸掛器坐掛；②繼續(xù)憋壓，剪斷球座銷釘，建立循環(huán)；③下放鉆桿給懸掛器施壓，正轉倒扣，實現(xiàn)送入工具與懸掛器的丟手；④注水泥施工結束后，投入鉆桿膠塞，剪斷空心套管膠塞的脫手控制銷釘，再繼續(xù)下行與碰壓總成碰壓；⑤卸掉水泥頭接方鉆桿，重新憋壓，緩慢上提鉆具，由液壓對封隔器總成坐封液缸作用，剪斷坐封控制銷釘，實現(xiàn)封隔器的坐封；⑥起送入工具至喇叭口，循環(huán)洗出多余的水泥漿，實現(xiàn)全井免鉆。在BQ203 H1等井夠127mm尾管的成功使用表明，該封隔式尾管懸掛器坐掛、倒扣方便，碰壓準確，坐封方便，封隔性能良好。

關鍵詞：易竄  易漏  回流  封隔器  免鉆  尾管懸掛器  固井質量

Developmenl and application of a packer-type drilling-free liner hanger

Abstract：In liner cementing，it is necessary to drill out the upper cement plug and inner components of a common hanger，which will result in a poor cementing quality or even gas leakage at the flare opening，so a new packer-type drilling free liner hanger was thus innovated，accompanied by the design of a hydraulic setting-control packer，a flexible drilling-free seal box，and an auxiliary bearing back-off mechanism．Specific operation steps were described as follows．First，to run in the liner string to the designed position，fully circulate the drilling fluid，put into the tripping ball，and cut off the hanging control pin by holding the pressure to make the hanger set down．Second，to continue to hold the pressure and cut off ball seat pin to form a circulating process．Third，to trip in the drill pipes to exert pressure on the hanger，turn upside down to run in tools and release the hanger．Fourth，to lower the drill pipe plug upon the completion of cement inj ection，cut off the releasing control pin of hollow casing plug，and continually run in to realize pumping with the pumping assembly．Fifth，to remove the cement plug and connect the Kelly，hold the pressure again then slowly pick up the drill tools，exert hydraulic pressure on the setting hydraulic cylinder of the packer assembly，and cut of the setting control pin to set down the packer．Finally，to run in the tools to the flare opening and wash out excessive cement slurry by circulating to make the whole hole free of drilling．The successful application of aÆ127mm liner in such wells as BQ203-H1 indicates that the packer-type liner hanger is featured by easy hanging，setting，and back-off，accurate pumping，simple setting down，and sound sealing performance．

Keywords：possible crossing，possible leakage，backflow，packer，liner hanger，free of drilling，cement quality

目前，“三高”(高溫、高壓、高含硫)“三低”(低壓、低滲、低產)井越來越多，使用常規(guī)尾管懸掛器固井，其頂部不帶封隔器，不具有頂部封隔功能。封固高壓氣層時，水泥漿中的孔隙水隨著水化和濾失的不斷減少，孔隙壓力降低，致使氣層氣體侵入水泥漿產生氣竄，影響上部封固質量^[1-6]；當封固層段有漏失層時，水泥漿漏失，影響上部封固質量；當浮箍使用失效時，水泥漿回流，也影響上部封固質量。由于上部封固質量不好，往往造成喇叭口竄氣，采取擠注水泥漿補救，費用高，成功率低，存在擠注風險^[7-10]。鑒于上述原因，尾管固井，特別是氣井，普遍采用留上水泥塞技術，增加了鉆除時間和喇叭口磨銑時間。

常規(guī)尾管懸掛器由于受設計技術局限，內部有小內徑構件，固井后需鉆除才能實施后期鉆完井作業(yè)。鉆除內部構件，花費鉆井時間，小尺寸尾管固井，具有較大的鉆除風險，鉆除時還傷害環(huán)空水泥環(huán)，影響封固質量^[11-13]。同時，常規(guī)尾管懸掛器倒扣反扣為剛性接觸，需準確找中和點才能實施倒扣，普遍采用送入鉆具單獨稱重技術，即使這樣，還存在黏、卡、掛、帶的風險。

筆者介紹了一種新型的Æ127.0mm封隔式全通徑尾管懸掛器，通過在BQ203-H1井和BM002-X2井的成功應用，從工具技術角度出發(fā)和現(xiàn)有尾管固井工藝技術的改善，較好地解決了上述尾管固井技術難題。該尾管懸掛器不僅具有坐掛、丟手、環(huán)空永久封隔功能，還具有承壓倒扣、全通徑免鉆和下水泥塞控制等功能，對提高固井質量和鉆井提速意義重大。

1　封隔式免鉆尾管懸掛器的結構和特點

1．1　結構

Æ127.0mm封隔式全通徑尾管懸掛器結構如圖1所示，按其作用主要包括：送入工具、回接筒、承載倒扣機構、封隔器總成、柔性活動密封盒、懸掛器總成、碰壓膠塞系統(tǒng)等。

1)送入工具主要包括提升短接、防砂帽、倒扣承載軸承、軸承固定螺套、倒扣螺套、芯軸、聯(lián)接短接、柔性活動密封盒、下接頭等。主要作用：尾管送入，倒扣丟手，活動密封、封隔器坐封控制及坐封。

2)承載倒扣機構主要包括倒扣承載軸承、軸承固定螺套、倒扣螺套、芯軸和懸掛器反扣短接等。主要作用：實現(xiàn)尾管倒扣丟手。

3)封隔器總成主要包括本體、膠筒組、雙脹環(huán)、止退環(huán)、坐封液缸、坐封控制銷釘等。主要作用：封隔及坐封控制。

4)柔性活動密封盒主要包括連接管、上接頭、碗狀膠筒、下接頭等。主要作用：實現(xiàn)送入工具與懸掛器的活動密封，封隔器的坐封控制及坐封。

5)懸掛器總成主要包括中心管、坐掛液缸、活塞、控制銷釘、卡瓦、錐體等。主要作用：尾管懸掛器的坐掛及控制。

6)碰壓膠塞系統(tǒng)包括球座、球座銷釘、空心套管膠塞、膠塞脫手控制銷釘、鉆桿膠塞、憋壓球等。豐要作用：懸掛器坐掛、碰壓、封隔器坐封等。

1．2　特點

該尾管懸掛器不僅具備常規(guī)尾管懸掛器的功能，還使尾管固井施工更有特點，分述于下。

1)倒扣作業(yè)承受最大動載荷為200kN，施工作業(yè)承受最大靜載荷為500kN。倒扣方便，避免黏、卡、掛、帶復雜情況，可不稱重，節(jié)約稱重時間。

2)柔性活動密封盒，實現(xiàn)對封隔器的液壓坐封控制和坐封。具有重入密封性，復雜井可拔出密封盒，通過循環(huán)檢驗丟手，再插入施工，密封良好。

3)柔性活動密封盒設置在送入工具的中下部，空心套管膠塞連接在送入工具的尾部，送入工具起出后，懸掛器內通徑為108mm，免鉆。

4)錯位填充封隔器膠筒組，封隔間隙大，承壓高，耐溫高，實現(xiàn)了窄間隙薄壁膠筒對較大環(huán)空間隙的有效封隔。

5)封隔器雙脹環(huán)結構，實現(xiàn)無縫支撐，保護膠筒，增強密封。

6)固井后，實現(xiàn)尾管頂部環(huán)空永久機械封隔，防氣竄，抑制井漏，避免回流，可不留上水泥塞，節(jié)約鉆上水泥塞和喇叭筒磨銑時間。

2　封隔式免鉆尾管懸掛器的工作原理

尾管施工管柱下入到設計井深后，通過充分循環(huán)，投入憋壓球，球入座后憋壓，剪斷懸掛控制銷釘，實現(xiàn)懸掛器坐掛。繼續(xù)憋壓，剪斷球座銷釘，建立循環(huán)。下壓正轉倒扣，實現(xiàn)送入工具與懸掛器的丟手。固井施工注水泥，注水泥結束，投鉆桿膠塞，鉆桿膠塞到懸掛器時，與空心套管膠塞復合，剪斷膠塞脫手控制銷釘，繼續(xù)下行，與碰壓總成碰壓。卸掉水泥頭后，接方鉆桿，重新憋壓，緩慢上提鉆具3m，維持壓力，液壓作用到封隔器總成坐封液缸時，剪斷坐封控制銷釘，實現(xiàn)封隔器的坐封，止退環(huán)止退，實現(xiàn)永久機械封隔。送入工具拔出喇叭口后，循環(huán)洗出多余的水泥漿，實現(xiàn)全井免鉆。

尾管施工管柱結構：引鞋+套管鞋+套管+浮箍(浮鞋)+套管+浮箍+球籃內置+碰壓總成+套管串+封隔式尾管懸掛器+鉆桿串(建議碰壓總成設計在試油人工井底以下)。

3　現(xiàn)場應用

該尾管懸掛器研制成功后，通過室內試驗，各項性能指標均達到設計的預期要求，已在四川油氣田進行了多井次的現(xiàn)場使用，效果良好。

3．1　BQ203-H1井

BQ203-H1井是中國石油西南油氣田公司的1口開發(fā)井，井深1460m，最大井斜93°，水平段長410m，懸掛井深841m，掛點井斜65°。由于井淺，水平段長，為保證尾管下入到位，使用了509m長度的加重鉆桿，尾管管串結構：浮鞋+短套管+浮箍+球籃內置+套管+碰壓總成+套管+封隔式全通徑尾管懸掛器+送入鉆桿。

該井尾管管柱順利下入到設計位置，充分循環(huán)鉆井液后，投球，憋壓12MPa坐掛尾管，憋壓17MPa，打掉球座，下放鉆桿給懸掛器施壓80kN，正轉30圈倒扣成功，注水泥施工結束時碰壓由6MPa上升至13.4MPa，接方鉆桿，憋壓l5～20MPa，緩慢上提送入鉆具，坐封封隔器，拔出送入工具后，循環(huán)鉆井液洗出多余水泥漿，候凝。

固井效果：充分候凝后，用Æ105mm鉆頭直接下到井深1443.5m，實現(xiàn)了上水泥塞、懸掛器內金屬構件內水泥塞、下水泥塞免鉆，節(jié)約大量鉆井時間。喇叭口不竄氣。全井試壓15MPa，穩(wěn)壓30min，壓降0.1MPa，合格。電測固井質量，優(yōu)質率86.6％，合格率99.2％。

3．2　BM002-X2井

BM002-X2井是中國石油西南油氣田公司的1口重點開發(fā)井，井深4420m，井底溫度108℃，最大井斜64.3°，尾管段長度682m。尾管管串結構：浮鞋+短套管+浮箍+球籃內置+套管+碰壓總成+套管+封隔式全通徑尾管懸掛器+送入鉆桿。

該井尾管管柱順利設計位置，充分循環(huán)后，投球，憋壓11.5MPa坐掛，憋壓19MPa，打通球座，下放鉆桿給懸掛器施壓50kN，正轉20圈倒扣成功，注水泥施工結束時碰壓由6MPa上升到13.4MPa，接方鉆桿，憋壓15～20MPa，緩慢上提，坐封封隔器，拔出送入工具后，循環(huán)鉆井液洗出多余水泥漿，候凝。該井施工作業(yè)順利。

固井效果：充分候凝后，用Æ104mm鉆頭直接下到井深3996.5m，實現(xiàn)了上水泥塞、懸掛器內金屬構件和水泥塞、下水泥塞免鉆，節(jié)約大量鉆井時間。喇叭口不竄氣。喇叭口試壓l5.4MPa，壓力不降，合格。全井套管清水試壓52MPa，穩(wěn)壓30min，壓力不降，合格。電測固井質量，優(yōu)質率82％，合格率93.7％。

4　結論

1)研制的Æl27.0mm封隔式尾管懸掛器具有坐掛、倒扣、坐封方便，碰壓準確，有效地簡化了尾管固井施工操作。

2)該封隔式尾管懸掛器坐封后，防止喇叭口氣竄，抑制低壓漏失層井漏和高壓地層流體侵入井筒，避免浮箍失效水泥漿回流，有利于提高固井質量。

3)施工起出送入工具后的懸掛器內通徑為108mm，避免小套管內金屬構件鉆除風險。

4)倒扣作業(yè)承受最大動載荷為200kN，施工作業(yè)承受最大靜載荷為500kN，倒扣方便，起出順利。

5)該封隔式尾管懸掛器采用液壓坐封，防止封隔器提前坐封，保證了封隔器的坐封可靠。

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本文作者：唐欣  錢斌  李斌  劉運樓  張毅超

作者單位：中國石油川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司